NA MĚSÍCI BYLY NALEZENY ROZSÁHLÉ ZÁSOBY VODY

Brownovi vědci na základě družicových dat poprvé zjistili rozsáhlé množství vody v dávných explozivních vulkanických usazeninách na Měsíci, což naznačuje, že jeho nitro obsahuje značné množství původní vody. Nová studie družicových dat zjistila, že četná vulkanická ložiska rozmístěná po povrchu Měsíce obsahují neobvykle vysoké množství zachycené vody ve srovnání s okolním terénem. Nález vody v těchto starobylých usazeninách, které se pravděpodobně skládají ze skleněných kuliček vzniklých explozivním výronem magmatu pocházejícího z hlubokého měsíčního nitra, posiluje myšlenku, že měsíční půda je překvapivě bohatá na vodu.

Vědci se dlouhá léta domnívali, že nitro Měsíce je z velké části ochuzeno o vodu a další těkavé složky. To se začalo měnit v roce 2008, kdy výzkumný tým včetně geologa Alberta Saala z Brownovy univerzity zjistil stopové množství vody v některých kuličkách vulkanického skla, které byly přivezeny na Zemi z misí Apollo 15 a 17 na Měsíc. V roce 2011 další studium drobných krystalických útvarů uvnitř těchto kuliček odhalilo, že ve skutečnosti obsahují podobné množství vody jako některé bazalty na Zemi. To naznačuje, že měsíční plášť - přinejmenším jeho části - obsahuje stejné množství vody jako zemský.

„Klíčovou otázkou je, zda tyto vzorky z Apolla reprezentují většinové podmínky měsíčního nitra, nebo zda místo toho představují neobvyklé nebo možná anomální oblasti bohaté na vodu v jinak 'suchém' plášti,“ řekl Ralph Milliken, hlavní autor nového výzkumu a docent na Brownově katedře věd o Zemi, životním prostředí a planetách.

„Na základě orbitálních dat můžeme prozkoumat rozsáhlé pyroklastické usazeniny na Měsíci, z nichž nebyly nikdy odebrány vzorky při misích Apollo nebo Luna. Skutečnost, že téměř všechny z nich vykazují stopy vody, naznačuje, že vzorky z Apolla nejsou anomální, takže je možné, že převážná část nitra Měsíce je vlhká.“

Zjistit obsah vody v měsíčních vulkanických usazeninách pomocí orbitálních přístrojů není snadný úkol. Vědci používají orbitální spektrometry k měření světla, které se odráží od povrchu planety. Zkoumáním vlnových délek světla, které jsou povrchem pohlceny nebo odraženy, mohou vědci získat představu o přítomnosti minerálů a dalších sloučenin. Problémem je, že měsíční povrch se v průběhu dne zahřívá, zejména v zeměpisných šířkách, kde se nacházejí tato pyroklastická ložiska. To znamená, že kromě světla odraženého od povrchu spektrometr nakonec měří také teplo.

„Tato tepelně vyzařovaná radiace probíhá na stejných vlnových délkách, které potřebujeme použít k hledání vody,“ řekl Milliken. „Takže abychom mohli s jistotou říci, že je zde přítomna voda, musíme nejprve zohlednit a odstranit tepelně vyzařovanou složku.“ K tomu Li a Milliken použili laboratorní měření vzorků vrácených z misí Apollo v kombinaci s podrobným teplotním profilem zájmových oblastí na povrchu Měsíce. S využitím nové teplotní korekce se vědci podívali na data z přístroje Moon Mineralogy Mapper, obrazového spektrometru, který letěl na palubě indické lunární sondy Chandrayaan-1. Vědci našli důkazy o přítomnosti vody téměř ve všech velkých pyroklastických ložiscích, která byla dříve zmapována na celém povrchu Měsíce, včetně ložisek v blízkosti míst přistání Apolla 15 a 17, kde byly odebrány vzorky skleněných kuliček s obsahem vody.

„Rozložení těchto na vodu bohatých usazenin je klíčovou věcí,“ řekl Milliken. „Jsou rozprostřeny po celém povrchu, což nám napovídá, že voda nalezená ve vzorcích z Apolla není ojedinělá. Zdá se, že měsíční pyroklastika je na vodu bohatá univerzálně, což naznačuje, že totéž může platit i pro plášť.“ Myšlenka, že nitro Měsíce je bohaté na vodu, vyvolává zajímavé otázky o vzniku Měsíce. Vědci se domnívají, že Měsíc vznikl z úlomků, které zůstaly po nárazu tělesa o velikosti Marsu do Země na samém počátku historie sluneční soustavy. Jedním z důvodů, proč vědci předpokládali, že nitro Měsíce by mělo být suché, je to, že se zdá nepravděpodobné, že by vodík potřebný k tvorbě vody mohl přežít žár tohoto nárazu.

„Rostoucí počet důkazů o přítomnosti vody uvnitř Měsíce naznačuje, že voda nějakým způsobem přežila, nebo že byla přinesena krátce po dopadu asteroidy nebo kometami dříve, než Měsíc zcela ztuhl,“ řekl Li. „Přesný původ vody v měsíčním nitru je však stále velkou otázkou.“ Kromě toho, že tento výzkum vrhá světlo na historii vody v rané sluneční soustavě, může mít také důsledky pro budoucí průzkum Měsíce. Vulkanické kuličky neobsahují mnoho vody - podle vědců asi 0,05 % hmotnosti - ale ložiska jsou velká a vodu by bylo možné potenciálně získat. „Jiné studie naznačily přítomnost vodního ledu ve stinných oblastech na měsíčních pólech, ale pyroklastické depozity jsou v místech, která mohou být snadněji přístupná,“ řekl Li. „Cokoli, co pomůže budoucím průzkumníkům Měsíce ušetřit nutnost přinášet si spoustu vody z domova, je velkým krokem vpřed a naše výsledky naznačují novou alternativu.“

Hologramy by mohly odhalit známky života ve Vesmíru

V červenci vyšlo v časopise Astrobiology speciální číslo věnované hledání známek života na ledovém měsíci Saturnu - Enceladu. Je v něm zařazen článek Jaye Nadeaua a jeho kolegů z Caltechu, který dokazuje, že technika zvaná digitální holografická mikroskopie, která využívá lasery k záznamu trojrozměrných obrazů, může být naší nejlepší šancí pro odhalení mimozemských mikrobů. Od programu NASA Viking na konci 70. let minulého století žádná sonda nepátrala po mimozemském životě, tedy po skutečných živých organismech. Spíše se soustředí na hledání vody. Enceladus má spoustu vody - oceán, který se skrývá pod ledovým krunýřem pokrývajícím celý povrch. Ale i kdyby tam život v nějaké mikrobiální podobě existoval, pro vědce na Zemi je obtížné tyto mikroby ze vzdálenosti 790 milionů kilometrů identifikovat.

„Rozlišit mikroba od smítka prachu je těžší, než byste si mysleli,“ říká Nadeau,  profesor lékařského inženýrství a kosmonautiky na Oddělení inženýrství a aplikovaných věd. „Musíte rozlišovat mezi Brownovým pohybem, což je náhodný pohyb hmoty, a záměrným, samovolným pohybem živého organismu.“ Enceladus je šestým největším měsícem Saturnu a je 100 000krát méně hmotný než Země. Proto má Enceladus únikovou rychlost - minimální rychlost potřebnou k tomu, aby objekt na měsíci unikl z jeho povrchu - pouhých 239 metrů za sekundu. To je jen zlomek rychlosti v případě Země, která je něco přes 11 000 metrů za sekundu.

Enceladova malá úniková rychlost umožňuje neobvyklý jev - obrovské gejzíry, které vypouštějí vodní páru trhlinami v ledovém plášti měsíce, pravidelně tryskají do Vesmíru. Když v roce 2005 prolétala kolem Enceladu saturnská sonda Cassini, spatřila v jižní polární oblasti chrliče vodní páry, které vystřelovaly ledové částice rychlostí téměř 2 000 kilometrů za hodinu do výšky téměř 500 kilometrů nad povrch. Vědci spočítali, že v každém z těchto chocholů se každou sekundu uvolní až 250 kilogramů vodní páry. Od těchto prvních pozorování bylo zaznamenáno více než sto gejzírů. Předpokládá se, že tato voda doplňuje Saturnův membránový prstenec E, který by se jinak rychle rozplynul, a byla předmětem relativně nedávného oznámení NASA, v němž byl Enceladus popsán jako „oceánský svět“, který je nejblíže tomu, aby NASA našla místo s potřebnými složkami pro obyvatelnost.

„Voda vylétávající do vesmíru nabízí vzácnou příležitost,“ říká Nadeau. Zatímco přistání na cizím tělese je obtížné a nákladné, levnější a jednodušší možností by mohlo být vyslání sondy k Enceladu a její průchod tryskami, kde by se odebraly vzorky vody, které by případně mohly obsahovat mikroby. Pokud by se to sondě podařilo, otevřelo by to několik otázek pro inženýry, jako je Nadeau, který studuje mikroby v extrémních prostředích. Mohli by mikrobi přežít cestu v jednom z těchto proudů? Pokud ano, jak by mohla sonda odebrat vzorky, aniž by tyto mikroby zničila? A pokud by se vzorky podařilo shromáždit, jak by se daly identifikovat jako živé buňky? Problém s hledáním mikrobů ve vzorku vody spočívá v tom, že je obtížné je identifikovat.

„Nejtěžší na bakteriích je, že prostě nemají mnoho buněčných znaků,“ říká Nadeau. Bakterie mají obvykle tvar kapky a jsou vždy drobné - menší v průměru než pramen vlasu. „Někdy je velmi obtížné rozlišit je od zrnek písku,“ říká Nadeau. „Některé strategie, jak prokázat, že mikroskopická skvrna je skutečně živý mikrob, zahrnují hledání vzorů v její struktuře nebo studium jejího specifického chemického složení. Tyto metody jsou sice užitečné, ale měly by se používat ve spojení s přímým pozorováním potenciálních mikrobů,“ říká Nadeau. „Sledování vzorců a chemického složení je užitečné, ale myslím, že musíme udělat krok zpět a hledat obecnější charakteristické znaky živých věcí, jako je například přítomnost pohybu. To znamená, že když vidíte E. coli, víte, že je živá - a ne například zrnko písku - protože se pohybuje,“ říká.

V dřívější práci Nadeau navrhl, že pohyb, který vykazují mnohé živé organismy, by mohl být potenciálně využit jako spolehlivý, na chemii závislý biosignatář mimozemského života. Pohyb živých organismů lze také vyvolat nebo zesílit „krmením“ mikrobů elektrony a pozorováním jejich větší aktivity. Ke studiu pohybu potenciálních mikrobů z Enceladových výtrysků navrhuje Nadeau použít přístroj zvaný digitální holografický mikroskop, který byl upraven speciálně pro astrobiologii. Při digitální holografické mikroskopii se objekt osvětluje laserem a měří se světlo, které se od objektu odrazí zpět k detektoru. Toto rozptýlené světlo obsahuje informace o amplitudě (intenzitě) rozptýleného světla a o jeho fázi (samostatná vlastnost, kterou lze použít k určení, jak daleko světlo po rozptýlení urazilo). Na základě těchto dvou typů informací může počítač rekonstruovat trojrozměrný obraz objektu - takový, který může zobrazit pohyb ve všech třech rozměrech.

„Digitální holografická mikroskopie umožňuje vidět a sledovat i ty nejmenší pohyby,“ říká Nadeau. Navíc díky značení potenciálních mikrobů fluorescenčními barvivy, která se vážou na široké třídy molekul, jež jsou pravděpodobně indikátory života - proteiny, cukry, lipidy a nukleové kyseliny - „můžete zjistit, z čeho jsou mikrobi složeni,“ říká. Pro studium potenciální využitelnosti této technologie pro analýzu mimozemských vzorků získala Nadeauová se svými kolegy vzorky mrazivé vody z Arktidy, která je bakteriemi osídlena jen málo; ty, které jsou zde přítomny, jsou kvůli nízkým teplotám pomalé.

Pomocí holografické mikroskopie se Nadeauové podařilo identifikovat organismy s hustotou populace pouhých 1 000 buněk na mililitr objemu, což je podobné jako v nejextrémnějších prostředích na Zemi, například v subglaciálních jezerech. Pro srovnání, v otevřeném oceánu je asi 10 000 buněk na mililitr a v typickém rybníku může být 1-10 milionů buněk na mililitr. „Tento nízký práh pro detekci spolu se schopností systému rychle testovat velké množství vzorků (rychlostí asi jeden mililitr za hodinu) a jeho malým počtem pohyblivých částí jej činí ideálním pro astrobiologii,“ říká Nadeau.