Saturnov ledeni mjesec Encelad već se godinama ističe kao jedno od najprivlačnijih odredišta u potrazi za životom izvan Zemlje. Novo istraživanje dodatno pojačava argument da bi Encelad mogao biti nastanjiv svijet. Rezultati se temelje na podacima letjelice Cassini, koja je Saturn obilazila od 2004. do 2017. godine.
Cassini je 2005. otkrio da s Enceladova južnog pola kontinuirano izbijaju gejzirima slični mlazovi vodene pare i ledenih zrnaca. Mlazovi izbijaju iz pukotina u ledenoj kori, a upravo su oni omogućili neizravno uzorkovanje materijala koji potječe iz unutrašnjosti. U najnovijoj studiji Nozair Khawaja sa Slobodnog sveučilišta u Berlinu i njegov tim ponovno su analizirali Cassinijev uzorak prikupljen iz područja južnog pola.
Većina ranijih analiza čvrstih čestica iz Enceladovih mlazova provodila se na materijalu u Saturnovu E-prstenu. E-prsten je vanjski, difuzni prsten u sustavu prstenova oko Saturna, a neprekidno se nadopunjuje česticama iz Enceladovih mlazova. No taj materijal nije svjež, a izloženost zračenju u svemiru može promijeniti njegova svojstva i time zamagliti sliku o stvarnom sastavu izvornog oceana.
Khawaja i suradnici zato su se usmjerili na mlađi materijal, uzorkovan tijekom posebno brzog preleta Cassinija iznad Enceladova južnog pola. Analiza svježe izbačenog materijala trebala je ukloniti mogući utjecaj zračenja, odnosno izbjeći da promjene nastale nakon izlaska u svemir utječu na interpretaciju. U praksi to znači da se nastojalo raditi s uzorkom koji je što vjerniji onome što je stvarno napustilo unutrašnjost Encelada.
Ocean ispod leda i mehanizam grijanja
Dosadašnja Cassinijeva mjerenja već su dala nekoliko ključnih tragova o Enceladu. Rani uzorci upućivali su na prisutnost natrijevih soli, što sugerira da mlazovi dolaze iz podzemnog oceana tekuće vode koji je u kontaktu sa stjenovitim dnom. Takav kontakt vode i stijene važan je jer omogućuje kemijske reakcije koje mogu osigurati hranjive tvari i izvore energije.
Kasnija opažanja Enceladova “gibanja”, odnosno sitnih promjena u rotaciji u odnosu na Saturn, pokazala su da je ledena vanjska ljuska vjerojatno potpuno odvojena od stjenovite jezgre. Time se podupire zaključak da je ocean smješten između leda i stijene globalan, odnosno da se proteže preko cijelog mjeseca. U takvom scenariju ocean nije ograničen na lokalni rezervoar, nego predstavlja planetarno, kontinuirano vodeno tijelo.
Zašto se takav ocean ne zaledi unatoč ekstremnoj hladnoći? Smatra se da ga održava plimno zagrijavanje, pri čemu promjenjiva gravitacijska sila Saturna Encelad neprestano deformira, periodično ga rastežući i stišćući. Ta mehanička energija pretvara se u toplinu u unutrašnjosti mjeseca, čime se sprječava smrzavanje oceana ispod ledene kore. Upravo kombinacija trajne tekuće vode i stabilnog izvora energije čini Encelad posebno važnim u procjeni njegove potencijalne nastanjivosti.
Mogućnost neizravnog uzorkovanja oceana putem mlazova omogućila je detaljnije ispitivanje ima li Encelad ono što je potrebno za život kakav je poznat na Zemlji. U tom kontekstu naglasak je na postojanju odgovarajućeg izvora energije i dostupnosti ključnih kemijskih elemenata. Analize mlazova zato nisu samo popis molekula, nego pokušaj rekonstrukcije kemije oceana i procesa koji se u njemu odvijaju.
Masena spektrometrija i kemijski tragovi nastanjivosti
Analiza Cassinijevih uzoraka iz mlazova provedena je metodom masene spektrometrije. Proces je počinjao sudarom velike brzine između Cassinija i čvrstog materijala iz mlazova koji je letjelica prikupila, pri čemu se Cassini kretao brzinama od nekoliko kilometara u sekundi. Udar je razbijao materijal na manje, nabijene fragmente, koji su zatim ulazili u instrument.
Nakon udara instrument je izlagao fragmente električnom polju, koje ih je usmjeravalo prema detektoru. Vrijeme kojim su pojedini fragmenti stizali do detektora koristilo se za određivanje njihove mase i naboja. Na temelju tih informacija znanstvenici su mogli rekonstruirati koje su molekule fragmenti izvorno činili, odnosno identificirati kemijski sastav prikupljenog materijala.
U procjeni nastanjivosti posebno se traže određene skupine molekula. Organski spojevi su molekule koje sadrže ugljik, a budući da je život na Zemlji temeljen na ugljiku, njihova detekcija smatra se važnim početnim pokazateljem. U materijalu Enceladovih mlazova organski spojevi su detektirani s pouzdanjem, uključujući “amine”, koji mogu biti prekursori aminokiselina, a aminokiseline zatim mogu biti prekursori proteina.
Uočene su i znatno veće “makromolekule”. Međutim, njihov točan identitet zasad nije razjašnjen zbog ograničenja instrumenata na Cassiniju. To znači da je postojanje velikih organskih struktura indicirano, ali se ne može precizno navesti o kojim je konkretnim molekulama riječ.
Skupine “CHNOPS”
Ugljik je jedan od elemenata skupine “CHNOPS”, koja uključuje ugljik, vodik, dušik, kisik, fosfor i sumpor, a čini većinu atoma u živim organizmima na Zemlji. U materijalu mlazova, osim sumpora, svi ti elementi detektirani su s pouzdanjem. Takav rezultat upućuje na to da je velik dio osnovnog kemijskog inventara potreban za život prisutan u sustavu Encelada.
Masena spektrometrija može ukazati i na vrste energetskih procesa koji bi mogli biti dostupni u oceanu. Fotosinteza, primarni izvor energije za većinu života na Zemlji, malo je vjerojatna na Enceladu jer je ocean zakopan ispod kilometara leda. Fotosinteza zahtijeva svjetlost, a ocean je gotovo sigurno u potpunom mraku.
Postoje, međutim, i drugi načini dobivanja energije iz okoliša. Krajem 1970-ih na velikim dubinama Zemljinih oceana otkriveni su golemi ekosustavi oko hidrotermalnih izvora, pukotina na morskom dnu iz kojih izlazi vruća voda bogata mineralima. Mikroorganizmi oko takvih izvora pripadaju oblicima “kemosintetskog” života, jer koriste tvari iz hidrotermalnih voda za kemijske reakcije kojima dobivaju energiju.
U slučaju Encelada, čini se da su sastojci potrebni za neke kemosintetske putove, poput ugljikova dioksida i vodika, u oceanu dostupni u količinama koje bi teoretski mogle osigurati održiv izvor energije. Pritom je količina vodika u materijalu mlazova toliko velika da bi, kako bi se objasnila, zahtijevala današnji izvor u Enceladovu oceanu. Kao najvjerojatnije objašnjenje ističu se hidrotermalni izvori.
Ipak, izravno zaključivanje o oceanu na temelju mlazova zahtijeva oprez. Tijekom nastanka mlaza i njegova prolaska kroz led prema svemiru, određene tvari mogu se razrijediti ili koncentrirati. Dodatno, zračenje u svemiru može potaknuti kemijske reakcije unutar mlazova i učiniti uzorak manje reprezentativnim za ocean iz kojeg potječe.
Upravo zato je u najnovijoj studiji naglasak na svježe izbačenom materijalu. Autori navode da bi, zbog veće brzine preleta, uzorci trebali fragmentirati na način koji omogućuje da u podacima postane vidljiv veći broj vrsta molekula. U prikupljenim uzorcima doista su potvrđene i neke ranije poznate tvari, kao i nove, što podupire zaključak da potječu iz unutrašnjosti Encelada, a ne iz naknadnih promjena uzrokovanih zračenjem. Neke od novodetektiranih tvari dodatno upućuju na moguće hidrotermalno podrijetlo.
S obzirom na sve snažnije naznake nastanjivosti, Europska svemirska agencija planira misiju s lansiranjem u 2040-ima, koja bi trebala izvoditi prelete pokraj Encelada, a moguće i ući u orbitu te sletjeti na njegovu površinu. S unaprijeđenim instrumentima cilj će biti traženje dokaza života u materijalu mlazova. Ako život postoji oko hidrotermalnih sustava na dnu oceana, put do vrha oceana i izlaska u svemir mogao bi biti dug i zahtjevan.
Unatoč tome, nedavni rad Fabiana Klennera sa Sveučilišta u Washingtonu i suradnika pokazao je da bi čak i jedna bakterijska stanica unutar zrnca leda mogla biti detektabilna metodom masene spektrometrije. U tom okviru ostaje otvorena mogućnost da se, ako život postoji u Enceladovu oceanu, njegov trag već nalazi u česticama izbačenima u svemir, dostupnima budućim misijama
