Zgodnie z nowym modelem analitycznym, zaproponowanym przez amerykańskich naukowców związanych m.in. z Uniwersytetem Kalifornijskim oraz Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA w Pasadenie, wewnętrzne ciepło Enceladusa tworzy prądy oceaniczne, które transportują w górę cząstki krzemionki. Są one wyrzucane z głębokich kominów hydrotermalnych, które również uwalniają ciepło do otaczających je wód.

Krzemionka to nieorganiczny związek chemiczny, który powstaje w wyniku wytrącania z gorących roztworów. Jest też końcowym produktem bardzo powolnego rozkładu krzemianów pod wpływem wody i dwutlenku węgla. Niektóre postacie krzemionki powstają w organizmach żywych. Krzemionka jest m.in. składnikiem skorupek okrzemek. Również rośliny wytwarzają drobne krzemionkowe twory, zwane fitolitami.

Tajemnice Enceladusa, księżyca Saturna

O tym, że Enceladus jest aktywny geologicznie, dowiedzieliśmy się dzięki sondzie Cassini. W latach 2004–2017 badała ona Saturna i jego księżyce. Sonda dostarczyła dowodów, że na Enceladusie istnieją lodowe wulkany i gejzery. Wyrzucają one wodę, parę, lód i inne cząstki na dziesiątki kilometrów w górę.

Dzięki sondzie Cassini wiemy też, że tzw. pierścień E Saturna – drugi najbardziej zewnętrzny z rozległego systemu pierścieni – ma skład bogaty w mikroskopijne ziarna krzemionki. Te mogą trafiać do pierścienia właśnie z Enceladusa.

Jak to się dzieje, że odległy od Słońca lodowy księżyc Saturna jest aktywny geologicznie? Według naukowców z zespołu prowadzonego przez Gaela Chobleta z Uniwersytetu w Nantes, rozwiązanie tej zagadki tkwi w strukturze jądra Enceladusa. Najprawdopodobniej zbudowane jest z dość luźno przylegających do siebie skał.

Ciepło z wnętrza księżyca napędza ruch materii

Siły pływowe, jakie działają na księżyc podczas jego wędrówki wokół Saturna, powodują nieustanne tarcie pomiędzy składowymi jądra. To zaś generuje znaczne ilości ciepła. Woda z oceanu, przenikająca do jądra tego księżyca, rozgrzewa się, reagując chemicznie z zawartymi tam minerałami. Wywołuje to wysoką aktywność hydrotermalną na dnie oceanu. Mogła ona doprowadzić do powstania specyficznych formacji, jakimi są kominy hydrotermalne.

Enceladus pokryty jest skorupą lodu o średniej grubości od 18 do 22 kilometrów. Poniżej niej znajduje się globalny ciekły ocean o głębokości ponad 10 kilometrów. Ciepło emanujące z jądra księżyca zapobiega zamarzaniu wody.

Wcześniejsze badania sugerowały, że ciepło z wnętrza Enceladusa powinno generować pionowe prądy konwekcyjne w oceanie, podobne do tych obserwowanych na Ziemi. Teraz zespół planetologów, kierowany przez Ashleya Schoenfelda z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, stworzył model wykorzystujący te prądy, aby spróbować zrozumieć transport krzemionki na Enceladusie.

Kominy hydrotermalne pozwalają na powstanie życia

– To jak gotowanie wody w garnku postawionym na kuchence. Tarcie pływowe rozgrzewa dolne partie oceanu i powoduje wypływające prądy ciepłej wody – wyjaśnia Schoenfeld.

– Nasze badania pokazują, że przepływy te są wystarczająco silne, aby zebrać materiały z dna morskiego i przenieść je do skorupy lodowej, która oddziela ocean od próżni kosmicznej. Przypominające tygrysie paski pęknięcia, widoczne na powierzchni skorupy, mogą działać jak kanały dla przechwyconych z dna materiałów, które mają zostać wyrzucone w przestrzeń kosmiczną. Enceladus daje nam darmowe próbki tego, co kryje się głęboko pod spodem – dodaje Schoenfeld.

Jak wykazały poprzednie badania, krzemionka i inne materiały wykryte przez sondę Cassini w materii wyrzucanej z Enceladusa są zgodne z tym, co można znaleźć w okolicach ziemskich kominów hydrotermalnych. Na naszej planecie okolice te są miejscem, gdzie organizmy żyją bez dostępu do światła słonecznego. Całe ekosystemy rozwijają się dzięki chemosyntetycznej sieci pokarmowej, wykorzystując reakcje chemiczne różnych związków do wytwarzania energii. Na powierzchni Ziemi i w płytszej wodzie organizmy wykorzystują energię słoneczną uzyskaną w procesach fotosyntezy.

Czy Enceladus to siedlisko życia?

Doprowadziło to astrobiologów do przypuszczenia, że lodowe księżyce, takie jak Enceladus, mogą być siedliskiem życia. Mogłoby się tam ono pojawić mimo tego, że obiekty takie są daleko od Słońca, a na dno ich oceanów nie dociera światło słoneczne.

Nowe badania pozwalają mieć nadzieję, że jeśli na Enceladusie istnieją kominy hydrotermalne przy których pojawiło się życie, to możemy być w stanie je wykryć bez konieczności przewiercenie grubej warstwy lodu. Obecnie planuje się przyszłe misje do zbadania Enceladusa. Lądownik mógłby być w stanie znaleźć cząsteczki związków organicznych bezpośrednio na lodowej powierzchni księżyca. Natomiast ewentualny orbiter mógłby wykryć biomarkery, czyli substancje świadczące o obecności życia, w materii wyrzucanej przez gejzery do pierścienia E.

Jeśli przy kominach hydrotermalnych Enceladusa powstało życie, mogło zostać przeniesione także w inne obszary Układu Słonecznego. A może nawet na Ziemię? Kilka lat temu polski naukowiec związany z Centrum Badań Kosmicznych PAN, prof. Leszek Czechowski, opublikował artykuł, w którym przekonywał, że właśnie Enceladus może być kolebką życia w naszym układzie. Czy dzięki panspermii – czyli naturalnemu procesowi – życie to mogło roznieść się po Układzie Słonecznym?

Komentarz polskiego naukowca

– Do zajęcia się Enceladusem jako miejscem narodzin życia zachęciły mnie zrobione kilka lat wcześniej obliczenia. Wskazały one, że w pobliżu jądra Enceladusa warunki były korzystne dla rozwoju życia. Była tam umiarkowana temperatura i obfitość związków chemicznych, z których organizmy żywe potrafią uzyskiwać energię. Podobnie zresztą jak na Ziemi. A więc dlaczego i tam nie miałoby powstać życie? A jeśli by powstało, to jakie miałoby to konsekwencje? – mówi prof. Czechowski.

– Tutaj kolejne obliczenia wskazały, że żyjące na tym odległym, małym satelicie organizmy miały dosyć prostą drogę do dostania się na inne ciała! Z wnętrza Enceladusa płynie w kosmos strumień cząstek wyrzucanych wskutek aktywności wielkich gejzerów. Prędkość ucieczki z Enceladusa to tylko około 240 m/s. Jeżeli przez wyrzuconą w kosmos chmurę materii przeleci kometa, to hipotetyczne mikroorganizmy z Enceladusa znajdą sobie w jej zakamarkach miejsce, gdzie będą chronione przed promieniowaniem kosmicznym. I tak mogą bezpiecznie dotrzeć do innych ciał Układu Słonecznego – opowiada uczony.

– A więc może życie na Ziemi pochodzi z Enceladusa? A może z podobnego innego lodowego satelity – Europy? Hipoteza panspermii nie jest zbyt popularna wśród uczonych. Ale popierali ją m.in. astrofizyk Fred Hoyle. i biolog Francis Crick (jeden z odkrywców struktury DNA) – dodaje prof. Czechowski.


Źródła: Nature, Geological Quarterly.