Saturnov oceánsky mesiac Enceladus je schopný podporovať život

Fabian Klenner: Saturn má 146 potvrdených mesiacov – viac ako ktorákoľvek iná planéta v slnečnej sústave – ale jeden s názvom Enceladus vyniká. Zdá sa, že má ingrediencie pre život.

V rokoch 2004 až 2017 Cassini – spoločná misia medzi NASA, Európskou vesmírnou agentúrou a Talianskou vesmírnou agentúrou – skúmala Saturn, jeho prstence a mesiace. Cassini priniesla veľkolepé zistenia. Enceladus s priemerom len 313 míľ (504 kilometrov) skrýva pod ľadovou kôrou tekutý vodný oceán, ktorý pokrýva celý Mesiac.

Gejzíry na južnom póle Mesiaca vystreľujú plyn a ľadové zrná vytvorené z vody oceánu do vesmíru.

Aj keď inžinieri Cassini nepredpokladali, že budú analyzovať ľadové zrná, ktoré Enceladus aktívne vyžaruje, pribalili na kozmickú loď analyzátor prachu. Tento prístroj meral emitované ľadové zrná jednotlivo a povedal výskumníkom o zložení podpovrchového oceánu.

Ako planetárneho vedca a astrobiológa, ktorý študuje ľadové zrná z Enceladu, ma zaujíma, či je na tomto alebo iných ľadových mesiacoch život. Tiež chcem pochopiť, ako to vedci ako ja mohli odhaliť.

Ingrediencie pre život

Rovnako ako oceány Zeme, aj oceán Enceladus obsahuje soľ, z ktorej väčšinu tvorí chlorid sodný, bežne známy ako kuchynská soľ. Oceán tiež obsahuje rôzne zlúčeniny na báze uhlíka a má proces nazývaný prílivový ohrev, ktorý generuje energiu na Mesiaci. Kvapalná voda, chémia na báze uhlíka a energia sú kľúčovými zložkami života.

V roku 2023 sme spolu s ďalšími vedcami našli fosfát, ďalšiu zlúčeninu podporujúcu život, v ľadových zrnách pochádzajúcich z oceánu Enceladus. Fosfát, forma fosforu, je životne dôležitý pre všetok život na Zemi. Je súčasťou DNA, bunkových membrán a kostí. Toto bolo prvýkrát, čo vedci objavili túto zlúčeninu v mimozemskom vodnom oceáne.

Skalnaté jadro Enceladusu pravdepodobne interaguje s vodným oceánom prostredníctvom hydrotermálnych prieduchov. Tieto horúce gejzírové štruktúry vyčnievajú z dna oceánu. Vedci predpovedajú, že podobné prostredie mohlo byť miestom zrodu života na Zemi.

Detekcia potenciálneho života

Doteraz nikto nikdy nezistil život mimo Zeme. Vedci sa ale zhodujú, že Enceladus je veľmi sľubným miestom na hľadanie života. Ako teda ideme hľadať?

V článku publikovanom v marci 2024 sme s kolegami vykonali laboratórny test, ktorý simuloval, či prístroje na analýzu prachu na kozmickej lodi dokážu odhaliť a identifikovať stopy života v emitovaných ľadových zrnách.

Na simuláciu detekcie ľadových zŕn, ako ich zaznamenávajú analyzátory prachu vo vesmíre, sme použili laboratórne nastavenie na Zemi. Pomocou tohto nastavenia sme vstrekli malý vodný lúč, ktorý obsahoval bakteriálne bunky, do vákua, kde sa lúč rozpadol na kvapôčky. Každá kvapôčka teoreticky obsahovala jednu bakteriálnu bunku.

Potom sme laserom vystrelili na jednotlivé kvapôčky, ktoré vytvorili nabité ióny z vody a bunkových zlúčenín. Merali sme nabité ióny pomocou techniky nazývanej hmotnostná spektrometria. Tieto merania nám pomohli predpovedať, čo by mali prístroje na analýzu prachu na kozmickej lodi nájsť, ak by narazili na bakteriálnu bunku obsiahnutú v ľadovom zrnku.

Zistili sme, že tieto nástroje odvedú dobrú prácu pri identifikácii bunkového materiálu. Prístroje určené na analýzu jednotlivých ľadových zŕn by mali byť schopné identifikovať bakteriálne bunky, aj keď v ľadovom zrnku z gejzíru podobného Enceladusu je len 0,01 % zložiek jednej bunky.

Analyzátory mohli zachytiť množstvo potenciálnych podpisov z bunkového materiálu, vrátane aminokyselín a mastných kyselín. Detegované aminokyseliny predstavujú buď fragmenty bunkových proteínov alebo metabolity, čo sú malé molekuly zúčastňujúce sa chemických reakcií v bunke. Mastné kyseliny sú fragmenty lipidov, ktoré tvoria bunkové membrány.

V našich experimentoch sme použili baktériu s názvom Sphingopyxis alaskensis. Bunky tejto kultúry sú extrémne malé – majú rovnakú veľkosť ako bunky, ktoré by sa mohli zmestiť do ľadových zŕn vyžarovaných z Enceladu. Okrem svojej malej veľkosti majú tieto bunky radi chladné prostredie a na prežitie a rast potrebujú len niekoľko živín, podobne ako by pravdepodobne vyzeral život prispôsobený podmienkam v oceáne Enceladu.

Špecifický analyzátor prachu na Cassini nemal analytické schopnosti na identifikáciu bunkového materiálu v ľadových zrnách. Vedci však už teraz navrhujú nástroje s oveľa väčšími schopnosťami pre potenciálne budúce misie Enceladus. Naše experimentálne výsledky budú informovať o plánovaní a návrhu týchto nástrojov.

Budúce misie

Enceladus je jedným z hlavných cieľov budúcich misií NASA a Európskej vesmírnej agentúry. V roku 2022 NASA oznámila, že misia na Enceladus mala druhú najvyššiu prioritu, keď si vybrali svoje ďalšie veľké misie – misia Urán mala najvyššiu prioritu.

Európska agentúra nedávno oznámila, že Enceladus je hlavným cieľom jej ďalšej veľkej misie. Táto misia by pravdepodobne zahŕňala vysoko výkonný analyzátor prachu na analýzu ľadových zŕn.

Enceladus nie je jediný mesiac s tekutým vodným oceánom. Jupiterov mesiac Európa má pod jeho ľadovou kôrou aj oceán, ktorý pokrýva celý mesiac. Ľadové zrná na Európe plávajú nad povrchom a niektorí vedci si myslia, že Európa môže mať dokonca gejzíry ako Enceladus, ktoré vystreľujú zrná do vesmíru. Náš výskum tiež pomôže pri štúdiu ľadových zŕn z Európy.

Misia Europa Clipper agentúry NASA navštívi Európu v najbližších rokoch. Štart Clipper je naplánovaný na október 2024 a prílet k Jupiteru v apríli 2030. Jeden z dvoch hmotnostných spektrometrov na kozmickej lodi, SUrface Dust Analyzer, je určený na analýzu jednotlivých zŕn ľadu.

Naša štúdia demonštruje, že tento nástroj bude schopný nájsť aj malé časti bakteriálnej bunky, ak sú prítomné len v niekoľkých emitovaných ľadových zrnkách.

S plánmi týchto vesmírnych agentúr v blízkej budúcnosti a výsledkami našej štúdie sú vyhliadky na nadchádzajúce vesmírne misie navštevujúce Enceladus alebo Európu neuveriteľne vzrušujúce. Teraz vieme, že pomocou súčasných a budúcich prístrojov by vedci mali byť schopní zistiť, či na niektorom z týchto mesiacov existuje život.

Fabian Klenner, postdoktorand v odbore vedy o Zemi a vesmíre, University of Washington

Tento článok je znovu publikovaný z Konverzácia pod licenciou Creative Commons. Čítať pôvodný článok.