Metan v oblacích Saturnova měsíce Enceladus: možné známky života?

Neznámý proces výroby metanu pravděpodobně pracuje ve skrytém oceánu pod ledovou kůrou Saturnova měsíce Enceladus, podle nové studie zveřejněné v přírodní astronomie vědci z University of Arizona and Paris Sciences a University of Leiters.

Obří chocholy vody vyrůstající z Enceladu už dlouho fascinovaly vědce i veřejnost a inspirovaly výzkum a spekulace o obrovském oceánu, o kterém se věří, že je vložen mezi skalní jádro měsíce a jeho ledovou slinu. Létání skrz sloupy a vzorkování z nich chemický makeupkosmická loď Cassini detekovala relativně vysokou koncentraci určitých molekul vázaných na hydrotermální průduchy Na dně zemských oceánů, zejména dihydrogenu, metan a oxid uhličitý. Obzvláště neočekávané bylo množství metanu v oblacích.

„Chtěli jsme vědět: Mohli by mikroby podobné Zemi, které„ žerou “dihydrogen a produkují metan, vysvětlit překvapivě velké množství metanu objevené Cassini?“ uvedl Regis Ferrier, docent na katedře ekologie a evoluční biologie na Arizonské univerzitě a jeden z hlavních autorů studie. „Hledání takových mikrobů, známých jako methanogeny, na dně Encelada vyžaduje velmi náročné hluboké potápěčské mise, které již několik desítek let nejsou v dohledu.“

Ferrier a jeho tým se vydali jinou, jednodušší cestou: Sestavili matematické modely pro výpočet pravděpodobnosti, že Cassiniho data mohou vysvětlit různé procesy, včetně tvorby biologického metanu.

Autoři použili nové matematické modely, které kombinují geochemii a mikrobiální ekologii k analýze chocholů Cassiniho dat a modelování možných procesů, které by lépe vysvětlily pozorování. Došli k závěru, že data Cassini jsou konzistentní buď s aktivitou mikrobiálního hydrotermálního ventilace, nebo s procesy, které nezahrnují formy života Liší se ale od těch, o nichž je známo, že se vyskytují na Zemi.

Na Zemi dochází k hydrotermální aktivitě, když studená mořská voda prosakuje na dno oceánu, cirkuluje podloží a prochází v blízkosti zdroje tepla, jako je magmatická komora, předtím, než je znovu vyvržena do vody prostřednictvím hydrotermálních průduchů. Na Zemi může být metan produkován hydrotermální aktivitou, ale pomalou rychlostí. Většina produkce je způsobena mikroorganismy, které využívají chemickou nerovnováhu oxidu uhličitého produkovaného termální vodou jako zdrojem energie a produkují metan z oxidu uhličitého v procesu zvaném methanogeneze.

Tým považoval vznik Enceladova oblaku za konečný výsledek mnoha chemických a fyzikálních procesů, které se vyskytují ve vnitřku měsíce. Nejprve vědci vyhodnotili hydrotermální produkci dihydrogenu, která odpovídá Cassiniho pozorování, a zda by tato produkce mohla poskytnout dostatek „potravy“ k udržení zásoby vodíkových methanogenů podobných Zemi. K tomu vyvinuli model populační dynamiky pro hypotetický methanogen napájený vodíkem, jehož termodynamický a biotický výklenek byl modelován podle známých kmenů ze Země.

Autoři poté provedli model, aby zjistili, zda konkrétní soubor chemických podmínek, jako je koncentrace dihydrogenu v hydrotermální tekutině, a teplota poskytnou vhodné prostředí pro růst těchto mikrobů. Rovněž zkoumali, jaký vliv může mít hypotetická mikrobiální komunita na své prostředí – například na rychlost úniku dihydrogenu a methanu ve sloupci.

„Stručně řečeno, můžeme nejen posoudit, zda jsou Cassiniho pozorování kompatibilní s celoživotním obyvatelným prostředím, ale můžeme také kvantitativně předpovídat očekávaná pozorování, pokud by metanogeneze skutečně nastala na dně Enceladu,“ vysvětlil Ferrier.

Výsledky naznačují, že ani nejvyšší možný odhad produkce abiotického metanu – nebo produkce metanu bez biologické pomoci – na základě známé hydrotermální chemie nestačí k vysvětlení naměřené koncentrace metanu v oblacích. Přidání biologické produkce metanu do směsi by však mohlo vyprodukovat dostatek metanu, který by odpovídal Cassiniho pozorování.

„Je zřejmé, že nedocházíme k závěru, že v okolí Enceladu existuje život,“ řekl Ferrier. „Místo toho jsme chtěli pochopit, jak pravděpodobné jsou hydrotermální průduchy Enceladus obyvatelné pro mikroorganismy podobné Zemi. Je velmi pravděpodobné, že nám to podle našich modelů údaje Cassini řeknou.“

Dodal: „Zdá se, že složení biologického metanu je v souladu s údaji. Jinými slovy, nemůžeme zahodit ‚životní hypotézu‘ jako vysoce nepravděpodobnou. Abychom životní hypotézu odmítli, potřebujeme více údajů z budoucích misí.“

Autoři doufají, že jejich příspěvek poskytne vodítko pro studie zaměřené na lepší pochopení Cassiniho pozorování a povzbudí výzkum k objasnění abiotických procesů, které by mohly produkovat dostatek methanu k vysvětlení dat.

Například metan může pocházet z chemického rozkladu prvotních organických látek, které mohou být přítomny v jádru Enceladu a které lze hydrotermálním postupem částečně převést na dihydrogen, metan a oxid uhličitý. Ferrier vysvětlil, že tato hypotéza je velmi pravděpodobná, pokud se ukáže, že Enceladus byl vytvořen akumulací bohaté organické hmoty poskytované kometami.

„Částečně se snižuje, s jakou pravděpodobností si myslíme, že by s tím měly začít různé hypotézy,“ řekl. „Pokud například vezmeme v úvahu, že pravděpodobnost života na Enceladu je velmi nízká, pak se tyto alternativní abiotické mechanismy stanou pravděpodobnějšími, i když jsou ve srovnání s tím, co známe zde na Zemi, velmi podivné.“

Podle autorů spočívá velmi slibný pokrok v této metodice, protože se neomezuje na specifické systémy, jako jsou vnitřní oceány ledových měsíců, a připravuje cestu pro nakládání s chemickými údaji z exoplanet, jakmile budou k dispozici v nadcházející desetiletí.