Život – ale ne takový, jaký ho známe

Po sérii neúspěšných misí se v červenci 1965 uskutečnil první úspěšný průlet Marsem. Americká sonda Mariner 4 se stala první sondou, která pořídila detailní snímky jiné planety a na Zemi poslala 22 snímků povrchu Marsu pokrytého nárazy. Od té doby prozkoumalo atmosféru a povrch rudé rostliny více než 20 úspěšných misí.

Díky snímkům a datům pořízeným – a to jak pozemskými, tak vesmírnými teleskopy – dnes víme, že před miliardami let měl Mars tři rozhodující složky pro život. Měl hojnost chemických stavebních prvků, kapalnou vodu na svém povrchu a zdroj energie (vulkanickou činnost), který poháněl chemické reakce umožňující život (na Zemi je tímto zdrojem energie Slunce). Dnes je nehostinný povrch Marsu považován za nevhodný pro život, ale možnost existence života hluboko pod jeho zmrzlým povrchem nebyla vyloučena. Dosud však nebyly nalezeny žádné důkazy o existenci života – ať už dávného nebo jiného. Ukazuje se, že to, že je Mars obyvatelný, ještě neznamená, že na něm skutečně existuje život.

Pátrání po marťanském životě pokračuje a v příštích letech se plánují další tři mise k Marsu. V dlouhodobějším horizontu se řada vesmírných agentur rovněž snaží odebrat vzorky z Marsu a vrátit je na Zemi k podrobnější analýze. A pátrání po známkách mimozemského života se rozprostírá do hlubin naší sluneční soustavy i mimo ni.

Evropa

Plynný obr Jupiter, další planeta sluneční soustavy za Marsem, je nehostinný pro život v jakékoli v současnosti představitelné formě. Jeho ledové měsíce – zejména Europa – však mají potenciál. Kolem Jupiteru a jeho měsíců proletěla řada misí na cestě k jiným místům, ale mise Galileo společnosti Nasa byla první, která byla navržena speciálně pro oblet planety a studium jejích měsíců. V letech 1995 až 2003 sbírala snímky a data v joviánské soustavě, přičemž kolem Europy prolétla dvanáctkrát.

Snímky a data získaná touto sondou naznačují, že Europa má vrstevnatou strukturu jako Země: jádro bohaté na železo, kamenný plášť a ledovou kůru. Měření magnetického pole zjistila, že uvnitř je elektrický proud, což odpovídá slanému tekutému oceánu pod silnou ledovou kůrou kolem celé planety. Tuto myšlenku podporují i fotografie ukazující obrovské trhliny v ledu pořízené stejnou misí.

Povrch Europy se podobá pozemskému mořskému ledu v Antarktidě, vysvětluje François Poulet z Ústavu kosmické astrofyziky na Université Paris-Sud ve Francii: „Naznačuje to, že led je geologicky poměrně mladý, a mohlo by to být důkazem jeho interakce se zásobárnou tekuté vody. V prosinci 2012 Hubbleův vesmírný teleskop rovněž detekoval vodní páru nad jižním pólem Europy a předpokládalo se, že pochází z eruptivních vodních chrličů. Kosmické sondy však tyto chrliče zatím neviděly, takže pokud existují, musí být přerušované.

Takže Europa vodu pravděpodobně má. Ale co další dvě složky nezbytné k tomu, aby byla obyvatelná? Má zdroj tepelné energie pocházející z tření, které vzniká tím, že je v různých fázích své eliptické dráhy různou měrou přitahována k Jupiterovu gravitačnímu poli. V okolí Jupiteru je také dostatek záření, které může potenciálně spustit chemické reakce (dostatečně silné na to, aby také velmi rychle zničilo jakoukoli vzniklou organickou sloučeninu). Zda má správné chemické suroviny, však zatím není známo; modelování naznačuje, že by mohlo, ale je zapotřebí více přesných údajů.

V roce 2022 plánují Evropská kosmická agentura (ESA) i Nasa vyslat sondy, které se dostanou k Europě zblízka. Sonda ESA Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) se k Jupiterově soustavě dostane za více než sedm let. ‚Dorazíme koncem roku 2029 a zahájíme provoz během roku 2030,‘ říká Poulet, člen týmu vyvíjejícího viditelný a infračervený spektrometr na palubě nazvaný Majis (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer). Hlavním cílem mise Juice je Ganymedes, další z Jupiterových měsíců, ale Europa se dočká dvou průletů. Majis bude charakterizovat složení povrchu tohoto měsíce a spolu s palubním UV spektrometrem určí složení velmi řídké atmosféry Europy. Další kamery a spektrometry rovněž pomohou porozumět vnitřku a kůře tohoto ledového světa.

Pro misi Nasa Europa Clipper je Europa hvězdou představení. Ačkoli zdánlivě jasnou misí by bylo několik let obíhat kolem Europy, každá sonda, která by to udělala, by byla vystavena radiaci z Jupiteru, která by jí zkrátila život. Namísto toho bude Europa Clipper obíhat kolem Jupiteru, přičemž se bude ponořovat do jeho radiačního pásu a zase z něj vystupovat. Během tří a půl roku provede nejméně 45 blízkých průletů kolem Europy. Směs kamer a spektrometrů bude zkoumat měsíc a jeho slabou atmosféru. Pokud nad jižním pólem skutečně existují vodní chuchvalce, bude sonda schopna proletět i jimi a přímo tak změřit chemické složení měsíčního oceánu. Pokud bude Europa Clipper vypuštěna v roce 2022, existují dva možné termíny jejího příletu: v roce 2025, pokud bude použita nová raketa SLS (Space Launch System), kterou Nasa v současnosti vyvíjí, nebo v lednu 2030, pokud bude použita klasická raketa.

Enceladus

Měsíce Jupiterova souseda Saturnu jsou rovněž hlavními cíli při hledání mimozemského života, zejména Enceladus a Titan. Sonda Cassini dorazila do Saturnovy soustavy v roce 2001 a před ukončením mise v září 2017 uskutečnila 23 průletů kolem Enceladu a 127 kolem Titanu.

První průlet kolem Enceladu upozornil na to, že se nejedná o ledové těleso bez vzduchu, jak se dříve předpokládalo, vysvětluje vědecká pracovnice projektu Cassini Linda Spilker. Cassini se tedy přiblížila a pak ještě jednou. ‚Při třetím průletu jsme v tepelném infračerveném spektru zaznamenali horký jižní pól a zblízka jsme viděli čtyři zlomy tygřího pruhu,‘ říká. Tygří pruhy v blízkosti jižního pólu jsou o 200 °C teplejší než zbytek měsíce. Stejně jako u Europy se předpokládá, že tření způsobené gravitačními silami od Saturnu způsobuje, že se Enceladus zahřívá zevnitř.“

Třetí průlet také shromáždil důkazy o chuchvalci materiálu tryskajícího z pruhů. ‚To nás samozřejmě ještě více zaujalo, pokud jde o Enceladus,‘ říká Spilker. ‚Několik z následujících 20 průletů prolétlo přímo skrz materiál v chocholu a odebralo vzorky plynů a částic v něm. Tehdy jsme objevili vodní páru, zásobárnu solí a organické látky.“

Iontový a neutrální hmotnostní spektrometr na palubě Cassini detekoval organické molekuly v plumech, a to jak v plynech, tak v částicích v něm, až na hranici možností přístroje. ‚Dokázali detekovat až 100 atomových hmotnostních jednotek. Jsou zde skupiny C2 až C6 a možná i další,‘ vysvětluje Spilkerová.

Našli jsme vodní páru, zásobárnu soli a organické látky z polárních výtrysků Enceladu

Ačkoli bylo ‚velmi vzrušující najít tyto organické látky‘, zatím není možné říci, zda byly vytvořeny živými organismy či nikoli, vysvětluje. ‚Přístroj nemá způsob, jak to rozlišit, musíme se vrátit s výkonnějšími hmotnostními spektrometry, jdoucími do mnohem většího rozsahu, které by mohly hledat mateřské molekuly s velkým řetězcem, jako jsou aminokyseliny a mastné kyseliny.“

Dalšími vzrušujícími zjištěními v datech z plum byly nadbytek vodíku a detekce drobných zrnek nanokřemene, který může vznikat pouze ve velmi horké vodě. ‚Tyto dvě informace společně ukázaly na důkaz existence hydrotermálních průduchů na mořském dně Enceladu,‘ říká Spilker. Hydrotermální průduchy vznikají v místech, kde se mořská voda setkává s magmatem. Voda proniká puklinami do jádra, ohřívá se a pak se silou vrací zpět.“

Na Zemi se hydrotermální průduchy hemží organismy, které se nikde jinde nevyskytují. Tito mikrobi získávají energii z živin v tekutinách bohatých na minerály, které vystupují ze zemského jádra. Předpokládá se, že jsou to jediné organismy na Zemi, které nakonec nezískávají energii ze Slunce. Hydrotermální průduchy na Enceladu a dalších planetárních tělesech jsou proto potenciálními místy pro život.

Předpokládá se, že Enceladus, stejně jako Europa, má pod svým ledovým povrchem globální oceán. Studie desetiletých dat sondy Cassini, která se zabývala vibracemi měsíce, zjistila, že jádro a kůra nejsou pevně spojeny. ‚Způsob, jak je oddělit, je globální oceán kapalné vody,‘ říká Spilker. ‚Nyní existují odhady, že tento globální oceán na Enceladu by mohl být starý stovky milionů až dokonce miliardy let – mohl by dokonce trvat od doby, kdy Enceladus vznikl. To je vzrušující, protože to znamená, že v obrovské vodní ploše bylo obrovské množství času pro potenciální vznik života, vysvětluje.“

Data shromážděná sondou Cassini ukazují, že Enceladus má tři složky potřebné k udržení života, ale zatím nebyl nalezen žádný důkaz, že se zde život skutečně vyskytuje. Teleskopy, vysvětluje Spilker, nejsou pro zkoumání tohoto měsíce příliš vhodné: „Enceladus je velmi malý a nachází se velmi blízko Saturnu, takže je obtížné ho ze Země detekovat.“ . A z tohoto důvodu je zde žádoucí další mise, vysvětluje.“

Titan

Cassini nebyla první sondou, která navštívila Saturnovy měsíce. Voyager 1 navštívil tuto oblast v roce 1980. Když se vědci vrátili k přepracování některých z těchto starých snímků poté, co Cassini objevila Enceladovy výtrysky, zjistili, že tyto výtrysky byly ve skutečnosti zachyceny kamerou o 25 let dříve.

Byl to však Titan, který byl hlavním cílem mise Nasa Voyager. V roce 1944 astronomové pomocí dalekohledu zjistili, že tento měsíc má hustou atmosféru obsahující metan. Data získaná sondami Voyager pak ukázala, že se jedná převážně o dusík, několik procent metanu a menší množství uhlovodíků, jako je etan, propan a acetylen. ‚Měli jsme k dispozici měření z infračervené vesmírné observatoře v polovině 90. let, která nám pomohla najít některé složitější molekuly,‘ vysvětluje Sarah Hörstová, atmosférická chemička z Univerzity Johnse Hopkinse v americkém Baltimoru. ‚Benzen byl nejtěžší molekulou, o které jsme věděli před Cassini,‘ dodává.

Chemie se na Titanu velmi rychle komplikuje

‚Cassini tam dorazila a začala provádět měření atmosféry a místo toho, aby našla věci, které měly hmotnost 78 jako benzen, Cassini zjistila, že na vrcholu Titanovy atmosféry jsou ionty, které mají hmotnost spíše 10 000,‘ říká Hörst. ‚Takže je to spíše sedm nebo osm set atomů uhlíku než šest nebo sedm atomů uhlíku.“

Přístroje na palubě sondy Cassini – a její sondy Huygens, která na Titanu přistála v lednu 2005 – nebyly schopny tyto ionty identifikovat, pouze potvrdily, že existují. Tyto molekuly vznikají, když se dusík a metan na vnější straně atmosféry rozkládají působením ultrafialového světla a záření a poté se všelijak rekombinují. ‚Chemie se na Titanu velmi rychle komplikuje,‘ vysvětluje Ralph Lorenz, rovněž z Johns Hopkins University. Hörst s ním souhlasí: „Jednou z největších věcí, které nám Cassini o Titanu řekla, je, že chemie je ještě složitější, než jsme si mysleli, než jsme se tam dostali.“

Předpokládá se, že Titan má pod svým ledovým povrchem také oceán tekuté vody. ‚Ledová krusta je na Titanu pravděpodobně mnohem silnější než na Europě a Enceladu,‘ říká Hörst. Opět, stejně jako se předpokládá u ostatních měsíců s podpovrchovými oceány, by tam dole mohl existovat život. Není to však jediné prostředí na Titanu, kde by mohl potenciálně vzniknout život.

Titan má na svých pólech jezera. Je to jediné místo kromě Země, o kterém je známo, že má na svém povrchu kapalinu. Při povrchové teplotě -180 °C však nemohou obsahovat vodu. Mise Cassini zjistila, že jsou plná superchladného etanu a metanu, což jsou plyny na Zemi. Na Titanu tyto kapalné uhlovodíky vyhloubily říční údolí, tvoří mraky a padají jako déšť. Mohly by však také fungovat jako rozpouštědlo potřebné pro život?“

„Pokud jsou na povrchu organismy, musely by používat velmi odlišnou chemii než my,“ vysvětluje Hörst. ‚Mohla by být stále založena na uhlíku, dusíku, vodíku a kyslíku. Mohla by to být jen jiná sada molekul, které při těchto teplotách s tímto rozpouštědlem fungují lépe.“

Organická hmota neustále vypadává z atmosféry

„Ve skutečnosti nerozumíme celé škále chemických možností v nepolárním rozpouštědle, jako je kapalný metan,“ vysvětluje Lorenz. ‚Spekuluje se, že by bylo možné vytvářet membrány s akrylonitrilem. Představa je taková, že tento druh sestavy se nazývá azotosom, obdoba liposomu v konvenční biologické chemii. Konce molekul, které milují a nenávidí metan, by mohly umožnit uspořádání akrylonitrilu do sférické vezikuly schopné izolovat jednu sadu chemických látek od druhé.

„Známe některé možnosti funkcí, které musí chemie akrylonitrilu plnit, aby se nakonec stala živou, ale nevíme, jak by všechny kroky mohly být provedeny. Nevíme samozřejmě ani to, jak by všechny kroky mohly být provedeny ve vodě,“ říká Lorenz. ‚Takže to jsou dvě různá prostředí, ve kterých musíme hledat život na Titanu. Můžeme hledat život, jak ho známe, ale také život, jak ho neznáme, což vše komplikuje.“

Hörst a Lorenz jsou součástí mise ve fázi nápadů, jejímž cílem je právě toto. V prosinci 2017 Nasa oznámila další financování vývoje možnosti vyslání rotorového letounu podobného dronu s názvem Dragonfly na průzkum prebiotické chemie Titanu. Na jaře 2019 Nasa oznámí, zda Dragonfly odstartuje, či nikoliv.

„Pokud budeme mít to štěstí, že Dragonfly bude financována, odstartujeme v roce 2025 a na Titan se dostaneme v roce 2034,“ vysvětluje Lorenz. Dragonfly by byla kvadrokoptéra schopná uletět několik desítek kilometrů za hodinu, což je dál, než kdy uletělo jakékoli planetární vozítko. „Zvláštnosti prostředí Titanu s nízkou gravitací a hustou atmosférou znamenají, že by bylo velmi snadné přemístit laboratoř pomocí rotorů. Budeme moci vzlétnout a zkoumat postupně zajímavější cíle,‘ říká.

Dragonfly by měla mít sadu přístrojů pro zkoumání chemického složení povrchu a atmosféry Titanu. Byla by také schopna zkoumat pod povrchem pomocí vrtáku a spektrometru gama záření. ‚ informace o věcech, které bychom nemuseli nutně vidět, kdybychom se dívali jen na povrch,“ vysvětluje Hörst. ‚Organická hmota neustále vypadává z atmosféry a může zakrýt vše, co je pod ní.“

Do roku 2034 budou ke studiu Titanu nadále využívány teleskopy. ‚Atacama Large Millimetre Array, soustava radioteleskopů v poušti Atacama v Jižní Americe, je pro nás opravdu neuvěřitelným zdrojem,‘ říká Hörst. „Používají Titan jako kalibrační cíl a všechna tato data jsou veřejně dostupná. Lidé už na základě těchto dat objevují poměrně velké množství nových molekul v Titanově atmosféře. Teleskop také umožní zjistit informace o tom, jak jsou tyto molekuly v Titanově atmosféře rozmístěny. ‚A jakmile bude spuštěn James Webb, doufejme, že i z tohoto teleskopu budeme moci získat kvalitní vědecké poznatky o Titanu.“

Za hranicemi naší sluneční soustavy

Smírný teleskop Jamese Webba (JWST) má být spuštěn v první polovině roku 2019. Bude „parkovat“ v Lagrangeově bodě dvě, což je místo v hlubokém vesmíru, kde se gravitační síla Slunce, Země a Měsíce vzájemně vyruší. „Bude tam prostě sedět a obíhat kolem tohoto bodu ve vesmíru,“ vysvětluje Nikole Lewisová, astronomka z Space Telescope Science Institute v americkém Baltimoru, kde se JWST vyvíjí. Je to také centrum vědeckých operací pro Hubbleův vesmírný dalekohled.

Kromě studia planet a měsíců v naší sluneční soustavě se JWST podívá i mimo naši sluneční soustavu a připojí se ke studiu exoplanet, které mají potenciál skrývat život. V únoru 2017 bylo oznámeno, že kolem hvězdy Trappist-1 obíhá sedm planet velikosti Země. Tato sluneční soustava, vzdálená pouhých 39 světelných let, vypadá velmi podobně jako ta naše. A nejméně tři z těchto planet se nacházejí v tzv. obyvatelné zóně, což znamená, že by mohly na svém povrchu hostit kapalnou vodu.

Planety Trappist-1 byly nalezeny pomocí Spitzerova kosmického dalekohledu, malého dalekohledu Transiting Planets and Planetesimals (Trappist) v Chile a některých dalších pozemských dalekohledů. A od jejich objevu tým vedený Lewisem prověřuje pomocí Hubblova teleskopu atmosféry některých z těchto planet. JWST doplní obraz těchto exoplanet a jejich atmosfér, který si její tým v současnosti vytváří, o mnoho dalších detailů.

JWST je infračervený dalekohled s mnohem větší citlivostí než kterýkoli z jeho předchůdců. Bude schopen detekovat chemické otisky – pokud tam jsou – složek atmosfér exoplanet, včetně vody, metanu, oxidu uhličitého, kyslíku a ozonu.

Lewisův tým bude také pátrat po důkazech, že na jedné nebo více těchto planetách existuje život, který změnil chemické složení jejich atmosféry. ‚Očekáváme, že určité chemické druhy budou v rovnováze a pak život tuto rovnováhu naruší,‘ vysvětluje. ‚Budeme schopni prohledat velké množství planet a hledat tyto známky nerovnováhy v jejich atmosféře, které by naznačovaly, že je tam život.“

Lewis je zjevně nadšený z toho, co může přinést budoucnost. ‚Bude to velmi transformační doba, pokud jde o exoplanety a také vědu o sluneční soustavě. Posouvání vpřed, snaha pochopit měsíce v našich slunečních soustavách a pak možná i jejich potenciál pro podporu života.