Metan na Enceladusie

Nowe badania opublikowane w Nature Astronomy przez naukowców z Uniwersytetu Stanowego w Arizonie i Paryski Uniwersytet Naukowo - Humanistyczny, sugerują, że w ukrytym oceanie pod lodową powłoką księżyca Saturna, Enceladusa prawdopodobnie działa nieznany proces produkcji metanu. Ogromne pióropusze wody wydobywające się z Enceladusa od dawna fascynują naukowców i opinię publiczną, inspirując badania i spekulacje na temat ogromnego oceanu, który, jak się uważa, znajduje się pomiędzy skalistym jądrem księżyca a jego lodową skorupą. Przelatując przez pióropusze, pobierając ich próbki i analizując ich skład chemiczny, sonda Cassini wykryła stosunkowo wysokie stężenie pewnych cząsteczek związanych z otworami hydrotermalnymi na dnie ziemskich oceanów, a konkretnie dwuatomowych cząsteczek wodoru (z ang. dihydrogen), metanu i dwutlenku węgla. Ilość metanu znalezionego w pióropuszach była szczególnie zaskakująca.

„Chcieliśmy wiedzieć: Czy podobne do ziemskich mikroby, które wykorzystują jako źródło energii dwuatomowy wodór i produkują metan, mogłyby wyjaśnić zaskakująco dużą ilość metanu wykrytą przez Cassini?" - powiedział Regis Ferriere, profesor nadzwyczajny na Wydziale Ekologii i Biologii Ewolucyjnej Uniwersytetu Stanowego Arizony i jeden z dwóch głównych autorów badania. „Poszukiwania takich mikrobów, znanych jako metanogeny, na dnie oceanu Enceladusa wymagałyby niezwykle wymagających technologicznie misji głębokiego nurkowania, które nie nastąpią przez kilka dekad".

Modele matematyczne z pomocą

Ferriere i jego zespół obrali inną, łatwiejszą drogę: Skonstruowali modele matematyczne, aby obliczyć prawdopodobieństwo, że różne procesy, w tym biologiczna metanogeneza, mogą wyjaśnić dane z sondy Cassini. Autorzy zastosowali nowe modele matematyczne łączące geologię, chemię i mikrobiologię do analizy danych z pióropusza Enceladusa i modelowania możliwych procesów, które najlepiej wyjaśniałyby obserwacje. Doszli do wniosku, że dane z Cassini są zgodne albo z mikrobiologiczną aktywnością ujść hydrotermalnych, albo z procesami, które nie angażują form życia, ale różnią się od tych znanych z Ziemi.

Na Ziemi aktywność hydrotermalna zachodzi, gdy zimna woda wsiąka w dno oceanu, krąży w skałach pod powierzchnią i przepływa w pobliżu źródła ciepła, takiego jak komora magmowa, po czym ponownie wydostaje się do oceanu przez otwory hydrotermalne. Na Ziemi metan może być produkowany poprzez aktywność hydrotermalną, ale w wolnym tempie. Zespół przyjrzał się składowi pióropusza Enceladusa jako końcowemu rezultatowi kilku chemicznych i fizycznych procesów zachodzących we wnętrzu księżyca. Po pierwsze, badacze ocenili, jaka hydrotermalna produkcja dwuatomowego wodoru najlepiej pasowałaby do obserwacji sondy Cassini i czy produkcja ta mogłaby dostarczyć wystarczającej ilości „pożywienia", by utrzymać podobną do ziemskiej populację metanogenów. W tym celu opracowali model dynamiki populacji hipotetycznych mikrobów, których upodobania termiczne i energetyczne były wzorowane na znanych nam organizmach na Ziemi.

Autorzy następnie uruchomili model, aby sprawdzić, czy dany zestaw warunków chemicznych, takich jak stężenie wodoru w płynie hydrotermalnym i temperatura, zapewni odpowiednie środowisko dla wzrostu tych mikrobów. Sprawdzono również, jaki wpływ miałaby hipotetyczna populacja mikrobów na jej środowisko - na przykład na szybkość ucieczki wodoru i metanu w pióropuszu materii ponad powierzchnią Enceladusa. „Podsumowując, nie tylko mogliśmy ocenić, czy obserwacje z programu Cassini są zgodne ze środowiskiem nadającym się do zamieszkania przez życie, ale także mogliśmy dokonać przewidywań na temat ilości organizmów, jakich należy się spodziewać, gdyby metanogeneza rzeczywiście zachodziła na dnie Enceladusa," wyjaśnił Ferriere.

Na ostateczne odpowiedzi musimy jeszcze poczekać 

Wyniki sugerują, że nawet najwyższe możliwe oszacowanie produkcji metanu oparte na znanej chemii hydrotermalnej jest dalece niewystarczające do wyjaśnienia stężenia metanu mierzonego w pióropuszach Enceladusa. Jednak dodanie biologicznej metanogenezy do całej tej mieszanki mogłoby wyprodukować wystarczającą ilość metanu, by pasowały one do obserwacji sondy Cassini. „Oczywiście nie stwierdzamy, że w oceanie Enceladusa istnieje życie" - powiedział Ferriere. „Chcieliśmy raczej zrozumieć, na ile prawdopodobne jest to, że kominy hydrotermalne Enceladusa mogą nadawać się do zamieszkania przez mikroorganizmy podobne do ziemskich. Dane z sondy Cassini mówią nam, że jest to bardzo prawdopodobne, zgodnie z naszymi modelami”. „By mieć jednak pewność, potrzebujemy więcej danych z przyszłych misji" - dodał.