Na jednym z księżyców Saturna, w głębinach oceanu, skrywać może się obce życie. Problem w tym, iż ocean znajduje się pod kilometrami lodu, a dotarcie do niego dzięki sondy byłoby ogromnym wyzwaniem. Naukowcy mają jednak pomysł.
Enceladus, niewielki księżyc Saturna, od lat rozpala wyobraźnię astrobiologów. Pod jego lodową skorupą znajduje się ocean ciekłej wody, a w pobliżu południowego bieguna dochodzi do niezwykłego zjawiska. Z pęknięć na powierzchni wystrzeliwują w przestrzeń kosmiczną gejzery zawierające parę wodną i drobiny lodu. Część tego materiału pochodzi z ukrytego oceanu, dzięki czemu można badać jego skład bez konieczności przebijania się przez grubą warstwę zamarzniętej wody.
Naukowcy wskazali szczególnie cenne obiekty do takich badań. Chodzi o kryształy natronu, minerału zawierającego sód, węgiel i wodę, które podczas wzrostu mogą zamykać w swoim wnętrzu mikroskopijne porcje otaczającej je cieczy.
Takie naturalne kapsuły mogłyby przechowywać chemiczne wskazówki dotyczące oceanu Enceladusa, a być może również ślady życia, gdyby rzeczywiście kiedykolwiek się tam rozwinęło.
Więcej na Spider’s Web:
Enceladus ma zaledwie około 500 km średnicy, a mimo to jest jednym z najciekawszych miejsc w Układzie Słonecznym jeżeli chodzi o poszukiwania życia. Pod jego lodową skorupą znajduje się ocean, którego woda może pozostawać ciekła dzięki energii pochodzącej z wnętrza księżyca. Istotną rolę odgrywają tu siły pływowe Saturna, które powodują odkształcanie i nagrzewanie Enceladusa.
Najbardziej niezwykłe są jednak wspomniane gejzery. W okolicach południowego bieguna, wzdłuż szczelin w lodzie, materiał z wnętrza księżyca wydostaje się na zewnątrz i trafia w przestrzeń kosmiczną. Część wyrzuconych drobin zasila rozległy pierścień E Saturna, a część może ponownie opadać na powierzchnię Enceladusa.
Zamiast lądować na księżycu i budować urządzenia zdolne do przebicia się przez lodową skorupę, można analizować materiał pochodzący z jego wnętrza. Właśnie w ten sposób sonda Cassini, która badała układ Saturna, wykryła w wyrzucanej materii między innymi wodę, sole i związki organiczne.
Sama obecność związków organicznych nie oznacza jeszcze, iż na Enceladusie istnieje życie. Są to substancje chemiczne, które mogą powstawać zarówno w procesach biologicznych, jak i niebiologicznych. Aby ocenić, czy ocean oferuje warunki sprzyjające organizmom, trzeba lepiej poznać jego chemię i procesy zachodzące w tym środowisku.
I tu pojawia się natron.
Kryształy soli mogą działać jak mikroskopijne kapsuły czasu
Natron to minerał zbudowany przede wszystkim z uwodnionego węglanu sodu. Jego struktura zawiera zarówno związki sodu i węgla, jak i wodę. Naukowcy uznali, iż może być interesującym celem badań na Enceladusie, ponieważ podczas krystalizacji jest w stanie zamykać w swoim wnętrzu niewielkie ilości cieczy.
Takie uwięzione porcje płynu nazywa się inkluzjami fluidalnymi. Powstają wtedy, gdy rosnący kryształ otacza fragment cieczy i odcina go od reszty środowiska. W ten sposób wewnątrz minerału może zostać zachowana próbka roztworu, który istniał w chwili powstawania kryształu.
W przypadku Enceladusa taka kapsuła mogłaby dostarczyć informacji o składzie wody z podpowierzchniowego oceanu.
Wcześniejsze badania dawnych złóż soli na Ziemi pokazywały, iż w mikroskopijnych kieszeniach płynu uwięzionych w kryształach mogą przetrwać struktury przypominające komórki drobnoustrojów. Nie dowodzi to, iż podobny proces zachodzi na Enceladusie, ale pokazuje, dlaczego takie minerały interesują astrobiologów.
Najnowsze badanie, opublikowane w czasopiśmie Communications Earth & Environment, sprawdzało, czy natron rzeczywiście potrafi zamykać w swoim wnętrzu ciecz podczas zamarzania. Wyniki są obiecujące, choć do wykazania, iż minerał może przechowywać ślady ewentualnego życia, droga pozostaje daleka.
Eksperyment z promieniowaniem rentgenowskim przyniósł interesujący wynik
Zespół kierowany przez Liama Pererę z brytyjskiego ośrodka badawczego Diamond Light Source przygotował roztwór zawierający chlorek sodu, czyli sól kuchenną, oraz węglan sodu. Następnie schładzał go, obserwując, jak tworzą się kryształy i jak zmienia się ich struktura.
Do analizy wykorzystano intensywne promieniowanie rentgenowskie. Dzięki niemu badacze mogli uzyskać trójwymiarowe obrazy rozwijających się kryształów oraz zajrzeć do ich wnętrza. Analiza sposobu rozpraszania promieniowania pozwoliła także ustalić, jakie minerały powstały w badanym roztworze.
Szczególną uwagę zwrócił natron. W miarę wzrostu kryształy tego minerału zamykały w sobie fragmenty otaczającej cieczy. Co więcej, wielkość kryształów miała znaczenie dla prawdopodobieństwa znalezienia takich inkluzji.
Spośród niemal 3800 oddzielonych ziaren tylko około 3 proc. zawierało uwięzioną ciecz. Jednak w największej badanej kategorii wielkościowej inkluzje znaleziono we wszystkich 29 analizowanych ziarnach.
Zamarzanie wody może zmienić chemiczny obraz oceanu
W eksperymencie pojawiło się jedno ważne ograniczenie. Naukowcy zastosowali roztwór około pięć razy bardziej stężony niż wartości szacowane na podstawie drobin pobranych przez sondę Cassini. Dzięki temu mogli uzyskać większe kryształy, które łatwiej było obserwować i analizować.
W tak skoncentrowanym roztworze natron zaczynał krystalizować, zanim doszło do głównego etapu powstawania lodu. W efekcie zamykał porcje cieczy, której skład miał pozostawać zbliżony do wyjściowego roztworu.
Warunki na Enceladusie mogą być jednak inne. W bardziej rozcieńczonej wodzie, przypominającej ocean, najpierw prawdopodobnie powstawałby lód. Kiedy cząsteczki wody układają się w strukturę krystaliczną lodu, większość rozpuszczonych soli nie trafia do tej struktury. Pozostaje więc w niezamarzniętej cieczy.
W rezultacie im więcej wody zamarza, tym bardziej stężony staje się pozostały roztwór. jeżeli później zacznie w nim krystalizować natron, minerał może zamknąć ciecz o składzie wyraźnie różniącym się od pierwotnej wody oceanicznej.
Czy to przekreśla wartość takich próbek? Niekoniecznie. Kryształ zachowujący skład zbliżony do pierwotnego oceanu mógłby pomóc odtworzyć jego chemię. Z kolei próbka powstała po częściowym zamarznięciu wody pokazałaby, jak procesy zachodzące podczas tworzenia lodu zmieniają stężenie rozpuszczonych substancji.
Oba rodzaje próbek byłyby zatem przydatne, o ile badacze potrafiliby rozpoznać warunki, w których powstały. Pomóc mogą kształt kryształów, ich skład mineralny oraz otaczający je materiał.
W ekstremalnie niskich temperaturach panujących na powierzchni Enceladusa woda uwięziona wewnątrz takich struktur również byłaby zamarznięta. Nie przeszkadza to jednak w analizowaniu jej składu chemicznego.
Enceladus pozostaje jednym z najbardziej obiecujących miejsc do poszukiwania środowisk sprzyjających życiu w Układzie Słonecznym. A jeżeli kryształy soli rzeczywiście potrafią zachowywać małe próbki jego oceanu, odpowiedź na pytanie o chemię tego ukrytego świata może znajdować się bliżej powierzchni, niż dotąd przypuszczaliśmy.
Główna ilustracja: Enceladus
