Na zajawce powyżej: badanie kriowulkanów – wizja artystyczna (Bing AI)
Enceladus, satelita Saturna, jest stosunkowo niewielkim, ale jednym z najbardziej interesujących księżyców w Układzie Słonecznym. Już od dłuższego czasu naukowcy uważają, że może on być on, a dokładniej jego podlodowy ocean, potencjalnym siedliskiem życia.
źródło: NASA, domena publiczna
Dyskusja na ten temat rozgorzała na nowo, gdy na światło dzienne wypłynęły dane nadsyłane z sondy Cassini. Misja Cassini-Huygens rozpoczęła się jeszcze w 1997 roku, ale dopiero w 2004 sonda weszła na orbitę Saturna. Jej celem było zbadanie samej planety, ale też jej pierścieni i księżyców. Sonda jedenaście razy przeleciała obok Enceladusa, zbierając olbrzymią ilość danych na temat gejzerów tego ciała niebieskiego. Jeden z przelotów miał miejsce zaledwie 50 km nad powierzchnią księżyca. W jego trakcie sonda przeleciała przez gejzer w okolicach południowego bieguna, dokonując analizy jego zawartości.
źródło: NASA, licencja: CC SA 2.0
Spektrometria kriowulkanów
W 2023 roku ukazała się w „Nature Astronomy” niesamowicie ciekawa praca, będąca pierwszym większym podsumowaniem badań chemicznych Enceladusa. Badacze skupili się na wynikach uzyskanych przy użyciu spektrometru INMS, który analizuje zarówno jony, jak też cząsteczki obojętne. Jest to niesamowite urządzenie. Waży tylko nieco ponad 9 kg, zużywa niecałe 30 watów. Komunikuje się z „zawrotną” szybkością 1,5 kbps, ale w sumie nie chodziło tu o szybkość. Jego podstawowym zadaniem jest „obwąchiwanie” okolicy. Spektrometr wykrywa jony i cząsteczki obojętne o stosunkowo niskich masach (tylko do 60 jednostek masy atomowej). Dane przesyłane powoli, ale cierpliwie na Ziemię, zachwyciły badaczy. Stwierdzono, że w gejzerach aktywnych w rejonie biegunowym Enceladusa znajdują się takie substancje, jak woda (dość oczywista w przypadku gejzerów), ale też dwutlenek węgla, metan, amoniak i wodór cząsteczkowy. Akurat obecności tych związków się spodziewano. Ale dalej było tylko ciekawiej. Kolejnymi niskocząsteczkowymi związkami, które wykrył INMS, były: cyjanowodór (HCN), acetylen (C2H2), propylen (C3H6) i etan (C2H6).
Jeśli dodamy do tego oddziaływanie Słońca, które może powodować radiolizę (rozkład pod wpływem promieniowania jonizującego) oraz inne, wtórne procesy chemiczne, nietrudno jest wyciągnąć wnioski, że mamy tu całkiem bogaty zestaw „klocków życia”. Oczywiście nie jest to żaden bezpośredni, a nawet pośredni dowód, że pod białą lodową powierzchnią tego księżyca istnieje jakiekolwiek życie. Możemy jednak spekulować, że właśnie tego typu koktajl chemiczny jest swoistym zaczynem. Szczególną uwagę zwraca obecność HCN. Ten toksyczny dla ludzi gaz stanowi kluczową cząsteczkę w procesach tworzenia aminokwasów. Ciekawość wzbudza też obecność metanu. Tu, na Ziemi, jest on produktem metanogenezy, procesu beztlenowego rozkładu substancji organicznych. Skąd on się wziął na Enceladusie? Nie wiemy. Jeszcze nie wiemy. Jego obecność dowodzi jednak tego, że muszą tam przebiegać reakcje redoks (redukcji i utleniania), które są typowe dla znanego nam metabolizmu. Tu trzeba zwrócić uwagę, że związki węgla odkryte na Enceladusie obejmują szeroki zakres stopni utlenienia – od +4 (dwutlenek węgla) aż do -4 (metan). Zauważmy też, że w mieszaninie mamy również substancję redukującą (wodór) oraz utleniającą (tlen), tak więc możemy przypuszczać, że w tym kosmicznym tyglu może dziać się bardzo dużo interesujących procesów chemicznych.
A co znaleziono w pyle?
Trzeba tu jeszcze wspomnieć, że sonda Cassini (konkretnie Cosmic Dust Analyzer) wcześniej wykryła w drobnych ziarnach pyłu wyrzucanego z gejzerów księżyca całkiem sporą ilość związków nieorganicznych. Znaleziono tam typowe jony, takie jak sód i potas, a także wodorowęglan i węglan. Ot, skład podobny do naszej wody mineralnej (rzućcie okiem na dowolną etykietę). Co ważne, odkryto też fosforany, bardzo istotny składnik życia (wspomnijmy tylko ATP czy DNA). Analiza zawartości tych ważnych jonów wykazała, że w podpowierzchniowym oceanie jest ich prawdopodobnie nawet 100 razy więcej niż w oceanach ziemskich. W jonach tych fosfor występuje na +5 stopniu utlenienia. Podejrzewano też, że może tam się znaleźć fosfor +3, czyli pochodne H2PO3. Są to jony silnie redukujące, ale nie zostały one znalezione, co raczej nie jest dziwne, zważywszy na to, że środowisko oceanu Enceladusa jest alkaliczne. Badacze podejrzewają, że źródłem fosforu jest głównie fosforek żelaza (FeP). W środowisku kwaśnym związek ten rozkłada się z wytworzeniem fosfiny (fosforowodoru – PH3). Przypominam, że afera z fosfiną wybuchła jakiś czas temu, gdy analizowano wyniki badań Wenus. Pisałem o tym jakiś czas temu.
Dodam tutaj dla porządku, że odkrycia związane z jonami nieorganicznymi było pośrednie – znaleziono je w materii pierścienia E wokół Saturna, wykorzystując aparaturę CDA (Cosmic Dust Analyzer). Pierścień ten jest tworzony właśnie przez gejzery (kriowulkany) Enceladusa i jest najbardziej zewnętrznym z pierścieni. Znajduje się on w odległości 180-480 tys. km od planety, przy czym orbita Enceladusa to ok. 230 tys. km.
Co dalej
Wyniki najnowszych badań Enceladusa mogą być impulsem do dalszej eksploracji tego księżyca. Co prawda już jakiś czas temu NASA umieściła w swoim programie flagowym misję Enceladus Orbilander, ale jest ona w bardzo wczesnej fazie projektowania. W ramach tego projektu sonda wyposażona w różnorodną aparaturę badawczą miałaby pod koniec lat 30. wystartować z Ziemi, przy czym planowana data dotarcia na Enceladusa to wczesne lata 50. Sonda miałaby 1,5 roku orbitować wokół księżyca, badając zdalnie m.in. kriowulkany, a następnie wylądować i przez kolejne pół roku prowadzić eksplorację powierzchni. Innym projektem jest ELF – Enceladus Life Finder, ale tutaj mamy nadal niewiele szczegółów, nie znamy też nawet przybliżonych dat misji. Wiemy tylko, że mają być badane gejzery. Ale zaraz – przecież te były zbadane przez sondę Cassini. Ha, tyle że przy użyciu starych instrumentów. Pierwszy z brzegu przykład: znaleziono obojętne cząsteczki o masie 28 u (jednostek masy atomowej). Nie dało się jednak rozstrzygnąć, czy mamy tu cząsteczki CO (bardzo interesujące), czy też N2 (mało ciekawe). Nowe instrumenty będą co najmniej 80x bardziej dokładne i pozwolą nam to rozstrzygnąć jednoznacznie. Co więcej, aparatura będzie też nastawiona na analizę obecności aminokwasów, ale też, jeśli zostaną wykryte, będzie można sprawdzić, czy są one (mówiąc popularnie) lewoskrętne, czy prawoskrętne.
Obiecuję, że jak tylko napłyną wyniki, podzielę się z wami, jeśli nie zapomnę. Będę miał niecałe sto lat. A jeśli ja tego nie zrobię, zobowiążę do tego mojego wnuka Wiktora, który będzie miał wtedy mniej więcej tyle lat, ile Lucas teraz.
Literatura dodatkowa
Projekt ELF – Enceladus Life Finder (plik PDF, j. ang.)
