Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu


Měsíce Jupitera mají víc vody než Země. Ale je jiná a pod spoustou ledu

aktualizováno 
Před pár desetiletími jsme pozemskou vodu považovali za vesmírnou anomálii. Ale jen dokud jsme nezjistili, že některé měsíce Jupitera mají možná více vody než naše planeta. Prozradilo ji magnetické pole.

Fotografie pořízená americkou sondou Galileo zachycuje povrch Jupiterova měsíce Europy. Povšimněte si nízkého počtu impaktních kráterů svědčícího o mladém stáří povrchu a sítě prasklin dokazující významné napětí v ledové kůře. | foto: NASA/JPL-Caltech/SETI Institute (volné dílo)

Země se při pohledu z vesmíru díky svému světovému oceánu jeví jako modrá planeta. Přítomnost vody nám připadá samozřejmá a všudypřítomná. Proto jsme předpokládali, že by se voda měla nacházet i na dalších tělesech sluneční soustavy. Kdysi jsme byli přesvědčeni, že pokrývá tmavé oblasti Měsíce, část povrchu Marsu nebo většinu Venuše. Zdálo se, že Země nebude ve sluneční soustavě se svým oceánem výjimečná.

S rozvojem astronomie a později s nástupem kosmických letů doznala tato představa radikální proměny. Detailní fotografie povrchu Měsíce, Marsu i Venuše doprovázené fyzikálními měřeními přesvědčivě ukázaly, že naše představy byly pouhými sny. Ani v jednom případě se totiž na povrchu těchto těles vodní oceán nepodařilo nalézt. Nakrátko tak vědeckou diskusi opanoval druhý názorový extrém – Země je ve sluneční soustavě se svým oceánem zcela osamocená.

Během posledních desetiletí prošla naše představa o výskytu kapalné vody ve sluneční soustavě dramatickou proměnou. Zatímco na počátku kosmického věku jsme sluneční soustavu viděli jako místo, kde je kapalná voda nesmírně vzácná - mysleli jsme si, že se vyskytuje pouze na jediné planetě, Zemi - tak po desetiletích ustavičného pátrání jsme zjistili, že tato představa byla naprosto chybná.

Ve sluneční soustavě se totiž nachází nejenom celá řada těles, které pod povrchem ukrývají oceány kapalné vody, ale i těles, jejichž povrch utvářela, nebo stále ještě utváří voda nebo jiná látka v kapalném stavu. Během čtyřdílného výletu do našeho vesmírného okolí a posledních desetiletí astronomie vám přiblížíme, jak se naše představy postupně zpřesňovaly. V prvním díle se zaměříme na měsíce Jupitera, kde by se vodě mohl pravděpodobně skrývat také život.

Pod povrch Europy

Jakmile nám planetární sondy umožnily poznat tělesa ve sluneční soustavě detailněji, bylo zřejmé, že řadu pozorování nejsme schopni bez existence rezervoárů kapalné vody vysvětlit, ať už se jednalo o hladký a tedy relativně mladý povrch některých ledových měsíců, stopy po dávné přítomnosti vody na Marsu, či o výtrysky krystalků vodního ledu na Saturnově měsíci Enceladu. Vše poukazovalo, že voda na těchto světech byla přítomna. A to jak v dávné minulosti, tak i v současnosti. Od 80. let 20. století tak začala převažovat představa sluneční soustavy jako místa, kde se kapalná voda (a v případě Saturnova systému i jiné kapalné látky) hojně vyskytuje. Cesta k tomuto poznání ale byla dlouhá a náročná.

Spektroskopická pozorování jednoho z velkých měsíců Jupiteru Europy provedená ze Země odhalila, že povrch měsíce musí z části utvářet vodní led. Když pak v roce 1979 proletěla v okolí Europy dvojice planetárních sond Voyager 1 a 2, čekalo nás překvapení. Povrch Europy totiž vůbec nevypadal jako povrch pozemského Měsíce či Marsu, tedy těles významně posetých impaktními krátery vzniklými srážkami s asteroidy či meteority. Namísto toho jsme spatřili, že Europu pokrývají hladké pláně narušované řadou trhlin. A byla to právě absence impaktních kráterů, která nás přivedla k poznání, že povrch musí být velice mladý. Začalo usilovné pátrání, proč tomu tak je.

Ještě před příletem Voyagerů se objevily úvahy, že pod ledovým povrchem Europy by mohl ležet rezervoár kapalné vody - a právě přítomnost oceánu by mohla vysvětlit neustálé přetváření povrchu. Od konce 80. let 20. století získávala tato hypotéza stále větší váhu. Nicméně definitivní důkaz chyběl, a to až do prosince 1995, kdy do soustavy Jupiteru vstoupila americká sonda Galileo s úkolem detailně prozkoumat obří planetu i s její rodinou měsíců. Získali jsme detailní fotografie povrchu i výsledky řady fyzikálních měření, na jejichž základě jsme nakonec byli schopni existenci oceánu na Europě potvrdit.

Sondě se totiž podařilo objevit, že Europa ve svém okolí narušuje rozsáhlé magnetické pole Jupiteru. Síla narušování přitom nebyla stále stejná, měnila se v závislosti na pozici měsíce vůči planetě. To naznačilo, že Europa nemá vlastní magnetické pole - to by totiž během oběhu bylo přibližně stále stejně silné - ale že její magnetické pole je pouze indukované. Pod ledovým povrchem měsíce se musí nacházet vrstva elektricky silně vodivého materiálu, téměř ideálního vodiče, například slané vody, ve které může magnetosféra Jupiteru způsobovat vznik indukovaných elektrických proudů vedoucích ke vzniku indukovaného magnetického pole měsíce. A jelikož je indukované magnetické pole skutečně silné, zdá se, že vrstva vodivého materiálu se musí nacházet poměrně blízko povrchu, nikoliv hluboko v nitru měsíce.

Získali jsme důkaz, že se pod povrchem měsíce nachází rezervoár kapalné vody. Nicméně jeho rozsah zůstával nejasný. Jedná se o rezervoár rozkládající se jen pod částí měsíce, nebo pod celým povrchem? Odpověď nabídl výzkum rozmístění prasklin na ledovém povrchu Europy. Abychom totiž byli schopni vysvětlit zdánlivé nespojitosti v síti prasklin, je potřeba, aby se některé části ledové krusty pootočily až o 80°. Ledová krusta nemůže být pevně přichycena ke kamenitému podloží, ale musí plout na kapalné vrstvě umožňující snadný pohyb globálního rozsahu.

Snímek povrchu Europy ve zvýrazněných barvách ukazuje bezpočet trhlina hřebenů...

Snímek povrchu Europy ve zvýrazněných barvách ukazuje bezpočet trhlin a hřebenů křižujících ledové pláně, a také rozpukanou oblast s ledovými bloky označovanou Conamara Chaos. Hnědavé skvrny mohou souviset s relativně mladým materiálem bohatým na soli, vyneseným z hlubin.

Detailní pohled na povrch Europy v oblasti s výrazně popraskanou kůrou. Zatímco...

Detailní pohled na povrch Europy v oblasti s výrazně popraskanou kůrou. Zatímco některé praskliny procházejí řadou ledových ker, jiné jsou přerušeny, což svědčí o významném posunu a pootočení ker v době vzniku.

V současnosti na základě dostupného množství tepla uvnitř měsíce předpokládáme, že pod ledovou krustou o mocnosti 10 až 30 kilometrů se rozkládá globální oceán o hloubce až sta kilometrů. Současně je možné, že v některých oblastech je ledová krusta ještě tenčí a že by voda z oceánu mohla vystupovat až k povrchu. Svědčí o tom detekce ložisek hydratovaných solí nasvědčující pronikání slané vody na povrch, ale také pozorování Hubbleova vesmírného teleskopu z roku 2014. Ten totiž zpozoroval mračno vodní páry vznášející se nad povrchem Europy, což vedlo ke spekulacím, že by mohlo pocházet z povrchu tohoto měsíce. Mohlo by se totiž jednat o materiál vyvržený zvláštním druhem sopečné činnosti, tzv. kryovulkanismem. Při něm není vyvrhována směs roztavených hornin bohatých na křemík, jak jsme tomu zvyklí ze Země, ale směs vody a solí. Existence mračen dává naději, že by podpovrchový oceán mohl být propojen s povrchem systémem puklin, takže by oceán mohl být snáz dostupný pro výzkumné roboty.

Další na sebe nenechají čekat

Europa však nebyla jediným Jupiterovým měsícem, u něhož sonda Galileo zachytila přítomnost indukovaného magnetického pole. Jeho existenci se podařilo prokázat i u Callisto, nejvzdálenějšího z Jupiterových měsíců objevených Galileem Galilei. A to byl překvapivý objev. Mysleli jsme si totiž, že měsíc Callisto tvořený směsí vodního ledu a kamení je od doby svého vzniku geologicky mrtvým a zcela zmrzlým světem.

Nicméně objev indukovaného magnetického pole tuto představu vyvrátil. Vodní led je totiž poměrně špatný vodič, takže by v něm indukované proudy vznikaly jen s velkými obtížemi. Proto podobně jako v případě Europy, i na Callisto musí být pod povrchem přítomna vrstva téměř ideálního vodiče, nejspíše směsi slané vody a nemrznoucí látky, například čpavku, umožňujícího vznik indukovaných elektrických proudů. Její mocnost musí být minimálně 10 kilometrů (ale klidně až 200 kilometrů).

Nicméně oproti Europě se zdá, že podpovrchový oceán na Callisto je téměř dokonale izolován od povrchu. Při pohledu na povrch tohoto měsíce nás totiž zaujme vysoká četnost impaktních kráterů. Zatímco na povrchu Europy je impaktních kráterů jen hrstka, povrch Callisto je jimi zcela pokryt, díváme se dokonce na jedno z nejvíce krátery posetých těles sluneční soustavy. Ve skutečnosti je četnost impaktních kráterů velká, že je blízko svému nasycení. Vznik nového kráteru by na Callisto vedl ke zničení staršího kráteru. Proto se domníváme, že povrch Callisto nebyl od doby svého vzniku před 4,5 miliardami let významně přetvořen.

Pohled na Jupiterův měsíc Callisto, nejvzdálenější z velkých měsíců objevených...

Pohled na Jupiterův měsíc Callisto, nejvzdálenější z velkých měsíců objevených Galileem Galilei. Povrch měsíce je poset takovým množstvím impaktních kráterů, že se jedná o jedno z nejvíce krátery posetých těles sluneční soustavy. To naznačuje, že povrch měsíce je prastarý. Kvůli své vzdálenosti od Jupiteru je měsíc fotografován sondami jen příležitostně, proto je fotografie složena z řady snímků o různém rozlišení.

Je tudíž nepravděpodobné, že by kapalná voda z podpovrchového rezervoáru vystupovala až na povrch ve významnějším množství. Kdyby ano, části povrchu by musely mít menší hustotu impaktních kráterů. Voda by starší krátery vyplnila či zakryla a tím povrch omladila. Současně na povrchu Callisto nevidíme síť trhlin či jiných známek tektonických procesů svědčících o jeho významnějším pohybu. Pro vysvětlení rozdílu ve vzhledu Callisto a Europy je potřeba se podívat pod povrch, konkrétně na tloušťku ledové krusty ukrývající oceán. Zatímco u Europy jsou to maximálně první desítky kilometrů, v případě Callisto je oceán ukryt pod 80 až 150 kilometrů silnou vrstvou ledu. Led je dost silný, aby uzamkl kapalnou vodu hluboko pod povrchem a nedovolil jejímu průniku na povrch.

Oceán pod povrchem skrývá i další měsíc Jupitera, Ganymed. Nicméně prokázání jeho přítomnosti bylo značně obtížnější. Měsíc Ganymed je se svým průměrem 5268 km největší měsíc ve sluneční soustavě, je dokonce větší než planeta Merkur, takže vnitřek měsíce měl dostatek tepla k vnitřní diferenciaci. Pod ledovou kůrou se zformoval nejenom horninový plášť, ale i roztavené jádro tvořené směsí železa, niklu a síry. A je to právě přítomnost roztaveného jádra, které objevení oceánu ztížilo. V železném jádře o vysoké elektrické vodivosti totiž dochází k pohybu roztaveného materiálu a vzniku elektrických proudů generujících vlastní magnetické pole měsíce. Ganymed je jediný měsíc ve sluneční soustavě s vlastním magnetickým polem. Bylo proto nesmírně obtížné určit, jestli Ganymed má vyjma vlastního magnetického pole i pole indukované.

Naštěstí se nám to s využitím Hubbleova vesmírného teleskopu podařilo. Mohli jsme totiž monitorovat projevy polárních září Ganymedu, které jsou významně ovlivňované jak magnetickým polem měsíce, tak i Jupiteru. Během pozorování jsme si povšimli, že se polární záře chovají jinak, než jsme očekávali. Rozpor se dal dobře vysvětlit, když jsme uvážili existenci nejenom vlastního magnetického pole měsíce, ale i pole indukovaného. Indukované pole je sice přibližně o řád slabší než vlastní magnetické pole měsíce, ale i tak je dostatečně silné, aby chování polárních září ovlivňovalo. Existence indukovaného magnetického pole opět přivedlo na scénu myšlenku přítomnosti podpovrchového oceánu o hloubce až 100 kilometrů tvořeného dobře vodivým materiálem, a to ne příliš hluboko pod povrchem. To znamená, že pokud je odhad hloubky oceánu správný, tak s ohledem na velikost Ganymedu je na tomto měsíci mnohem větší množství vody než na celé Zemi.

Podrobný průzkum Jupiterových měsíců ukázal, že se kapalná voda nachází v této části sluneční soustavy hojně a ve značném množství. A to je velice vzrušující zjištění. Nabízí se tak představa, že by tyto měsíce mohly představovat velice zajímavá místa, kde po případné existenci mimozemského života pátrat. Oceán kapalné vody ukrytý pod ledovou vrstvou totiž představuje příhodné prostředí, kde by mohlo dojít k jeho vzniku a následnému rozvoji. Obzvláště za situace, kdy by byl podpovrchový oceán v kontaktu s kamenitým jádrem měsíce umožňující látkovou výměnu mezi horninami a oceánem. Což je s největší pravděpodobností případ Europy. Nicméně jak si ukážeme dále, k této příhodné situaci nemusí dojít vždy a ostatní Jupiterovy měsíce mohou představovat pro život méně příhodné místo.

Led, jaký ze Země neznáme

Měsíc Ganymed i Callisto jsou sice významně větší než Europa, ale i přesto mají průměrnou hustotu menší. To ukazuje na vyšší relativní podíl vody či vodního ledu v jejich stavbě oproti Europě, která má ve vnitřních partiích poměrně velké zastoupení hornin. U Ganymedu a Callisto tak dochází ke zvláštní situaci. Podpovrchové oceány totiž nejspíše nejsou v přímém kontaktu s kamenitým pláštěm jako u Europy, ale jsou v podstatě vtěsnány mezi dvě vrstvy ledu tvořeného běžným vodním ledem a jeho vysokotlakou variantou.

Ganymed představuje největší Jupiterův měsíc a současně i největší měsíc ve...

Ganymed představuje největší Jupiterův měsíc a současně i největší měsíc ve sluneční soustavě. Jeho povrch je tvořen dvěma rozdílnými jednotkami, tmavými a světlými oblastmi. Zatímco tmavé oblasti jsou silně poseté impaktními krátery a naznačují stáří okolo 4 miliard let, světlé oblasti silně protkané prasklinami a trhlinami jsou mnohem mladší, což naznačuje výrazné přetvoření povrchu měsíce v důsledku velké produkce tepla uvnitř.

Na dně oceánů totiž působí takový tlak, že voda stlačením přejde z kapalné do pevné fáze - vysokotlakého ledu. Tento led nemá oproti běžnému vodnímu ledu hexagonální krystalickou strukturu a jeho molekuly jsou naskládané hustěji než v kapalné vodě. Nemá menší hustotu než kapalná voda, takže při přeměně nestoupá ve vodě vzhůru, ale naopak klesá. A to může mít významný dopad na vznik a rozvoj případného mimozemského života. Na dně oceánu totiž vzniká špatně propustná bariéra, čímž klesají šance na látkovou výměnu mezi horninou a kapalnou vodou.

Jsou tedy oceány Callisto a Ganymedu jen nehybné, nezajímavé masy vody uzavřené mezi silnou ledovou kůrou navrchu a vrstvou vysokotlakého ledu vespod? Určitě ne; bude zajímavé zjistit, jaké chemické cykly zde i přes izolaci kamenitého pláště od oceánu probíhají, jestli jsou oceány rozvrstvené či jestli tam probíhá aktivní proudění vodních mas způsobované nejen slapovými silami mateřské planety. O obou možných oceánech zatím víme příliš málo, nemluvě o tom, že u Callisto je nejméně jasné, zda je měsíc vnitřně diferencován na více vrstev různého složení, nebo z větší části sestává ze směsky ledu a hornin. Více by nám o nich měla počátkem 30. let tohoto století prozradit chystaná evropská sonda JUICE; nechejme se tedy překvapit.

O autorech

Mgr. Petr Brož, Ph.D., (*1984) vystudoval Přírodovědeckou fakultu Univerzity Karlovy. Pracuje jako vědecký pracovník na Geofyzikálním ústavu AV ČR v. v. i., kde se věnuje výzkumu sopečné činnosti na povrchu Marsu. Jeho specializací jsou malá sopečná tělesa vznikající při krátkodobé sopečné aktivitě. Na toto téma publikoval několik vědeckých studií v odborných geovědních časopisech (více na www.rudymars.cz).

Mgr. Julie Nováková (*1991) je členkou Laboratoře evoluční biologie na PřF UK, kde se v rámci dizertační práce věnuje evoluci vybraných znaků chování a podílí se na výuce předmětu Základy astrobiologie na Přírodovědecké fakultě UK. Kromě toho je autorkou, překladatelkou a editorkou science fiction, fantasy a detektivních příběhů (více na www.julienovakova.com).

RNDr. Tomáš Petrásek, PhD. (*1984) absolvoval Přírodovědeckou fakultu Univerzity Karlovy. Pracuje jako neurobiolog pro Akademii věd ČR a Národní ústav duševního zdraví. Je autorem knižní série Vzdálené světy i stejnojmenného webu zaměřujících se na problematiku života na jednotlivých tělesech sluneční soustavy. Je aktivním členem Kosmo Klubu. Od roku 2015 také přednáší předmět Základy astrobiologie.

Všichni tři autoři se současně věnují popularizaci geovědních oborů ve spojitosti s průzkumem sluneční soustavy.

Autor:




Hlavní zprávy




Xiaomi Mi Band 2Xiaomi Mi Band 2

Porovnejte ceny, pročtěte recenze a objednejte přímo u nás.

www.Heureka.cz

Najdete na iDNES.cz



mobilní verze
© 1999–2017 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je členem koncernu AGROFERT.