Korzystając z danych zebranych przez sondę Cassini, międzynarodowy zespół naukowców odkrył w materiale wyrzucanym w przestrzeń kosmiczną z Enceladusa fosfor - pierwiastek kluczowy dla wielu procesów biologicznych.
Poszukiwania życia pozaziemskiego w Układzie Słonecznym właśnie stały się bardziej ekscytujące. Zespół naukowców odkrył nowe dowody na to, że podpowierzchniowy ocean Enceladusa, jednego z księżyców Saturna, zawiera kluczowy składnik niezbędny do rozwoju życia, takiego, jakie znamy. Badacze wykryli fosfor w postaci fosforanów wyrzuconych przez gejzery na Enceladusie. Dane, dzięki którym możliwe było to odkrycie dostarczyła sonda Cassini, która badała Saturna i jego system pierścieni i księżyców przez ponad 13 lat.
Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-023-05987-9).
Enceladus ma zaledwie 500 kilometrów średnicy. Pokryty jest grubą warstwą lodu, co sprawia, że ma największe albedo ze wszystkich ciał naszego systemu planetarnego. Odbija ponad 90 proc. światła, które nań pada. Z kolei w jego wnętrzu, pod lodową skorupą, kryje się głęboki, płynny ocean słonej wody, w którym naukowcy mają nadzieję znaleźć życie.
To niezwykłe ciało niebieskie nieustannie poddawane jest silnym rezonansom orbitalnym. Zjawisko to ma miejsce, gdy orbity dwóch ciał (np. planet) wokół ich ciała macierzystego (np. gwiazdy) są ze sobą ściśle powiązane wpływem grawitacyjnym. Związek ten wygląda tak, że na pewną liczbę okrążeń jednego z dwóch ciał wypada określona wielokrotność okrążeń drugiego, co oznacza, że regularnie ciała te znajdują się w tej samej konfiguracji, po pokonaniu określonej liczby orbit.
W przypadku Encleadusa wpływy grawitacyjne kształtowane są przez grawitację Saturna oraz grawitację bardziej odległego księżyca Dione. Z tego powodu na zamarzniętą skorupę Enceladusa oddziałują siły pływowe. I to do tego stopnia, że w cieńszych obszarach pokrywy lodowej przy południowym biegunie księżyca tworzą się pęknięcia. Zresztą te same siły powodują nieustanne naprężenia, które umożliwiają utrzymanie ciepła pod grubą lodową pokrywą, a tym samym istnienie wody w stanie ciekłym.
Ciekła woda pod ogromnym ciśnieniem wdziera się do tych pęknięć, gdzie rozpręża się i wydostaje na zewnątrz, tworząc gejzery. Część materii wyrzuconej z wnętrza ucieka z księżyca zasilając jeden z pierścieni Saturna (pierścień E). Ale część opada z powrotem na powierzchnię księżyca w postaci śniegu, tworząc zaspy sięgające w niektórych miejscach nawet 700 metrów (więcej na ten temat w tekście: Enceladus jest pokryty grubą warstwą śniegu).
W czasie swojej misji w latach 2004-2017sonda Cassini wielokrotnie przelatywała przez pierścień E oraz pióropusze materii wyrzucanej przez mały księżyc. Naukowcy odkryli, że ziarna lodu z Enceladusa zawierają bogatą gamę minerałów i związków organicznych. Niedawne analizy danych zebranych przez sondę Cassini dostarczyły dowodów na to, że podpowierzchniowy ocean Enceladusa jest obfity w fosforany, a fosfor w postaci fosforanów jest niezbędny dla wszystkich form życia na Ziemi. Bierze udział w tworzeniu DNA i RNA, cząsteczek przenoszących energię, błon komórkowych, kości i zębów u ludzi i zwierząt, a nawet morskiego mikrobiomu i planktonu. Życie, jakie znamy, nie jest możliwe bez fosforanów.
O tym, że ocean Enceladusa może zawierać fosfor, informowano już w ubiegłym roku (więcej na ten temat w tekście: Poszukiwania życia poza Ziemią. Ważne odkrycie dot. księżyca Saturna - Enceladusa). Co prawda badacze nie mieli wówczas bezpośrednich dowodów na istnienie fosforu w oceanie księżyca Saturna. Przeprowadzili jednak modelowanie termodynamiczne i kinetyczne, które symuluje geochemię fosforu w oparciu o dane zebrane przez sondę Cassini na temat systemu oceanicznego na Enceladusie. W ten sposób opracowali bardzo szczegółowy model geochemiczny tego, jak minerały z dna morskiego rozpuszczają się w oceanie Enceladusa. Okazało się, że minerały fosforanowe bardzo dobrze rozpuszczają się w wodach oceanu tego księżyca. Zresztą współautorem nowych badań jest dr Christopher Glein z Southwest Research Institute, który również brał udział w badaniach sprzed roku.
- W 2020 r. (publikacja w 2022 r.) wykorzystaliśmy modelowanie geochemiczne, aby przewidzieć, że w oceanie Enceladusa powinno być dużo fosforu – przyznał Glein. - Teraz znaleźliśmy obfite ilości fosforu w próbkach lodu z pióropuszy materii wyrzucanych w przestrzeń kosmiczną z pęknięć w lodowej powierzchni księżyca – dodał.
Analiza bogatych w sól ziaren lodu wykazała obecność fosforanów sodu. Wyniki obserwacji naukowców, wraz z przeprowadzonymi eksperymentami laboratoryjnymi sugerują, że fosfor jest łatwo dostępny w oceanie Enceladusa w postaci fosforanów.
- Stwierdziliśmy, że stężenie fosforanów jest co najmniej 100 razy wyższe w wodach oceanicznych tworzących pióropusz emitowany z księżyca niż w oceanach Ziemi. Wykorzystanie modelu do przewidywania obecności fosforanów to jedno, ale faktyczne znalezienie dowodów na obecność fosforanów jest niezwykle ekscytujące. To oszałamiający wynik dla astrobiologii i duży krok naprzód w poszukiwaniu życia poza Ziemią – powiedział Glein.
Jednym z ciekawszych odkryć w naukach planetarnych w ciągu ostatnich 25 lat jest to, że światy z oceanami pod warstwą lodu są całkiem liczne w naszym Układzie Słonecznym. Obejmują one lodowe satelity gazowych olbrzymów, jak Europa, Tytan czy właśnie Enceladus, a także bardziej odległe ciała, takie jak Pluton.
Światy takie jak Ziemia z powierzchniowymi oceanami muszą znajdować się w wąskim zakresie odległości od swoich gwiazd macierzystych, aby utrzymać temperatury, które pozwolą na utrzymanie wody w stanie ciekłym. Zakres ten nazywany jest ekostrefą, ekosferą lub strefą zamieszkiwalną. Jednak światy z podpowierzchniowymi oceanami mogą występować w znacznie szerszym zakresie odległości.
- Eksperymenty i modelowanie geochemiczne pokazują, że tak wysokie stężenia fosforanów wynikają ze zwiększonej rozpuszczalności minerałów fosforanowych na Enceladusie, co może dotyczyć także innych lodowych światów z podpowierzchniowym oceanem. Dzięki temu odkryciu wiadomo, że ocean Enceladusa spełnia to, co powszechnie uważa się za najsurowsze wymaganie dla rozwoju życia. Następny krok jest jasny – musimy wrócić na Enceladusa, aby zobaczyć, czy nadający się do zamieszkania ocean jest rzeczywiście zamieszkany – podkreślił Glein.
- Wcześniej odkryliśmy, że ocean Enceladusa jest bogaty w różnorodne związki organiczne. Ale teraz badania ujawniły wyraźną sygnaturę chemiczną znacznych ilości soli fosforu w cząsteczkach lodu wyrzuconych w przestrzeń kosmiczną z małego księżyca. Po raz pierwszy ten niezbędny dla życia pierwiastek został odkryty w oceanie poza Ziemią – powiedział Frank Postberg z Freie Universität Berlin w Niemczech, który kierował nowymi badaniami.
Źródło: Southwest Research Institute, NASA, fot. NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
