Enceladus wyrzuca ocean w kosmos. Tak pomaga nam szukać życia

Enceladus od lat wygląda jak wymarzony cel dla astrobiologów. Pod grubą warstwą lodu ma globalny ocean, który styka się ze skalistym dnem, a przez pęknięcia w okolicach południowego bieguna wyrzuca wodę i lód setki kilometrów w kosmos. Zamiast więc przebijać się przez skorupę księżyca, można po prostu przelecieć przez pióropusz i zebrać to, co samo wylatuje ze środka.

Teraz okazuje się, że sytuacja jest jeszcze lepsza. Naukowcy z Wolnego Uniwersytetu Berlińskiego pokazali, że Enceladus nie tylko dostarcza próbki oceanu, ale także częściowo przygotowuje je do analizy. W nowym badaniu opublikowanym w Science Advances wykazali, że podczas zamarzania sole i związki organiczne rozdzielają się, a później trafiają do różnych drobin lodu w bardzo wysokim stężeniu. Jeśli gdzieś w tym materiale kryłyby się ślady życia, przyszłej sondzie może być znacznie łatwiej je zauważyć.

Sonda Cassini wielokrotnie przelatywała przez pióropusze Enceladusa i analizowała wyrzucane przez nie cząstki. Właśnie dzięki niej wiemy, że w podpowierzchniowym oceanie znajdują się sole, związki organiczne i fosfor, a na jego dnie mogą zachodzić procesy hydrotermalne.

Jak już wcześniej pisaliśmy, analiza świeżych drobin zarejestrowanych przez Cassini ujawniła również kolejne złożone związki organiczne. Nie jest to dowód istnienia organizmów, ale chemicznie Enceladus ma coraz więcej elementów, które na Ziemi kojarzymy ze środowiskiem zdolnym podtrzymać życie.

Nowe badanie wraca do danych instrumentu Cosmic Dust Analyzer. Zespół Franka Postberga przeanalizował około 1000 widm szczególnie bogatych w sole drobin lodu i zauważył, że ich skład bardzo mocno się od siebie różni. Jedne były zdominowane przez chlorek sodu, inne przez węglany, fosforany, wodorotlenek sodu albo związki potasu. Gdyby każda drobina była po prostu błyskawicznie zamrożoną kopią wody oceanicznej, takich różnic nie powinno być aż tyle.

Badacze połączyli dane Cassini z wieloletnimi eksperymentami laboratoryjnymi i modelami fizycznymi. Z rekonstrukcji wynika, że cały proces zaczyna się na powierzchni oceanu.

Pęcherzyki gazu wypływają ku górze i pękają, wyrzucając maleńkie kropelki słonej wody. Para wodna porywa je następnie przez szczeliny w grubej skorupie lodowej w kierunku powierzchni. Do tej pory zakładano, że takie krople zamarzają niemal natychmiast. Wygląda jednak na to, że mają na to wystarczająco dużo czasu, żeby ich składniki zaczęły się od siebie oddzielać.

Gdy powstają kolejne kryształki lodu, rozpuszczone substancje są wypychane do pozostałej jeszcze cieczy. Chlorek sodu może znaleźć się w innym miejscu niż węglany, fosforany czy materiał organiczny. Z pierwotnie wymieszanej kropli robi się więc mikroskopijna mozaika o bardzo nierównym składzie.

To nadal jednak nie koniec. W drodze ku powierzchni zamrożone krople mogą rozpędzać się do około 1000 km/h. Kiedy uderzają w ściany lodowych szczelin, pękają na fragmenty o rozmiarach zaledwie kilku mikrometrów. Skoro wcześniej poszczególne substancje zebrały się w różnych częściach kropli, po rozbiciu każdy fragment może zawierać prawie wyłącznie jeden z tych składników i to w znacznie większym stężeniu niż w samym oceanie.

Na Ziemi próbkę często trzeba najpierw oczyścić, rozdzielić jej składniki i skoncentrować to, czego się szuka. Enceladus wykonuje sporą część tej pracy sam, zanim drobina w ogóle opuści księżyc.

Jeżeli w wodzie Enceladusa znajdowałby się materiał pochodzący od mikroorganizmów, podczas powolnego zamarzania również mógłby zostać oddzielony od soli i innych składników. Po rozpadzie kropli trafiłby tylko do części drobin, ale w tych konkretnych ziarnach występowałby w znacznie większej koncentracji.

Przyszła sonda musiałaby więc zbadać bardzo dużo pojedynczych cząstek. Jeśli jednak trafiłaby na właściwą, potencjalna biosygnatura mogłaby być dużo łatwiejsza do wykrycia niż w jednorodnej, mocno rozcieńczonej próbce.

Co ważne, zespół Postberga już wcześniej pokazywał w laboratorium, że instrumenty podobne do tych planowanych dla przyszłych misji mogą wykrywać fragmenty materiału komórkowego w pojedynczych drobinach lodu. Nie trzeba więc koniecznie lądować, wiercić przez skorupę i opuszczać sondy do oceanu. W teorii wystarczy ponownie przelecieć przez gejzery i bardzo dokładnie sprawdzać to, co Enceladus sam wyrzuca w przestrzeń.

Tego samego dnia w Science Advances ukazało się drugie badanie, które do tej układanki dokłada jeszcze jeden ciekawy element. Naukowcy z Uniwersytetu Ludwika i Maksymiliana w Monachium, z udziałem Postberga i Nozaira Khawaji, odtworzyli w laboratorium warunki przypominające ocean Enceladusa. Jest on silnie zasadowy, niemal pozbawiony tlenu i zawiera niewiele dostępnego dwutlenku węgla.

Do tak przygotowanego środowiska wprowadzili Methanothermococcus okinawensis, ziemskiego archeona żyjącego w pobliżu gorących źródeł hydrotermalnych. Organizm wykorzystuje wodór i dwutlenek węgla, produkując metan.

Zobacz także:

Ku zaskoczeniu badaczy mikroby nie tylko przetrwały, ale nadal rosły i produkowały metan. Co więcej, lepiej radziły sobie w symulowanym oceanie Enceladusa niż w standardowej pożywce ustawionej na tak samo wysokie pH. Nie oznacza to oczywiście, że na Enceladusie żyją podobne organizmy. Pokazuje natomiast, że warunki, które wcześniej wydawały się dla takiego metabolizmu bardzo trudne, nie muszą być przeszkodą nie do pokonania.

Enceladus daje więc astronomom wyjątkowo kuszący zestaw. Ma ocean, źródło energii, bogatą chemię i warunki, w których przynajmniej ziemskie mikroorganizmy potrafią funkcjonować. A na dodatek sam pakuje próbki tego oceanu w drobiny lodu i wyrzuca je w kosmos. Trudno zatem wymyślić księżyc, który bardziej ułatwiałby nam sprawdzenie, czy naprawdę nie jesteśmy sami.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI