Czy Enceladus, księżyc Saturna, może skrywać w sobie życie?

Wraz z postępem technologii i badań astrofizycznych, jedno pytanie pozostaje niezmienne – czy gdziekolwiek we wszechświecie istnieje życie?

Sama galaktyka Drogi Mlecznej zawiera setki miliardów ciał niebieskich, naukowcy poszukują na nich trzech kluczowych elementów: wody, energii i materiału organicznego. Dowody wskazują, że lodowy księżyc Saturna Enceladus jest „oceanicznym światem”, który zawiera wszystkie trzy elementy, w jego wodach ukrytych pod grubą warstwą lodu może znajdować się życie, a przynajmniej jego składowe.

Podczas 20-letniej misji, sonda NASA Cassini potwierdziła, że z powierzchni Enceladusa z prędkością około 400 m/s) wystrzeliwane są pióropusze lodu, które są rodzajem gejzerów, na skalę planetarną. Stanowią one doskonałą okazję do zebrania próbek i zbadania składu oceanów Enceladusa oraz ich potencjalnych możliwości zamieszkania. Do tej pory jednak nie było wiadomo, czy prędkość wystrzeliwania pióropuszy spowoduje fragmentację związków organicznych zawartych w ziarnach lodu, niszcząc w ten sposób próbki.

Obecnie naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego przedstawili jednoznaczne dowody laboratoryjne, że aminokwasy transportowane w takich pióropuszach lodu mogą przetrwać prędkość uderzenia do 4,2 km/s, przez co będzie możlwie ich wykrycie podczas pobierania próbek przez statek kosmiczny. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie The Proceedings of the National Academy of Sciences.

Profesor chemii i biochemii Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego Robert Continetti i wraz ze współpracownikami zbudował unikalny spektrometr aerozoli zaprojektowany do badania dynamiki zderzeń pojedynczych cząstek przy dużych prędkościach. Chociaż nie został on zaprojektowany specjalnie do badania zderzeń ziaren lodu, okazał się być dokładnie odpowiednim urządzeniem do tego celu. „To urządzenie jest jedynym tego rodzaju na świecie, które może wybierać pojedyncze cząstki i przyspieszać je lub zwalniać do wybranych prędkości końcowych. Od kilku mikronów średnicy do setek nanometrów, w różnych materiałach, jesteśmy w stanie zbadać zachowanie cząstek, takie jak sposób ich rozpraszania lub zmiany ich struktury po uderzeniu” – stwierdzia Continetti.

W 2024 roku NASA wystrzeli sondę Europa Clipper, która poleci w kierunku Jowisza. Europa, jeden z największych księżyców Jowisza, jest kolejnym oceanicznym światem i ma podobny lodowy skład jak Enceladus. Istnieje nadzieja, że Clipper lub kolejne sondy podróżujące w stronę Saturna będą w stanie zidentyfikować określoną serię cząsteczek w ziarnach lodu, które mogą wskazywać na istnienie życia w podpowierzchniowych oceanach tych księżyców, jednak takie cząsteczki muszą przetrwać ich szybkie wyrzucenie z księżyca i zebranie przez sondę.

Chociaż prowadzono już badania nad strukturą niektórych cząsteczek w cząsteczkach lodu, zespół Continettiego jest pierwszym, który zmierzył, co dzieje się, gdy pojedyncze ziarno lodu uderza w powierzchnię.

Aby przeprowadzić eksperyment, ziarna lodu zostały utworzone przy użyciu jonizacji elektrosprejowej, w której woda jest przepychana przez igłę trzymaną pod wysokim napięciem, indukując ładunek, który rozbija wodę na coraz mniejsze kropelki. Kropelki zostały następnie wstrzyknięte do próżni, gdzie zamarzły.

Zespół zmierzył ich masę i ładunek, a następnie użył detektorów ładunku obrazu, aby obserwować ziarna, gdy przelatywały przez spektrometr. Kluczowym elementem eksperymentu było zainstalowanie mikrokanałowego płytkowego detektora jonów w celu dokładnego określenia momentu uderzenia z dokładnością do nanosekundy.

Wyniki pokazały, że aminokwasy, nazywane budulcem życia, można wykryć przy ograniczonej fragmentacji do prędkości zderzenia 4,2 km/s.

„Aby uzyskać wyobrażenie o tym, jaki rodzaj życia może być możliwy w Układzie Słonecznym, powinniśmy być pewni, że w próbkach ziaren lodu nie doszło do dużej fragmentacji molekularnej, abyśmy mogli uzyskać odcisk palca tego, co czyni go niezależną formą życia. Nasza praca pokazuje, że jest to możliwe w przypadku lodowych pióropuszy Enceladusa” – mówi Robert Continetti. Badania Continettiego rodzą również pytania dotyczące samej chemii, w tym tego, jak sól wpływa na wykrywalność niektórych aminokwasów. Uważa się, że Enceladus zawiera ogromne słone oceany, których jest więcej niż na Ziemi. Ponieważ sól zmienia właściwości wody jako rozpuszczalnika, a także rozpuszczalność różnych cząsteczek, może to oznaczać, że niektóre cząsteczki gromadzą się na powierzchni ziaren lodu, co zwiększa prawdopodobieństwo ich wykrycia.

„Implikacje, jakie ma to dla wykrywania życia w innych miejscach Układu Słonecznego bez misji na powierzchnię tych księżyców-oceanicznych światów, są bardzo ekscytujące, ale nasza praca wykracza poza biosygnatury w ziarnach lodu. Ma to również wpływ na fundamentalną chemię. Jesteśmy podekscytowani perspektywą badania powstawania elementów budulcowych życia w wyniku reakcji chemicznych aktywowanych przez uderzenie ziarna lodu” – dodaje Continetti.

Emil Gołoś