Tyto měsíce jsou tmavé a zamrzlé. Jak tedy mohou mít oceány?

Po většinu existence lidstva byla Země jediným známým světem zahaleným oceánem, který se zdánlivě nepodobal žádnému jinému kosmickému ostrůvku.

Ale v roce 1979 proletěly kolem Jupiteru dvě kosmické lodi Voyager NASA. Jeho měsíc Europa, zamrzlá říše, ozdoben rýhami a zlomy, naznačovaly, že pod jeho povrchem může být něco dynamického, píše odborný magazín Quanta.

„Po Voyageru měli lidé podezření, že Evropa je divná a může mít oceán,“ řekl Francis Nimmo, planetární vědec z Kalifornské univerzity v Santa Cruz.

Poté, v roce 1996, vesmírná loď NASA Galileo prolétla kolem Evropy a detekovala podivné magnetické pole přicházející zevnitř. „Nerozuměli jsme, co to bylo,“ řekla Margaret Kivelsonová, vesmírná fyzička z Kalifornské univerzity v Los Angeles, která měla na starosti magnetometr kosmické lodi. Nakonec si ona a její tým uvědomili, že elektricky vodivá tekutina, něco uvnitř Měsíce, se v reakci na obrovské magnetické pole Jupiteru svírá. „Jediná věc, která dávala smysl,“ řekla Kivelsonová, „bylo, kdyby pod povrchem ledu byla tekuté taveniny.“

V roce 2004 dorazila k Saturnu kosmická loď Cassini NASA. Když pozoroval Saturnův malý měsíc Enceladus, zjistil, že z obrovských propastí na jižním pólu Měsíce vyvěrají zdrcující ledové oblaky. A když Cassini proletěla těmito chrliči, důkazy byly nepochybné, byl to slaný oceán, který prudce vytékal do vesmíru.

Nyní už pozemské oceány nejsou jedinečné. Jsou prostě zvláštní. Existují na sluncem ozářeném povrchu naší planety, zatímco moře vnější sluneční soustavy jsou schovaná pod ledem a zalitá temnotou. A zdá se, že tyto podzemní tekuté oceány jsou pro naši sluneční soustavu pravidlem, nikoli výjimkou. Kromě Europy a Enceladu téměř jistě existují i ​​další měsíce s oceány pokrytými ledem. Flotila kosmických lodí je v průběhu příštího desetiletí podrobně prozkoumá.

To vše vyvolává zdánlivý paradox. Tyto měsíce existují v mrazivých oblastech naší sluneční soustavy miliardy let. Dost dlouho na to, aby zbytkové teplo z jejich stvoření uniklo do vesmíru před eóny. Jakákoli podpovrchová moře by už měla být pevným ledem. Jak tedy mohou tyto měsíce, obíhající tak daleko za slunečním teplem, mít dnes ještě oceány?

Přibývající důkazy naznačují, že může existovat několik způsobů, jak udržet oceány s kapalnou vodou po miliardy let. Dekódování těchto receptů by mohlo urychlit naši snahu zjistit, jak snadné nebo problematické je, aby se život objevil v celém vesmíru. Čerstvě analyzovaná data ze starých kosmických lodí a nedávná pozorování sondou Juno NASA a vesmírným teleskopem Jamese Webba přispívají k rostoucímu počtu důkazů, že tyto teplé oceány obsahují chemii prospěšnou pro biologii a že vnitřní sluneční soustava není jediným místem, kde by živý tvor mohl případně zavolat domů.

Tyto oceánské měsíce také nabízejí větší možnost. Mírné, potenciálně obyvatelné oceány by mohly být nevyhnutelným důsledkem formování planet. Možná nezáleží na tom, jak daleko je planeta a její měsíce od jaderného ohně jejich hvězdy. A pokud je to pravda, pak je počet krajin, které bychom mohli prozkoumat při hledání života mimo Zemi, téměř neomezený.

Vědci se domnívají, že hrstka měsíců obíhajících kolem Jupiteru a Saturnu, a možná i některé rotující kolem Uranu a Neptunu, ukrývají oceány. Mohutný Ganymede a krátery zjizvené Callisto produkují slabé magnetické signály podobné Evropě. Saturnův opar pokrytý Titan má také velmi pravděpodobně podpovrchový oceán s kapalnou vodou. „To je pět, u kterých se většina vědců v komunitě cítí docela sebejistě,“ řekl Mike Sori, planetární vědec z Purdue University.

V 80. letech měli někteří vědci podezření, že Enceladus má chocholy. Saturnův prstenec E byl tak čistý a lesklý, že něco, možná z jednoho z jeho měsíců, muselo unikat do vesmíru a neustále ho osvěžovat. Poté, co byla Cassini konečně svědkem této planetární zdobící magie v akci, vědci se krátce zeptali, zda měsíční jižní polární vlečky mohou být dílem slunečního světla odpařujícího led v měsíční skořápce. Něco jako suchý led, který se vaří, když se zahřívá, možná slunečním světlem.

„Chvíli se vedly spory o tom, zda vůbec musí existovat oceán,“ řekl Nimmo. „To, co to opravdu skončilo, bylo, když sonda Cassini proletěla oblakem a našli sůl – chlorid sodný. Zda je to oceán. "Stále existovala šance, že by tyto oblaky mohly vytrysknout z menšího, izolovanějšího moře. Ale další pozorování sondy Cassini odhalilo, že skořápka Enceladu se kývá tam a zpět tak prudce, že musí být oddělena od hlubšího nitra Měsíce globálním oceánem.

Vlečky také odčerpávají vodík a křemen, což jsou známky aktivity hlubokomořských hydrotermálních průduchů, řekl Frank Postberg, planetární vědec ze Svobodné univerzity v Berlíně. Na Zemi takové průduchy produkují teplo a chemii potřebné k napájení ekosystémů, které existují mimo dosah slunečního světla, společenství organismů, o kterých si vědci kdysi mysleli, že v našem fotosynteticky závislém světě nemohou existovat.

Ale co by mohlo pohánět ventilační systém dostatečně silný na to, aby zahřál celý oceán? Další měsíc, z této ohnivé odrůdy, by tyto stopy poskytl.

V červnu 1979, měsíc před těsným průletem sondy Voyager 2 kolem Evropy, vědci oznámili, že Voyager 1 zahlédl nad Io titánské chocholy ve tvaru deštníku vlajících do vesmíru – erupční otisky prstů několika sopek.

Toto pozorování mělo být matoucí: Vulkanismus vyžaduje vnitřní zdroj tepla a Io, stejně jako ostatní ledové měsíce, neměl být nic jiného než uhlíky. Před několika měsíci však nezávislý tým vědců správně předpověděl, že Io by mohl být hyperaktivní vulkanický svět.

Dvě nadcházející vesmírné mise budou studovat Jupiterův měsíc Europa, považovaný za jedno z nejlepších míst pro hledání mimozemského života ve sluneční soustavě. Kosmická loď bude charakterizovat povrch Měsíce a moře, o kterém se předpokládá, že se skrývá pod jeho ledovou kůrou.

Svou předpověď založili na orbitálním tanci největších měsíců Jupiteru. Na každé čtyři oběhy, které Io dokončí, udělá Europa dva a Ganymed jeden. Tato orbitální konfigurace, známá jako rezonance, způsobuje kolísání Io tam a zpět, čímž se jeho dráha stává eliptickou. Když je Io blíže Jupiteru, gravitace planety s ním škube intenzivněji. Když je dál, Jupiterův tah je slabší. Toto nekonečné gravitační přetahování lana způsobuje, že se skalnatý povrch Io pohybuje nahoru a dolů o 100 metrů, což je stejná výška jako 30patrová budova. Jsou to přílivy a odlivy jako na Zemi, jen v pevné skále, ne ve vodě.

Tyto přílivy a odlivy vytvářejí tření uvnitř měsíce, které vytváří teplo. A tento přílivový ohřev je dostatečně silný, aby roztavil skálu hluboko uvnitř Io. „Io nemá vodní oceán, ale pravděpodobně má oceán magmatu,“ řekl Nimmo. (Sonda Galileo tam také zachytila sekundární magnetické pole generované globální podzemní nádrží roztavené horniny.)

Evropa také zažívá určité přílivové ohřívání. Ale jak moc tyto přílivy ohřívají oceán, závisí na tom, kde na Měsíci k nim dochází. Jinými slovy, dostatek tohoto tepla se musí dostat do oceánu, aby zůstal kapalný.

„Přílivový ohřev se může odehrávat v samotné ledové skořápce nebo se může odehrávat ve skalnatém jádru pod ním,“ řekl Nimmo. Vědci nevědí, co je správné, a tak nemohou s jistotou říci, jak moc přílivové ohřívání přispívá ke kapalnému nitru Evropy.

Také Enceladus je natahován a stlačován svým gravitačním tangem se sousedním měsícem jménem Dione. Teoreticky by to mohlo způsobit příliv a odliv, který ohřívá vnitřek Měsíce. Ale přílivy vytvořené jeho rezonancí s Dione, alespoň na papíře, se nezdají být dostatečné k vysvětlení jeho oceánu.

Dalším matoucím faktorem je, že oběžné dráhy nejsou v astronomickém čase pevně dané. Jak se planetární systémy vyvíjejí, měsíce migrují a „přílivové ohřívání se může zapínat a vypínat, jak se věci pohybují dovnitř a ven z různých rezonancí,“ řekl David Rothery, planetární vědec z Open University ve Spojeném království.

Teplé měsíční interiéry naštěstí nezávisí výhradně na přílivu a odlivu.

Polovina vnitřního tepla Země pochází z jejího narození. Zbytek pochází z rozkládajících se radioaktivních prvků. Podobně i hlubiny ledových měsíců bohaté na horniny by měly obsahovat slušné množství uranu, thoria a draslíku – radioaktivní zásoby, které dokážou uvařit své okolí na stovky milionů, ne-li miliardy let, než se rozloží na stabilní prvky a přestanou uvolňovat teplo. .

Větší měsíce budou začínat s bohatšími skrýšemi radioaktivní hmoty. A možná to je vše, co jejich oceány vyžadují. Někteří vědci dokonce tvrdí, že Pluto má podpovrchový oceán. Stejně jako tři měsíce je i tato trpasličí planeta pravděpodobně izolována dostatečně silnou kůrou, která zpomaluje únik její radioaktivní pece do vesmíru.

Jupiterův měsíc Io, nejvulkaničtější těleso ve sluneční soustavě, nabízí několik vodítek k tomu, jak by si ledové oceánské světy mohly udržet své tekuté nitro.

Vzhledem k tomu, že mise Galileo a Cassini jsou dávno mrtvé, vědci nyní vkládají své naděje do dvou kosmických lodí: průzkumníka Jupiter Icy Moons Explorer Evropské vesmírné agentury, který nedávno odstartoval a Europa Clipper od NASA, který tak neučinil. Oba dorazí k Jupiteru na začátku příští dekády.

A to nás přivádí zpět k Evropě, měsíci, který si jako první vynutil přehodnocení kosmického kontextu, ve kterém existují pozemská moře.

Jedním z cílů pro kosmickou loď Clipper, která má letět v říjnu 2024, je (slovy seznamu cílů mise) „potvrdit“, že oceán Evropa existuje. „O tomto slově bylo mnoho sporů,“ řekl Nimmo. Clipper mohl najít něco jiného než oceán; místo toho může být zamrzlé moře naplněné kapsami roztavené vody. Nebo „může to být tenká vrstva zlata,“ vtipkoval Nimmo. „Myslím, že je na 99 % jisté, že tam je oceán.“

Za předpokladu, že Clipper potvrdí existenci evropského oceánu, dostane se k práci charakterizující Měsíc a jeho podpovrchové moře.

Objev tajného oceánu Evropy „skutečně změnil způsob, jakým lidé přemýšleli o měsících,“ řekl Kivelson. A věda dala směr, aby určila, zda by cizí formy života mohly osídlit tato cizí moře, a možná přinést objev, který navždy změní naši představu o našem místě ve vesmíru.