Jak wygląda ocean Enceladusa?
Naukowcy odtworzyli warunki chemiczne, jakie może zawierać podpowierzchniowy ocean Enceladusa, szóstego pod względem wielkości księżyca Saturna. Odkryli, że z łatwością mogłyby powstać tam związki chemiczne będące budulcem życia.
.W ramach nowego badania, naukowcy pod kierownictwem Maxa Craddocka z Institute of Science Tokyo, odtworzyli warunki chemiczne panujące w podpowierzchniowym oceanie Enceladusa, księżyca Saturna i odkryli, że warunkach tam panujących z łatwością może wytworzyć wiele związków organicznych zaobserwowanych podczas misji Cassini, co może sugerować, że ten odległy świat może zawierać molekularne budulce życia. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Icarus”.
Astronomowie zakładają, że pod grubą zewnętrzną powłoką lodu w regionie południowego bieguna, szósty co do wielkości księżyc Saturna, posiada ocean ciekłej wody. Głównym dowodem na jego istnienie jest zawierający wodę pióropusz, który często wyrzucany jest z pęknięć na powierzchni Enceladusa. Pozostawia on ślady cząstek lodu na orbicie księżyca, co przyczynia się do powstawania charakterystycznego pierścienia wokół jego planety macierzystej.
W latach 2004–2017 należąca do NASA sonda Cassini kilkakrotnie przeleciała przez wyrzucone pióropusze. Została ona wyposażona w różne instrumenty naukowe, dzięki którym wykryła różnorodne związki organiczne, od prostych – takich jak dwutlenek węgla po bardziej złożone łańcuchy węglowodorowe, które na Ziemi są niezbędnymi częściami złożonych biomolekuł.
„Jednak nadal nie było jasne, czy związki te powstały wewnątrz księżyca, czy też są pozostałością po starożytnym materiale, z którego się uformował ten odległy świat. Wcześniejsze badania laboratoryjne dotyczyły syntezy hydrotermalnej związków organicznych związanych z wczesną Ziemią i kometami, ale rzadko skupiały się na specyficznym środowisku Enceladusa” – mówi Max Craddock z Institute of Science Tokyo.
Astronomowie nie byli pewni pochodzenia tych cząsteczek i tego, jaki wpływ mogła mieć na nie lodowa powłoka Enceladusa oraz naprzemienne ogrzewanie i zamrażanie oceanu pod powierzchnią przez wpływ grawitacyjny Saturna, nie wiedzieli też, jaka była rola wykrytych prostych związków w tworzeniu większych, bardziej złożonych cząsteczek. Naukowcy zastanawiali się również jak wyglądałaby ogólna budowa chemiczna oceanu podpowierzchniowego odtworzonego w laboratorium, gdyby przeanalizować jak przy użyciu instrumentów takich jak te, które posiada sonda Cassini.
Bez tych ram eksperymentalnych łączących znaną chemię z danymi z urządzeń statku kosmicznego, dokładna analiza związków organicznych występujących na Enceladusie byłaby trudna na podstawie samych obserwacji. Aby ustalić związek między chemią oceanów a obserwacjami sondy, astronomowie zamiast polegać wyłącznie na samych pomiarach, postanowili odtworzyć w laboratorium warunki panujące w podpowierzchniowym oceanie Enceladusa. W tym celu najpierw stworzyli mieszaninę chemiczną opartą na prostych związkach zaobserwowanych przez sondę Cassini w badanych przez nią pióropuszach, w skład której wchodził m.in. amoniak i cyjanowodór.
Następnie, wykorzystując reaktor wysokociśnieniowy (high-pressure reactor), poddali mieszaninę cyklom ogrzewania i zamrażania kriogenicznego, których doświadcza księżyc, gdy jest rozciągany i ściskany przez siły pływowe wywierane przez grawitację Saturna. Według najnowszych teorii ogrzewanie to prawdopodobnie wyzwala aktywność hydrotermalną, która umożliwia reakcję między mniejszymi cząstkami, przez co mogą tworzyć się bardziej złożone związki organiczne.
„Przeanalizowaliśmy produkty chemiczne symulowanym w laboratorium środowisku oceanu Enceladusa za pomocą instrumentów, które miały naśladować działanie tych, w które została wyposażona sonda Cassini, co pozwoliło nam bezpośrednio porównać wyniki naszych eksperymentów z pomiarami przeprowadzonymi przez pojazd kosmiczny” – opisuje mówi Max Craddock.
Jak wskazują astronomowie, sztuczne reakcje hydrotermalne doprowadziły do powstania szerokiej gamy bardziej złożonych cząsteczek organicznych, w tym aminokwasów, aldehydów i nitryli. Badacze odkryli również, że proces zamrażania sprzyja powstawaniu prostszych aminokwasów, takich jak glicyna. Wiele z tych produktów chemicznych było bardzo podobnych do mniejszych związków organicznych zaobserwowanych przez instrumenty sondy Cassini.
Jednak kilka większych cząsteczek wykrytych przez sondę Cassini nie pojawiło się w obserwacjach, co zdaniem naukowców, może sugerować możliwość wystąpienia gorętszych, katalizowanych reakcji w podpowierzchniowym oceanie, których badacze nie byli w stanie odtworzyć, lub mogły one pochodzić ze starszego materiału, który mógł przetrwać od czasów formowania się Enceladusa.
.Jednak jak podkreślają astronomowie, wyniki wyraźnie wskazują, że podpowierzchniowy ocean Enceladusa jest prawdopodobnie zarówno bogaty chemicznie, jak zdolny do wytwarzania elementów budulcowych życia.
Oprac. EG
