Astronomowie odkryli, jak zbadać ocean Enceladusa
Kryształy natronu mogą w przyszłości pomóc naukowcom zbadać ocean Enceladusa. Eksperyment wykazał, że minerał ten potrafi zatrzymywać wewnątrz niewielkie porcje cieczy, które mogą zachowywać informacje o jej składzie chemicznym.
Ocean Enceladusa ukryty pod grubą warstwą lodu
Jak wskazują astronomowie, ocean na Enceladusie, jednym z księżyców Saturna, znajduje się pod kilkukilometrową warstwą lodu, jednak część wody z jego wnętrza wydostaje się na powierzchnię. W pobliżu jego południowego bieguna znajdują się gejzery wyrzucające w przestrzeń kosmiczną parę wodną i drobiny lodu. Mogą one pozwolić zbadać skład ukrytego oceanu bez konieczności przebijania się przez grubą warstwę lodu.
W ramach nowego badania naukowcy m.in. z Diamond Light Source oraz University of Greenwich próbowali ustalić, który materiał mógłby dostarczyć najwięcej informacji o tym oceanie. Analizy wskazały, że kryształy soli, które podczas zamarzania mogą zamykać w swoim wnętrzu niewielkie ilości wody, najlepiej posłużyłyby temu celowi. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Communications Earth & Environment”.
Badacze wykryli takie uwięzione porcje cieczy w natronie, minerale będącym uwodnionym węglanem sodu. Astronomowie zakładają, że mógłby on występować również na Enceladusie. Nowe analizy wskazują również, że kryształy natronu mogą zachowywać informacje o składzie chemicznym oceanu, a być może również ślady życia, jeśli potencjalnie istnieje ono na tym księżycu.
Jak naukowcy obserwowali powstawanie kryształów?
Aby ustalić, który minerał najlepiej nadawałby się do badań, naukowcy schłodzili roztwór zawierający chlorek sodu i węglan sodu. Wykorzystali przy tym silne promieniowanie rentgenowskie, dzięki któremu mogli obserwować proces zamarzania. Trójwymiarowe obrazy pozwoliły im przyjrzeć się rosnącym kryształom i ich wnętrzom. Analiza sposobu rozpraszania promieniowania rentgenowskiego umożliwiła badaczom natomiast określenie, jakie minerały powstały.
W miarę wzrostu kryształów natronu wewnątrz nich zamykane były niewielkie ilości otaczającej cieczy. Większe z nich częściej zawierały takie kieszonki i zwykle mieściły większe ilości wody. Spośród blisko 3800 zbadanych ziaren zaledwie około 3 proc. zawierało inkluzje płynne, czyli niewielkie porcje cieczy zamknięte wewnątrz kryształów. Wszystkie 29 ziaren należących do największej kategorii wielkości zawierało takie inkluzje.
Co może ujawnić woda uwięziona w natronie?
Zdaniem astronomów kryształy mogłyby zatem pełnić funkcję mikroskopijnych pojemników. Każda zamknięta w nich porcja cieczy mogłaby zachować próbkę wody o składzie zbliżonym do tego, jaki miała w chwili uwięzienia.
Wskazówek dostarczają również badania prowadzone na Ziemi. W dawnych złożach soli naukowcy znajdowali struktury, w których mogły przetrwać komórki drobnoustrojów. Były one uwięzione w niewielkich porcjach cieczy wewnątrz kryształów powstałych podczas odparowywania wody.
Nowy eksperyment wykazał, że natron może zatrzymywać ciecz podczas zamarzania. Badacze nie sprawdzili, czy potrafi również wychwytywać i zachowywać materiał biologiczny. Przypuszczają jednak, że otaczający go minerał mógłby chronić taki materiał przed szkodliwym promieniowaniem.
Zdaniem astronomów próbka zamknięta wewnątrz kryształu niekoniecznie odzwierciedlałaby jednak pierwotny skład oceanu Enceladusa. Naukowcy wykorzystali roztwór o stężeniu około pięciokrotnie wyższym niż szacowane na podstawie cząstek zbadanych przez należącą do NASA sondę Cassini. Dzięki temu uzyskali kryształy wystarczająco duże do przeprowadzenia analiz. W tak stężonym roztworze duże kryształy natronu zaczynały powstawać, zanim rozpoczęło się główne zamarzanie wody. Zamykana w nich ciecz miała skład zbliżony do składu początkowego roztworu.
W bardziej rozcieńczonym roztworze, przypominającym wodę w oceanie Enceladusa, prawdopodobnie najpierw powstawałby lód. Podczas jego tworzenia rozpuszczone sole pozostawałyby w niezamarzniętej wodzie, zwiększając jej stężenie. Kryształy natronu powstające później zamykałyby więc w sobie ciecz zawierającą więcej soli.
Oba rodzaje kryształów mogłyby dostarczyć naukowcom przydatnych informacji. Jedne pozwoliłyby dokładniej odtworzyć pierwotny skład wody, a drugie pokazałyby, jakie zmiany zachodzą w niej podczas zamarzania. Ich kształt i otaczający je materiał mogłyby pomóc odróżnić te dwa scenariusze. W temperaturach panujących na powierzchni Enceladusa woda uwięziona w kryształach byłaby zamarznięta.
Gdzie szukać natronu na powierzchni księżyca?
Jak podkreślają badacze, natron jest jednym z obiecujących minerałów do badań astrobiologicznych, ale jego obecność na powierzchni Enceladusa nie została dotąd potwierdzona. Naukowcy wskazują, że przyszłe sondy kosmiczne powinny zostać wyposażone w czułe instrumenty działające w bliskiej podczerwieni. Pozwoliłoby to wykryć ten minerał i wskazać miejsca, z których warto pobrać próbki.
Szczególnie obiecujące mogą być świeże osady w pobliżu otworów, z których wydobywają się gejzery. Większe krople powinny stygnąć wolniej, dając kryształom więcej czasu i przestrzeni do wzrostu. Przy bardzo szybkim chłodzeniu natron mógłby nie zdążyć się skrystalizować. Badacze przypuszczają również, że większe cząstki bogate w sole częściej opadają na powierzchnię w pobliżu otworów gejzerów.
Samo odnalezienie minerału nie wystarczyłoby zatem do powodzenia poszukiwań. Znaczenie miałyby również miejsce jego występowania i stan zachowania. Natron powinien pozostawać stabilny w ekstremalnie niskich temperaturach panujących na Enceladusie. Jednak w cieplejszych obszarach w pobliżu otworów gejzerów mógłby stopniowo tracić wodę wchodzącą w skład jego struktury krystalicznej. Najbardziej obiecujące byłyby więc kryształy osadzone na powierzchni stosunkowo niedawno. Mogłyby zawierać materiał pochodzący z wnętrza księżyca, a zarazem zachowywać nienaruszone mikroskopijne porcje uwięzionej wody.
Emil Gołoś
