Étel Az Enceladuson, Az Europa-hűséges Az Erősíti Az Idegen élet Megtalálásának ügyét

A tudósok molekuláris hidrogén- és folyadék-víz gejzíreket találnak a külső naprendszer óceánokat hordozó holdjain.

A külső naprendszer két holdja - a Jupiter Europa és a Szaturnusz Enceladus - a Naprendszer másutt folytatott életkeresés vitathatatlanul elsődleges célpontjává válnak - közölték a tudósok és a NASA illetékesei csütörtöki sajtótájékoztatóján. Jeges kérgük alatt mindkét hold mély, globális folyékony vizű óceánnal rendelkezik, amelyet az általuk keringett gázóriás bolygók árapályhúzói tartanak melegen. Hogy bármi úszik-e ezeken az óceánokon, nem tudni, de talán nem sokáig.

Az Enceladuson a NASA Cassini űrhajója molekuláris hidrogént fedezett fel, amely potenciális élelmiszer a baktériumok számára, és a hidrotermikus aktivitás jele - a hold felszíni jégének repedésein keresztül az óceánból az űrbe kijutó vízgőzökben. Az Európában a földhöz érkező távcsövek kémlelték hasonló pálcák jeleit, és a külső naprendszer „öreg hiteinek” megismétlődését egy rejtélyes termikus anomáliáig vezették a Hold felszínén. Mindkét eredmény elősegíti a jövőbeni életkeresési küldetések küldését minden holdra a NASA bolygóközi feltáró „Óceánvilágok” programjának részeként.

"Ezeket az óceánvilágokat nemrég fedezték fel" - mondta Jim Green, a NASA bolygótudományi részlegének igazgatója. „Naprendszerünkben vannak. Meg kell vizsgálnunk őket, mert a legjobb helyszínek közé tartoznak - úgy gondoljuk -, amelyek ma életet hordozhatnak.”

Ingyenes energia az Enceladusnál

A Cassini azóta, hogy először felfedezte őket, nem sokkal azután, hogy 2004-ben a Szaturnusba érkezett, rendszeresen búvárkodik az Enceladus tollain keresztül. A tollak teljes meglepetést okoztak - senki sem számított ilyen erőteljes tevékenységre a kicsiny holdon, amely nagyjából akkora, mint Anglia. Az űrhajó fedélzeti tömegspektrométerrel szippantva észlelte, hogy ezek nemcsak vízgőzt, hanem nyomgázokat is tartalmaznak, például ammóniát, szén-dioxidot és metánt. Hidrogént is keresett, mert a Föld mélytengeri mikrobái a hidrogén reakcióját szén-dioxiddal használják, hogy "szabad energiát" nyerjenek anyagcseréjükhöz. A reakció melléktermékként metánt termel. Az Enceladus „metanogén” mikrobákról szóló beszámolója rövid időre megugrott 2009-ben, amikor olyan hírek jelentek meg, amelyek szerint Cassini spektrométere a hidrogén jeleit találta egy tollban. De a csapattagok nyomon követték ezt a jelet a vízgőz disszociálásához, amikor az másodpercenként több mint 17 kilométeres sebességgel csapódott a hangszer titánfalaiba. Ehhez a legújabb, a Science folyóiratban megjelent munkához a csapatnak sikerült lassabb sebességgel etetnie az anyagot Cassini spektrométeréhez anélkül, hogy az érintené a falakat, kizárva az alternatív termelési forrásokat, és lehetővé téve a Hold óceánjából kibocsátott hidrogén megtekintését. Amit találtak, megdöbbentette őket: a hidrogén a tollazat 1-2 százalékát tette ki - több mint elegendő ahhoz, hogy szabad energiaforrásként szolgáljon a mikrobiális élethez.

"Egy vagy 2 százalék a legtöbb ember számára nem tűnik soknak, de valóban az - elképesztő mennyiségű" - mondja Frank Postberg, a Heidelbergi Egyetem bolygótudós, aki Enceladus pálcáit tanulmányozza, de nem vett részt az új munka. "A molekuláris hidrogén egyáltalán alig található meg a Földön, mert olyan könnyű és illékony - hibák megeszik, vagy más anyagokkal reagálnak, vagy csak lebegnek az űrbe." A kutatók szerint ekkora mennyiséget állandóan pótolni kell valahol a Holdon belül. A Földön a molekuláris hidrogén elsősorban élettelen folyamatokból származik, például amikor a forró víz kering a vasban vagy szerves molekulákban gazdag kőzeteken keresztül. Ez felszabadítja a gázt, amely kiáramolhat a tengerfenék hidrotermális szellőzőinél, hogy táplálja a metanogén baktériumokat, amelyek a tápláléklánc alapját képezik az éhező ökoszisztémák számára. A kutatók úgy vélik, hogy az Enceladuson hasonló hidrotermális aktivitásnak kell végbemennie.

"Ez az ingyenes energia valóban játékváltó az Enceladus számára" - mondja Hunter Waite vezető szerző, a dél-nyugati kutatóintézet (SWRI) kutatója, San Antonio, Texas. „A molekuláris hidrogén jelenléte azt mutatja, hogy van kémiai potenciál az anyagcsere-rendszerek, például a metanogén mikrobák támogatására. Ez arra utal, hogy találtunk egy potenciális élelmiszer-forrást, amely támogatná az Enceladus belső óceánjának lakhatóságát.”

Hogy egy Enceladuson belüli élet képes-e valóban felhasználni a molekuláris hidrogént táplálékként, az még várat magára. "Tudnod kell, mennyi szabad energia van valójában - mekkora ennek az ételforrásnak a kalóriatartalma?" mondja a tanulmány társszerzője, Christopher Glein, az SWRI geokémikusa. Az, hogy a mikrobák mennyi energiát nyerhetnek a hidrogénből, valószínűleg sok mindentől függ, amely még ismeretlen erről a rejtett óceánról - annak hőmérsékletéről, sótartalmáról és lúgosságáról, valamint egyéb tápanyagok, például foszfor és kén elérhetőségéről. "Az Enceladus megmutatja nekünk:" Itt a kínálat. "De a legfontosabb kérdés:" Mi a kereslet? ".

Az Enceladus hidrogéngazdagsága Postberg szerint annak a jele lehet, hogy a hold élettelen. - Valószínűleg egy kicsit túl sok, ha engem kérdezel. Ha kis organizmusok vannak az óceán minden részén, és szeretnek molekuláris hidrogént enni, akkor valószínűleg nem engednék annyit a felszínre jutni és kimenni az űrbe. " Ennek ellenére a hidrogén bősége nem zárhatja ki a biológiát, azt mondja: "A metanogén anyagokon túl sokféle metabolizmus létezik - és lehet, hogy a metanogenezis csak az óceán lokalizált régióiban zajlik."

Annyi hidrogén van, mondja Waite, hogy egyszerűen elárasztja minden étvágyát az Enceladuson belül élők számára. - Gondolj erre így: otthon ülsz, és óránként szállítanak egy pizzát. Egy bizonyos ponton felhagy a pizzával, és mindenhol ott lesz. Túl sok étel lehet enni.”.

Öreg hűséges az Európában

Cassini felfedezése és az Enceladus pálmáinak folyamatos vizsgálata kulcsfontosságú motivációt jelentett az Európára vonatkozó hasonló spekulációkra, egy sokkal heftier holdra, amely nagyobb, mint a Plútó, és így valószínűbb, hogy elegendő belső hőt szállít a hidrotermikus folyamatok és a pálmák hajtására. Véleménye szerint óceánja több vizet tartalmaz, mint a Föld összes tengere, egy jéghéj alatt, amely talán 15 vagy 25 kilométer vastag. Az Európa tanulmányai azonban csak a földi vagy az űrbeli távcsövekkel végzett megfigyelésekre korlátozódtak, párosítva a NASA Galileo keringőjének archiválási adataival, amelyet 1995-től 2003-ig a Jupiter körül keringve az Europa többször repült. (Az egyetlen küldetés jelenleg a Jupiternél, a NASA Juno űrhajója., egy olyan távoli pályán van, amely rosszul alkalmas ennek a holdnak a részletes megfigyelésére.).

Az Európa tollainak első árulkodó jelei 2012-ben jelentek meg, a Hubble űrtávcső megfigyelései Lorenz Roth SWRI csillagász vezetésével az Európa déli pólusa körüli vízgőz-ködöt kémlelték. Ezeket a korai megfigyeléseket 2016-ban megerősítették, amikor egy William Sparks által vezetett csapat a Baltimore-i Űrtávcső Tudományos Intézetből (MD) több potenciális tollat kémkedett egy nagyobb Hubble-adatkészletben. Sparks tanulmányai más megközelítést alkalmaztak, ultraibolya fényt használva keresték az Europa felszínéről kitörő tollak sötét árnyékát, amikor a holdat a Jupiter ragyogó arcának rajzolták. A tanulmányból kiderült, hogy több tollajelölt szinte véletlenszerűen ugrik be az Europa felszínéről. Most azonban egyiküket másodszor is megfigyelhették. Az eredményeket az Astrophysical Journal Letters folyóiratban tették közzé.

"Amikor megismertük a visszatérést, nagyon izgatottak lettünk" - mondja Sparks. - Mert ha nehezen megfigyelhető és szakaszos jelenséged van, ha valóban megismétlődik, akkor hirtelen megváltoznak a dolgok. Megváltoztatja a valószínűség egyensúlyát, hogy ez valós.”

A jelölt toll először Hubble-képen jelent meg 2014 márciusában; egy tavalyi februári külön képen látható egy másik árnyékos, tollazatos jellegzetesség, amely ugyanabból a kis régióból tört ki a Hold egyenlítője közelében, északnyugatra egy Pwyll nevű közepes méretű fiatal krátertől. Cassini Enceladus-tanulmányai alapján - amelyek kimutatták, hogy a hold hullámai a jeges felülethez képest „forró” szellőzőkből származnak, Sparks csapata megvizsgálta a régiót az Európa éjszakai oldalának Galileo-adatokból levezetett termikus térképein.

"Megdöbbenésünkre találtunk egy termikus anomáliát, amely az imént beazonosított helyhez illő telitalálat volt a potenciális visszatérő tolla számára" - mondja Sparks. "Azt hiszem, most léptünk túl azon, hogy a Hubble képességeinek peremén láthatunk néhány érdekes tulajdonságot, és azon a helyen vagyunk, ahol a bizonyítékok túlsúlyának valóban elő kell segítenie [ezeknek a pluszoknak] a valóságot."

Ha feltételezzük, hogy az igazítás nem véletlen, és hogy a Hubble által megfigyelt tulajdonságok valójában plume-ok, Sparks és csapata két lehetséges magyarázatot lát. "Az egyik lehetőség az, hogy folyékony víz van a jég alatt, és hője felfelé áramlik, ami a termikus anomáliát okozza, és a felszínen repedések nyílnak a tolla aktivitására" - mondja Sparks. Ez a „belső hő” magyarázat azt sugallja, hogy a víz csak két kilométerrel van a felszín alatt. Alternatív megoldásként az alulról kitörő tolla létrehozhatja az anomáliát a régió „termikus tehetetlenségének” megváltoztatásával. Vagyis a tolla megváltoztathatja a felszíni jég textúráját és tömörségét, sűrű, havas jégdarabokat és sziklákat képezhet, amelyek lassabban hűlnek, mint a környezetük, miután a távoli nap fénye felmelegítette őket.

Mindkét esetben a tolla forrása a repedt, összetört jég „káosz régiója” lehet, amely túl kicsi ahhoz, hogy megjelenhessen Galilei képein. A tanulmány társszerzője, Britney Schmidt, a Georgia Tech Egyetem bolygótudósa kifejlesztett egy modellt az ilyen régiók kialakulásához, amely azt sugallja, hogy ezek sekély folyékony víztározókhoz kapcsolódnak, amelyekről úgy gondolják, hogy a felszín és a belső óceán között félúton alakulnak ki.. "Olyan vízzsebeket kaphat, amelyek idővel kialakulnak, és lassan elkezdik feltörni a felszínt" - mondja Schmidt. - Ez lehet az egyikük. Arra számíthat, hogy a terület melegebb lesz, de amíg a felületi repedések nem nyílnak meg, akkor nem sok felszíni kifejeződése van annak, ami történik.”.

Sparks és munkatársai már más módszereket is kidolgoznak, hogy mélyebben lássák az Europa potenciális hullámait - nemcsak a Hubble, hanem más, különböző hullámhosszakon működő távcsövekkel is. A NASA infravörös James Webb űrtávcsője, amelyet 2018-ban indítanak, potenciálisan eldöntheti az Európa pálmáiról szóló vitát, és a Sparks már foglalt időt az ügynökség jelenleg működő SOFIA platformján, egy módosított Boeing 747 repülőgépre szerelt infravörös teleszkópon.

Időközben más csillagászok már kezdik megvizsgálni saját adataikat, hogy megerősítsék az óhithű tündérruhák bizonyítékait az Európában. A felfedezésről elmondta, hogy Michael Brown, a Kaliforniai Műszaki Intézet csillagásza Samantha Trumbo végzős hallgatóval együtt megvizsgálta az Európa napfényének hőtérképeit, amelyeket a közelmúltban készítettek az Európai Déli Obszervatórium Atacama Large Millimeter / sub-millimetre Array (ALMA) segítségével. Chilében. A forró pont az adataikban is megjelenik.

"[A Sparks csapat] forró pontja valóban az egyik furcsább pont az Europán" - mondja Brown. „Valójában egy kicsit hűvösebb, mint azt a nappal előre jeleznénk, és a hőmérséklet nem sokat változik a Galileo éjszakai mérésén. Tehát: belső hő? Talán. Hatalmas termikus tehetetlenség? Talán.” Az ALMA elkövetkező hónapjainak napközbeni hőtérképének további elemzése Brown szerint tisztázhatja a forró pont forrását, összehasonlítva azt Galileo régi éjszakai megfigyeléseivel.

Jövendő dolgok

Végső soron azonban Európa és Enceladus rejtélyei megkövetelhetik, hogy több űrhajót küldjenek oda.

A NASA már fejleszti az Europa Clippert, egy űrszondát, amelyet a 2020-as években indítottak el, és a Jupiter holdjának 45 legyét hajtják végre, korszerű műszerekkel díszítve, amelyek megerősíthetik feltételezett pálcáit és összekapcsolhatják őket lakható körülményekkel - és talán a jelenlétével az élet az alatta rejtett óceánban. Az olyan erőteljes szószólók, mint John Culberson (R-Texas) képviselő ösztönzésével az ügynökség egy életet kereső európai felszíni landolót is fontolgat, bár a Trump-adminisztráció költségvetési javaslata nem biztosít forrást ez utóbbi projektre. Ezenkívül az Európai Űrügynökség Jupiter Icy Moons Explorer űrhajója - más néven JUICE - tanulmányozni fogja az Európát, amikor 2024-ben a gázóriás bolygó körüli pályára kerül.

A Szaturnusz tervei kevésbé biztosak: több mint egy évtizedes manőverezés után a Szaturnusz-rendszerben a Cassini-misszió most veszedelmesen kevés üzemanyagot tartalmaz. Még ha üzemanyagtartályai is tele voltak, műszerei ma már régiségek, amelyeket soha nem terveztek olyan jelenség, mint pl. A missziótervezők elküldik a vízi járművet a Szaturnusz légkörébe idén szeptemberben, pontosan annak elkerülése érdekében, hogy az Enceladust és más ígéretes szaturnuszi holdakat a földi biológia bármilyen nyomával megfertőzzék. Idén ősszel, nem sokkal Cassini tüzes pusztulása után a NASA új bolygóközi küldetést választ az „Új határok” programjához. De az űrhajó Enceladusba történő küldésére vonatkozó számos javaslatnak számos más célpontot megcélzó másokkal kell megküzdenie.

"Az igazi történet itt az, hogy van esélyünk megtenni az Európa érdekében, amit már megtettünk az Enceladusért" - mondja Schmidt. „Ha a Clippert eljuttatjuk az Európába, az nagyon klassz lenne. És mi van akkor, ha a NASA New Frontiers válogatása egy Enceladus misszióra vonatkozik? Akkor ugyanazt a tudományt végezhetnénk két helyen. Az Europernél a Clipper képes lesz arra, hogy őszintén azt kívánjuk, bárcsak most csinálhatnánk az Enceladusnál.”