Enceladus, jeden z 62 potvrzených měsíců planety Saturn, se dostal do popředí zájmu geofyziků. Zkoumání aktivity gejzírů na jeho povrchu totiž pomůže odpovědět na otázku, zda by na Enceladu mohl existovat život. Tímto výzkumem se zabývá i dr. Běhounková z katedry geofyziky MFF UK.
O Enceladu, jehož první snímky získala sonda Voyager v roce 1980, už planetologové nasbírali mnoho základních informací. Vědí, že nad jeho silikátovým jádrem se nachází oceán a ledová slupka. Přítomnost oceánu vyvolává spekulace o tom, zda by na Enceladu mohl existovat život. V okolí jižního pólu lze pozorovat intenzivní tektonickou aktivitu a vodní gejzíry, které by právě o možnosti existence určité formy života mohly poskytnout klíčové informace.
Na podrobné zkoumání těchto gejzírů a slapových sil se zaměřuje geofyzička dr. Marie Běhounková. Je jedním z autorů článku, který prokázal, že aktivita gejzírů je přirozeným důsledkem přítomnosti buď lokálního, nebo globálního oceánu, a také velmi měkké ledové slupky. Článek vyšel na začátku července v prestižním recenzovaném časopise Nature Geoscience. „Měsíc Enceladus je i přes svou relativně malou velikost – jeho poloměr je pouhých 250 km – velmi překvapivě a neočekávaně jedním z nejaktivnějších těles sluneční soustavy a jedním z nejlepších kandidátů pro podporu života,“ říká dr. Běhounková. „V okolí jižního pólu pozorujeme velmi aktivní tektonickou činnost a vodní gejzíry. Jaký je původ gejzírů a mechanismus jejich vzniku a jaký je zdroj tepla umožňující přítomnost kapalné vody – to jsou hlavní otázky při studiu Enceladu,“ naznačuje směr výzkumu.
Jste jedním ze šesti spoluautorů článku Timing of water plume eruptions on Enceladus explained by interior viscosity structure, na jaký dílčí problém jste se v rámci článku zaměřila?
Článek se zabývá odezvou ledové slupky Enceladu na slapovou sílu pro různé možné vnitřní struktury. Z časového průběhu napětí na zlomech, vystihujícího jejich otevírání či uzavírání, jsme se pokusili určit model vnitřní struktury, který nejlépe vysvětluje pozorovanou aktivitu gejzírů v průběhu oběhu Enceladu kolem Saturnu. Z technického hlediska jsem přispěla k optimalizaci výpočetního kódu tak, aby bylo možno provést řádově stovky výpočtů pro různou vnitřní strukturu. Zabývala jsem se také numerickými výpočty, zpracováním výsledků simulací a jejich statistickou analýzou.
Jak tedy tato vnitřní struktura podle Vás a Vašich kolegů vypadá?
Ukázali jsme, že existují dvě možné vnitřní struktury, které vysvětlují pozorovanou aktivitu. První zahrnuje existenci regionálního oceánu pod oblastí jižního pólu pro tloušťku ledové slupky nad oceánem větší než 30 km. Druhá připouští přítomnost globálního oceánu s průměrnou tloušťkou ledové slupky větší než 60 km. Nutnou podmínkou pro vysvětlení pozorovaného časového průběhu aktivity gejzírů je také velmi měkká (nízkoviskózní) slupka nad oceánem a méně než 5 km silná elastická litosféra u povrchu v oblasti jižního pólu.
Pro bližší popis aktivity gejzírů jste používali složité matematické výpočty. Které faktory jste při zkoumání museli zohlednit?
Na Enceladu pozorujeme výrazný rozdíl mezi tektonicky aktivním jižním pólem a neaktivním severním pólem, který je pokryt krátery. Působící slapové síly jsou však symetrické podél rovníku a pozorovanou dichotomii lze vysvětlit rozdílnou vnitřní strukturou v oblastech jižního a severního pólu. Pro numerické modely bylo tedy velmi důležité zohlednit tuto očekávanou komplexní vnitřní strukturu.
Mohl by být pro výzkumníky něčím zajímavý severní pól, i když není tektonicky aktivní?
Zajímavý je právě rozdíl mezi jižní a severní polokoulí. Zdroj této dichotomie je stále nejasný. Například přítomnost pouze regionálního oceánu by však nabídla přirozené řešení.
Jak náročné je zkoumání vesmírného tělesa, které je od Země vzdáleno přibližně necelých 1 300 milionů kilometrů?
Výzkum vzdálených těles sluneční soustavy je samozřejmě náročný a dat k analýze je relativně málo v porovnání nejen se Zemí a Měsícem, ale například i s Marsem. Pozorování jsou většinou vázána k sondám, jako jsou Pioneer, Voyager, Galileo, Cassini či New Horizons. Nejcennější jsou pak dlouhodobá pozorování: Sonda Galileo poskytovala systematické informace o Jupiterově systému po dobu osmi let, Cassini v současnosti poskytuje kontinuálně data o systému Saturnu již více než deset let.
K výzkumu využíváme také teleskopy, například zatím jediné pozorování gejzíru na Jupiterově měsíci Europa bylo provedeno s pomocí Hubbleova vesmírného dalekohledu.
Ve svém nitru tedy Enceladus v nějaké formě ukrývá oceán a právě přítomnost vody v tekutém stavu je zásadní podmínkou pro existenci života. Kdy bude možno říci, zda by na Enceladu život opravdu mohl existovat?
V současné době pozorování ukazují na přítomnost kapalné vody na Enceladu, která je v přímém kontaktu se silikátovým jádrem. Analýzou gejzírů byla zjištěna přítomnost organických sloučenin a sloučenin obsahujících dusík. Enceladus je tedy po Zemi nejvhodnějším známým kandidátem pro existenci života ve sluneční soustavě.
Další výhodou Enceladu je přítomnost gejzírů, která umožňuje zkoumat chemické složení oceánu během průletu sondy. Následující blízký průlet sondy Cassini ve vzdálenosti kolem 50 km během předpokládaného maxima aktivity gejzírů je plánován na 28. října 2015 a měl by poskytnout přesnější analýzu jejich složení. Získání absolutního důkazu je samozřejmě velmi náročné a předpokládám pouze případné nepřímé důkazy jeho existence.
Vnější slupka Enceladu je tvořena ledem. Jak by se s takto nehostinnými podmínkami mohla potenciální forma života vyrovnat? Jak by mohla vypadat?
Vlivem velké vzdálenosti od Slunce je teoretická teplota na povrchu pouze kolem 70 Kelvinů (přibližně -200 °C). Z pozorování a analýzy gejzírů však víme, že je pod ledovou slupkou a nad silikátovým jádrem velmi pravděpodobně přítomna voda v kapalném stavu. Enceladus musí tedy mít dostatečný zdroj energie, který přítomnost vody umožňuje a který může být i zdrojem energie pro potenciální formu života. Populární představa případného života na Enceladu je analogií tzv. černých kuřáků na Zemi, což jsou podmořské objekty podporující život prostřednictvím geotermální energie.
Budoucí výzkum ledového měsíce by mohla provést například mise Enceladus Life Finder (ELF). Jaké nové informace by mohla přinést?
Koncept ELF je představou možného astrobiologického výzkumu Enceladu. Mise by se zaměřila na zkoumání a chemickou analýzu gejzírů na Enceladu a předpokládá opakované blízké průlety. Přinesla by přesnější měření jejich složení a chemickou analýzu zaměřenou na detekci projevů života. V případě realizace by bylo z ELF možné získat výsledky v rámci několika desetiletí.
Před několika dny celý svět upíral zraky k sondě New Horizons, která proletěla kolem trpasličí planety Pluto a pořídila její snímky ve vysoké kvalitě. O kolik náročnější je zkoumání nejvzdálenější planety sluneční soustavy v porovnání se zkoumáním třeba právě Enceladu?
Podle mého názoru je největším rozdílem mezi misí New Horizons a např. misemi Galileo a Cassini-Huygens délka a systematičnost pozorování. Zatímco sonda New Horizons provedla průlet kolem Pluta, sonda Cassini se pohybuje v Saturnově soustavě již od roku 2004 a její ukončení je plánováno až na září 2017. Opakované průlety umožňují systematické a opakované zkoumání jednotlivých měsíců a informace jsou tedy ucelenější a přesnější (méně zatížené chybou) než údaje, které budou pravděpodobně k dispozici v případě Pluta. Opakovaná pozorování umožňují v případě Enceladu určení gravitačního signálu, topografie celého povrchu, aktivity gejzírů během oběhu Saturnu, pozorování librace a určení tepelných ztrát měsíce v okolí jižního pólu. Všechna tato data mohou pomoci určit strukturu a historii měsíce.
Publikovaný článek sklízí pozitivní ohlasy (Is There Life on Saturn's Moon? To Find Out, Watch Its Geysers). Plánujete se věnovat výzkumu Enceladu i nadále, nebo přesídlíte i na jiná kosmická tělesa?
Zdroj energie, který stojí za aktivitou na Enceladu, a udržitelnost jeho vodního oceánu stále nejsou dostatečně vysvětleny, a proto i nadále plánuji jeho studium. Obecně se zabývám planetami a měsíci, jejichž orbitální i vnitřní vývoj je ovlivněn slapy a slapovým zahříváním. V případě sluneční soustavy jde zejména o Merkur a měsíce velkých planet (Io, Europa). Také doufám, že budu moci přispět k interpretaci pozorování mise New Horizons. Ve vzdálenější budoucnosti jsou také plánovány dvě mise zaměřené na zkoumání těles Jupiterova systému (JUICE a Europa Clipper Mission), které přinesou nová data.
Mimo sluneční soustavu existuje velká rodina exoplanet – k dnešnímu datu jich je známo přibližně 1 500. V současné době se zabývám i studiem takových exoplanet, jejichž orbitální i vnitřní vývoj může být ovlivněn slapy.
Mohlo by vás zajímat:
Geofyzici z MFF objasňují aktivitu gejzírů na Enceladu
Is
There Life on Saturn's Moon? To Find Out, Watch Its Geysers
Sluneční
fyzika ve Všechnopárty
Aktuality z fyziky XV
Aktuality z fyziky XIII
Video:
Náš kosmos, co o něm dnes víme?
Zdeněk
Němeček: Kosmická fyzika
Výzkum
procesů v kosmickém prostoru