Fosfan na Venuši. Je v pekle život?  
Venuše se často uvádí jako učebnicový příklad planety, kde žádný život není, ba dokonce je dokonale vyloučen fyzikálními podmínkami na jejím povrchu. Tlak 92 atmosfér a teplota kolem 460 stupňů Celsia nezní zrovna přívětivě, a když přidáme navrch ještě hojnou kyselinu sírovou, není opravdu o co stát. Právě zjištěný výskyt fosfanu na Venuši ovšem může znamenat, že všechno je jinak...

Venuše, jak by ji vidělo lidské oko. Zdroj: Mattias Malmer / NASA
Venuše, jak by ji vidělo lidské oko. Zdroj: Mattias Malmer / NASA

Sen o vlhké Venuši

Do 60. let se všeobecně věřilo, že pod hustými mraky Venuše se mohou skrývat oceány, močály a džungle. V béčkových filmech se po planetě proháněli dinosauři i spoře oděné Amazonky, a věda dlouho nemohla nic z toho vyloučit. Mariner 2, který kolem Venuše proletěl v roce 1963, a z jejího mikrovlnného záření odhadl povrchovou teplotu. Spočítaná teplota kolem 200 °C představy o rajské planetě nadobro zničila – a to byla výrazně podhodnocená. Pozdější sovětské sondy naměřily teploty kolem 460°C.

 

Hlavní příčinou je hustá atmosféra Venuše, 100x mohutnější než pozemská a tvořená hlavně oxidem uhličitým. Za enormní teplotou na povrchu nestojí toliko skleníkový efekt, ale především brutální tlak – jakákoli atmosféra o tlaku 92 bar by byla na povrchu žhavá, i kdyby její složení bylo shodné s pozemským.

 

Je možné, a snad i pravděpodobné, že Venuše se mohla Zemi podobat v pradávných dobách, ale dříve či později se cosi pokazilo a její klima prošlo katastrofální změnou, ať už pomalou či rychlou. To by byl ale námět na samostatné vyprávění. V každém případě, pokud kdy na Venuši vybujel život, rostoucí teplota jej nevyhnutelně zahubila. Anebo možná ne.

 

Nebe nad peklem

Dnešní Venuše se považuje za neobyvatelnou planetu, která si nezasluhuje větší pozornost astrobiologů. Ne všichni s tím však souhlasí. Život by na Venuši přeci jen mohl najít příznivé podmínky, ovšem na velmi netypickém místě: vysoko v atmosféře.

Ve výšce zhruba 55 km nad povrchem, tedy přímo uprostřed mohutné vrstvy venušanských mračen, panuje téměř pokojová teplota a tlak jen o málo nižší než na povrchu Země. Organismy by zde mohly žít v oblačných kapičkách, či se volně vznášet v ovzduší, ať už ve formě suspenze, anebo nadlehčovány váčky s plynem (vodík, metan či dusík by k tomu perfektně posloužily).

Už Carl Sagan, jeden z vědců, kteří v 60. letech pomohli rozbořit mýtus Venuše jako "rajské" planety, v roce 1967 poukázal na to, že v její atmosféře by mohly žít organismy na principu vodíkových balonů, držící se ve vrstvách s příhodnou teplotou. Jejich velikost odhadl na 75 µm – 4 cm. Navzdory jeho reputaci však prakticky nikdo nebral tyto úvahy vážně.

 

Mikroorganismy rozptýlené v kapénkách mlhy kyseliny sírové. Zdroj: autor článku.
Mikroorganismy rozptýlené v kapénkách mlhy kyseliny sírové. Zdroj: autor článku.

Saganovu ideu dále rozvinul americký astrobiolog David Grinspoon až koncem 90. let. Poukázal na známky chemické nerovnováhy v atmosféře Venuše. Chemická nerovnováha (kterou vidíme i v atmosféře Země v podobě "nepřirozeného" výskytu molekulového kyslíku, anebo na Marsu v podobě stop metanu) může, i když samozřejmě nemusí, být projevem živých bytostí (v případě Země jsou jimi rostliny). O několik let později se k tématu vrátili astrobiologové Dirk Schulze-Makuch a Louis Irwin. Jejich publikace na toto téma, uveřejněná v roce 2002, vyvolala velký ohlas, a byla jedním z podnětů, které autora těchto řádků přivedl k serióznímu zájmu o astrobiologii.

 

Co tyto badatele přimělo uvažovat o přítomnosti organismů? V atmosféře se totiž objevuje několik chemických anomálií. Zaprvé, oxid uhelnatý (CO), který by měl hromadně vznikat štěpením oxidu uhličitého prostřednictvím UV záření a blesků, zde prakticky chybí. Zadruhé se tam vyskytuje sirovodík (H2S), který by měl být rychle odbouráván reakcemi s oxidem siřičitým (SO2) a s kyselinou sírovou. Dále zde byl nalezen karbonylsulfid (COS, jinak také sulfid karbonylu nebo uhlíkosulfát), na Zemi vznikající jak geologickou aktivitou, tak činností mikroorganismů.

 

Odtud není daleko k představě mikroorganismů využívajících chemických reakcí mezi redukovanými molekulami (oxid uhelnatý) a oxidačními činidly (např. kyselina sírová či oxid siřičitý) jako zdroje energie, případně mikrobů fotosyntetizujících. Vedlejšími produkty jejich metabolismu, či případně rozkladu biologické hmoty by byly karbonylsulfid a sirovodík.

Podezřelé plyny ale mohou být generovány i geologickou činností, a musíme také počítat s tím, že v exotickém prostředí Venuše mohou i bez přispění živých organismů probíhat netušené chemické reakce.

 

Život v mracích

Hlavní překážkou pro život na Venuši je fakt, že případné organismy by neměly k dispozici pevný povrch, ale musely by celý život trávit volně v atmosféře, popř. v nitru oblačných kapének.

Mohou mikroby žít v oblacích? Na Zemi tak skutečně činí a reprodukují se tam, není to však pro ně žádný ráj, což je jasné už při prvním pohledu na nebe, kde vidíme bílá, nikoli zelená oblaka. Je to ale hlavně proto, že oblačné kapénky na Zemi jsou velmi krátkodobé a život v nich nemá dostatek času se řádně uchytit. Na Venuši je tomu však jinak – tamní mraky jsou stabilní, jednotlivé částečky mohou plout vzduchem po řadu měsíců, což je pro bakterie ekvivalent věčnosti. Samozřejmě, venušané by si museli vyvinout způsoby pohybu a migrace (pro osidlování nově vzniklých kapének), aby si zajistili přežití v řádu let a tisíciletí. Organismy by mohly být vybaveny i měchýřky s plynem. Tento způsob létání je praktický zejména pro větší organismy, například velké bakteriální kolonie nebo i něco složitějšího. Ostatně složitost ani velikost venušanského života není nijak omezena – místa, energie i živin je tu dost. Přesto je diskutabilní, zda by se dostatečně stabilní oblačná biosféra mohla udržet po celé miliardy let, navzdory velkým sopečným erupcím a jiným katastrofám.

 

Vznik organických ve vodném roztoku, jak k němu dochází na Zemi (vlevo), a hypotetické reakce v amoniakovém roztoku, například v podpovrchovém oceánu Titanu (uprostřed) a v silně kyselém prostředí, jaké najdeme v mracích Venuše (zcela vpravo). Přejato z Benner et al. (2004).
Vznik organických ve vodném roztoku, jak k němu dochází na Zemi (vlevo), a hypotetické reakce v amoniakovém roztoku, například v podpovrchovém oceánu Titanu (uprostřed) a v silně kyselém prostředí, jaké najdeme v mracích Venuše (zcela vpravo). Přejato z Benner et al. (2004).

Pokud teplota, tlak i stabilita oblak na Venuši organismům v zásadě vyhovují, nedá se to tak zcela prohlásit o chemických podmínkách. Jmenovitě jde o hojnost kyseliny sírové a nedostatek vody.

Mnozí acidofilové žijí i v prostředí, jehož pH je nižší než nula, a stále se objevují jejich extrémnější a extrémnější druhy. Oblaka Venuše však zřejmě leží za limitem známých pozemských organismů (nikde v naší přírodě nenajdeme tak koncentrovanou kyselinu jako v mracích Venuše, kde tvoří asi 80% roztok). Ještě významnějším problémem než kyselost by byl celkově nízký obsah vody v atmosféře (jen 0,003%). Bakterie mají rády vlhko, zatímco Venuše je extrémně suchá a koncentrované kyseliny navíc mají silný vysušující efekt. Muselo by tedy jít o život poněkud odlišný od čehokoli, s čím jsme zatím měli tu čest. Steve Benner například navrhl alternativní biochemii odlišnou od pozemské, ale stále na uhlíkovém základě, která by fungovala i v silně kyselých podmínkách.

 

Problémem zde může být záření. Venuše sice nemá magnetické pole, ale sama její hustá atmosféra poskytuje slušnou ochranu před kosmickými paprsky i slunečním větrem. Bez ozonové vrstvy ale do ovzduší proniká velké množství UV paprsků, které jsou pro život našeho typu smrtící. Jako ochranný UV filtr by postačila obyčejná elementární síra (v podobě osmiatomových cyklických molekul), která má žádoucí vlastnosti (absorbuje UV a emituje světlo), na Venuši je hojná a mnoho mikrobů ji umí vytvářet. Mračna plná mikrobů se silným UV-filtrem by mohla vysvětlit existenci tmavých skvrn na ultrafialových snímcích Venuše. O jejich původu totiž stále mnoho nevíme.

 

Fosfan na Venuši

Nyní byl v atmosféře nalezen další plyn, který tam absolutně nemá co dělat – fosfan (PH3). Jeho množství v atmosféře Venuše se zdá být vyšší, než mohou vysvětlit abiotické zdroje. Za objevem stojí dálková detekce prostřednictvím mikrovlnné observatoře ALMA v Chile a havajského teleskopu  Jamese Clerke Maxwella (tytéž observatoře se podílely i na nedávném zobrazení černé díry). Článek (Greavesová a kol., 2020) mezinárodního týmu zahrnujícího odborníky z University of Manchester, Massachusetts Institute of Technology a Cardiff University by se měl objevit ještě dnes v časopise Nature Astronomy.
Zajímavé je, že výzkum mezinárodního týmu byl především zaměřen na využití fosfanu jako biomarkeru v atmosférách exoplanet. Venuše byla spíše "cvičným cílem" a pozitivní detekce tohoto plynu v nemalém množství přišla jako zajímavé překvapení. Fosfan byl detekován mikrovlnými teleskopy na milimetrových vlnových délkách. Autoři jeho podíl v atmosféře odhadli na 20 ppb (miliardtin).
V pozemské přírodě se fosfan vytváří v rozkládající se organické hmotě, přirozeně se vyskytuje na plynných obrech. Jeho vznik na Venuši je ale záhadou – vznik fosfovodíku vyžaduje silně redukované prostředí, které by mělo na této brutálně oxidující planetě s minimem vodíku zcela chybět. Do hry se proto opět dostává život – ať už současný atmosférický,  anebo snad i fosilní ložiska ukrytá stamiliony let v kůře planety (rozklad organické hmoty může být široký pojem).
Fosfan byl detekován především ve středních šířkách, na pólech byl pod limitem detekce. Pozorovaný signál přichází nejspíše ze střední a vyšší části oblačné vrstvy, s tlakem okolo 0,5 bar - tedy právě z míst, kde očekáváme výskyt života. Zajímavé při tom je, že právě střední šířky nabízejí nejstabilnější podmínky pro organismy, kapénky tam setrvávají ve vhodné výšce po dobu 70 - 90 pozemských dnů! Prostorové rozložení fosfanu tedy odpovídá biologickému původu, ačkoli jej nedokazuje.
Jako kontrola použité metody byla pozorována i lehká a těžká voda v atmosféře, jejich naměřené množství odpovídá tomu, co zjistily dříve kosmické sondy.
Fosfan může vznikat také abioticky, například reakcí mezi meteorickým železem (s obsahem fosforu) a kyselinou sírovou. Podle výpočtů Greavesové a kol. na Venuši ovšem ani zdaleka nedopadá tolik meteoritů, aby tento zdroj připadal v úvahu. Podobně vyloučili i geologické procesy, fotochemii a údery blesků.
Zajímavé je, že sondy Vega již v 80. letech nalezly v atmosféře Venuše fosfor (v poměrně velkém množství až 2 ppm okolo 50-km výšky), nebyly ale schopny určit, o jaké sloučeniny se jedná.

 

Najdeme je?

 

Schéma možného života.
Schéma možného života.

S důkazy života na Venuši bohužel zatím moc slavné není. Máme jen stopy chemických nerovnováh a anomálií v atmosféře, které mohou, ale nemusejí být dílem života. Fosfan je jen poslední v jejich řadě. Obdobné náznaky jsme zaznamenali také na Titanu a na Marsu, tedy v podstatě na všech planetách, které atmosféru mají a byly podrobeny detailnímu zkoumání

 

Možná už jsme venušanské organismy dokonce přímo pozorovali. Měření kosmických sond, počínaje misí Pioneer Venus, nalezly ve spodní vrstvě mračen částice nepravidelného tvaru o rozměrech asi 25 mikrometrů, nazývané "mode 3 particles". Nacházejí se v nižší vrstvě atmosféry, ve výšce 50 km (kde panují teploty kolem 70°C). Jsou zde velmi hojné, skládají se z povlaku kyseliny sírové a neprůhledného jádra. Jejich složení neznáme. Možná jde přímo o organismy, nebo kapénky osídlené bakteriálními koloniemi. Stejně dobře ale může jít o shluky sirných či jiných krystalů.

 

Pátrání po životě na Venuši by mohlo být relativně jednoduché. Stačila by sonda nesená balonem, která by zachycovala a zkoumala oblačné kapénky. Venuše je blízko, technologie balonů je odzkoušená (dva aerostaty tam již vypustily sovětské sondy Vega) a vhodné detekční metody také „umíme“. Užitečnými nástroji by byly spektrometry pro chemickou analýzu, mikroskop pro pozorování živých i neživých částic, molekulárně-biologický experiment detekující přítomnost nukleových kyselin a/nebo aminokyselin, a možná i komůrky pro kultivaci, kde by bylo možné sledovat růst organismů a jejich metabolismus, jakousi sofistikovanější verzi toho, oč se pokoušely Vikingy na Marsu.

 

Na mnoha jiných kosmických tělesech (Mars, Europa...), se život může vyskytovat jen v těžko přístupných biotopech pod povrchem, a nejspíše jen na speciálních lokalitách, které nebude snadné vypátrat. Negativní výsledky detekčních pokusů proto nemusejí mít žádnou výpovědní hodnotu o takovém tělese jako celku. Naopak mise hledající život na Venuši, pokud by během svého funkčního období pročesala všechny tři hlavní oblačné vrstvy, by podala v podstatě úplný a reprezentativní obraz o celé planetě, a pokud v oblacích nějací mikrobi žijí, snad by je ani nemohla minout.

Americká společnost Rocket Lab, přesněji řečeno její ředitel Peter Beck, plánuje vyslat soukromou astrobiologickou misi k Venuši již v roce 2023. Sondu by měla vynést raketa Electron, kterou firma úspěšně provozuje již od roku 2017. Můžeme předpokládat, že fosfanová senzace podobné plány jen podpoří.

 

 

 

 

Odkazy:

Cockell, C. S.: Life on Venus. Planetary and Space Science, Volume 47, Issue 12, p. 1487-1501.

Sattler, Birgit; Puxbaum, Hans; Psenner, Roland: Bacterial growth in supercooled cloud droplets. Geophysical Research Letters, Volume 28, Issue 2, p. 239-242, 2001.

Schulze-Makuch, D., Grinspoon, D.H., Abbas, O., Irwin, L.N. and Bullock, M. (2004) A sulfur-based UV adaptation strategy for putative phototrophic life in the Venusian atmosphere. Astrobiology vol 4, no. 1, p. 11-18.

Schulze-Makuch, Dirk; Irwin, Louis N.: The prospect of alien life in exotic forms on other worlds. Naturwissenschaften, Volume 93, Issue 4, pp.155-172, 2006.

Benner, S. A., Ricardo, A., & Carrigan, M. A. (2004). Is there a common chemical model for life in the universe?. Current opinion in chemical biology, 8(6), 672-689.

Jinju, G., Rui, Z., & Xiaorong, W. Chemical Origin of Phosphine in Nature. In 2010 4th International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering.

http://nasawatch.com/archives/2020/09/phosphine-detec.html?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+nasawatch%2FAekt+%28NASA+Watch%29

https://www.space.com/rocket-lab-private-venus-mission-2023.html

Greaves, J.S., Richards, A.M.S., Bains, W. et al. Phosphine gas in the cloud decks of Venus. Nat Astron (2020). https://doi.org/10.1038/s41550-020-1174-4

Datum: 14.09.2020
Tisk článku

Tranzity 2 Venuše a Mars - Hand Robert
 
 
cena původní: 228 Kč
cena: 203 Kč
Tranzity 2 Venuše a Mars
Hand Robert
Související články:

Nové důkazy slaného oceánu na Enceladu     Autor: Tomáš Petrásek (23.06.2011)
Led v pekle     Autor: Tomáš Petrásek (03.12.2012)
Hydrotermy Enceladu     Autor: Tomáš Petrásek (13.03.2015)



Diskuze:

Metan na Venuši?

Tomáš Petrásek,2020-09-16 23:43:35

Ještě jedna zajímavost. Pioneer Venus naměřil v atmosféře značné množství metanu (1000 - 6000 ppm), izotopicky příliš těžkého na Zemi, ale příliš lehkého na Venuši. Metan byl interpretován jako produkt (neznámé) reakce mezi prostředím na Venuši a kontaminanty na samotné sondě, ale s velkou mírou nejistoty (Donahue & Hodges, 1993). Nevím, jestli přítomnost metanu v atmosféře byla od té doby testována - rozhodně ne in situ. Metan je na Venuši nečekaný ze stejného důvodu jako fosfan - jde o hodně redukční plyn. Pokud by tam doopravdy byl, byla by to asi nejsilnější biosignatura, jakou si lze představit.

Odpovědět

Život

Tomáš Novák,2020-09-16 15:24:22

...ve Sluneční soustavě bych to tipoval na Europu nebo Enceladus, Venuši určitě ne...

Odpovědět

PH nižší než nula ?

Tomáš Kalisch,2020-09-15 10:54:11

Nedokážu pochopit větu: "Mnozí acidofilové žijí i v prostředí, jehož pH je nižší než nula, a stále se objevují jejich extrémnější a extrémnější druhy."

PH má přeci logaritmickou stupnici s rozsahem hodnot od 0 do 14.

Odpovědět


Re: PH nižší než nula ?

Roman Sobotka,2020-09-15 11:24:21

pH muze byt i negativni, stupnice 0-14 je trochu zjednoduseni (vychazi z vlastnosti vody, koncentrace H3O+). Ale pH lze uvazovat jako -log[H+], roztok HCl (37%) ma potom pH kolem -1.


Dulni 'voda' s pH -3.6

https://www.pnas.org/content/96/7/3455

Odpovědět


Re: PH nižší než nula ?

Tomáš Hluska,2020-09-15 11:26:38

Logaritmická stupnice ano, rozsah 0-14 ne. Tento rozsah platí ve vodě, ale třeba v tekutém amoniaku je úplně jiný (tuším do 23?). Nicméně když zůstaneme ve vodném prostředí, představte si kyselinu, která by byla schopná se plně disociovat i v koncentrovaných roztocích. Takové kyseliny pak mají "pH" záporné
https://en.wikipedia.org/wiki/Superacid

Nutno ovšem podotknout, že hovořit v této oblasti o pH je drobátko nesmysl, protože to funguje ve zředěných roztocích.

Odpovědět

teplota/ tlak

Tomáš Pilař,2020-09-15 09:44:45

V textu je uvedeno, že vysoká povrchová teplota je důsledek tlaku. Přijde mi, že v rámci běžné fyziky teplota s tlakem nesouvisí. Samozřejmě souvisí se stlačením (se změnou tlaku). Jestli to chápu špatně, tak mi prosím napovězte,kde. Děkuju.

Odpovědět


Re: teplota/ tlak

D. Hruška,2020-09-15 10:11:30

Ztlačením plynu dojde k jeho ohřáti. Pokud se chladnejší plyn z vyšší vrstvy dostane vlivem proudění níže, dojde k nárůstu jeho tlaku a tím i teploty plynu.

https://cs.m.wikipedia.org/wiki/Stavov%C3%A1_rovnice

Odpovědět


Re: teplota/ tlak

Tomáš Petrásek,2020-09-15 10:22:51

Jde o to, že když srovnáme teplotu ve stejné tlakové hladině jeden bar, je na Zemi cca 14 stupňů Celsia, na Venuši řekněme 70. To je zhruba ten rozdíl daný skleníkem a odlišným osluněním. Na obou planetách ale s tím, jak klesáme, roste teplota zhruba rovnoměrně - na Venuši o 8,2; na Zemi o 9,8 stupňů na každý kilometr. Takže jde především o to, že v mohutnější atmosféře Venuše můžeme klesnout z 1-bar hladiny ještě dalších 50 km, zatímco na Zemi ne. Kdybychom hypoteticky měli na Zemi proláklinu 50 km hlubokou, tak i bez jakéhokoli geotermálního či jiného zdroje tepla by na jejím dně byla velmi podobná teplota jako na povrchu Venuše. V těch atmosférách panuje (v idealizovaném stavu) taková rovnováha, aby když nějaký objem plynu klesá či stoupá, měnila se jeho teplota bez toho, aby získával či ztrácel tepelnou energii (adiabata).

Odpovědět


Re: Re: teplota/ tlak

František Kroupa,2020-09-15 19:35:06

Nebylo by možné pro nás staromilce používat jednotky SI, v daném případě pascaly? Totiž když vidím bar, hned mi to implikuje houstnoucí dým :-).

Odpovědět


Re: Re: Re: teplota/ tlak

Petr Haering,2020-09-18 17:43:48

Ono čistě technicky je bar jednotka SI, ikdyž v tomto případě se jedná o vedlejší jednotku soustavy.

Odpovědět


Re: Re: teplota/ tlak

Radoslav Porizek,2020-09-15 22:00:06

A bol by pokles o 9.8 stupnov na kilometer rovnaky, keby sme zabranili vyzarovaniu tepla z planety prec (za hranicou atmosfery by sme spravili sferu z alobalu)? Ja som mal za to, ze tento teplotny pokles je sposobeny vyzarovanim tepla do vesmiru (cim, vyssie, tym viac tepla sa vyziari).

Odpovědět

terminologický chaos

Tomáš Pilař,2020-09-15 09:40:26

On je v tom terminologický chaos (teda je v tom logický systém, který je občas složité pochopit). Oxidační činidlo, je něco co oxiduje substrát (bere mu elektrony), redukční činidlo je něco co redukuje substrát (dává mu elektrony), jedna látka může být oxidačním i redukčním činidlem podle toho s jakým substrátem přijde do styku.
Praktická aplikace 1 : pokud látka chrání substrát před oxidací, tím že se oxiduje sama, tak je oxidačním činidlem (je to běžná metoda, u potravin se takhle používá jak oxid siřičitý, tak třeba kyselina ascorbová)
Praktická aplikace 2: bělení látek je oxidací, směrem k běžným organickým látkám je kys. siřičitý oxidačním činidlem

Odpovědět

Oxid siřičitý má redukční účinky

Florian Stanislav,2020-09-15 01:30:37

Článek :"oxidačními činidly (např. kyselina sírová či oxid siřičitý)"
Oxid siřičitý jako oxidační činidlo je pro mě překvapením.Oxid siřičitý nachází uplatnění jako redukční činidlo (bělení, ochrana dřeva) a potravinářský konzervant (sušené ovoce, vína).
V článku ve schématu možných reakcí organismů na Venusi není SO2.

Odpovědět


Re: Oxid siřičitý má redukční účinky

Tomáš Hluska,2020-09-15 11:30:32

SO2 se může redukovat na elementární síru, nebo až na sulfan/sulfid, takže ano, může fungovat jako oxidační činidlo. Byť pro nás je běžnější ho používat jako redukční činidlo, protože se ještě lépe oxiduje na šestimocnou síru.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace