Nová analýza dat z mise Cassini ukazuje, že pod povrchem Titanu se místo souvislého oceánu nachází složitá síť vodních kapes, tunelů a ledové kaše. Tento objev mění představy o obyvatelnosti měsíce – a otevírá dveře nové formě života.
Titan byl po léta jedním z nejslibnějších míst ve sluneční soustavě pro ty, kteří snili o nalezení života mimo Zemi. Pod jeho ledovou kůrou se podle všeobecně rozšířené hypotézy nacházel globální oceán kapalné vody, hluboký a tichý, chráněný před extrémním chladem vesmíru. Tato představa dobře zapadala do toho, co bylo objeveno na jiných ledových měsících, jako je Jupiterova Europa a Saturnův Enceladus, kde se skutečně zdá, že se pod ledem nachází souvislý oceán. Nový přehled dat z mise Cassini však naznačuje, že v případě Titanu byl tento obraz možná příliš optimistický… a příliš jednoduchý.
Pečlivá analýza pozorování provedených před více než deseti lety ukazuje, že Titan, největší Saturnův měsíc, pod svým povrchem neskrývá rozsáhlý souvislý oceán. Místo toho by cesta dovnitř vedla k mnohem složitějšímu a bizarnějšímu světu, jemuž dominují ledové příkrovy, které se postupně mění v pastovité oblasti, bahenní tunely a kapsy tající vody v blízkosti skalnatého jádra. Namísto jednolitého „vnitrozemského moře“ by se jednalo o jakýsi labyrint kanálů, štěrbin a zásobáren kapaliny uvězněných v ledové matrici, připomínající spíše obří zmrzlý vodonosný systém než otevřený oceán.
„Místo otevřeného oceánu jako na Zemi se pravděpodobně díváme na něco, co se spíše podobá arktickému mořskému ledu nebo akviferovým systémům,“ vysvětluje Baptiste Journaux, profesor věd o Zemi a vesmíru na Washingtonské univerzitě a vedoucí studie publikované v časopise Nature. Tento rozdíl není zanedbatelný. Přímo ovlivňuje typ života, který by zde mohl existovat, ale také dostupnost živin, energie a příznivých chemických podmínek. Globální oceán má tendenci vše rozředit; roztříštěný systém vodních kapes může koncentrovat klíčové složky a vytvářet velmi odlišná „zákoutí“ potenciálně obyvatelného mikroprostředí.
Abychom pochopili, proč je tato změna prostředí tak důležitá, stojí za to připomenout si, čím je Titan tak výjimečný. Je to jediný měsíc ve sluneční soustavě s hustou atmosférou, hustší dokonce než pozemská, složenou převážně z dusíku a metanu. Na jeho povrchu se nacházejí řeky, jezera a moře, ale nikoli z vody, nýbrž z kapalných uhlovodíků, především metanu a etanu, které prší z oranžových mraků a tvoří skutečný „hydrologický“ metanový cyklus. To vše se odehrává při teplotě kolem -180 °C, při které je voda tvrdá jako kámen a metan se chová jako voda na Zemi. Pod touto ledovou kůrou se dlouhá léta předpokládalo, že se zde musí skrývat oceán kapalné vody, který je napájen vnitřním teplem Měsíce.
Původní myšlenka na oceán vznikla na základě pozorování, jak se Titan při oběhu kolem Saturnu mírně deformuje. Jeho eliptická trajektorie způsobovala, že se měsíc pod gravitační silou planety roztahoval a stlačoval, což se zdálo naznačovat přítomnost kapalné vrstvy pod kůrou. „Zcela zmrzlý měsíc by se tolik nedeformoval,“ připomíná Journaux. Tato úvaha po léta podporovala hypotézu globálního oceánu, v souladu s tím, co bylo u jiných ledových měsíců odvozeno z takzvaných „přílivů a odlivů pevného tělesa“: malých periodických deformací, které prozrazují přítomnost měkčích nebo tekutých vnitřních vrstev.
Něco však tak docela nesedělo. Když vědci modelovali vnitřek Titanu za předpokladu existence takového oceánu, výsledky neodpovídaly fyzikálním vlastnostem odvozeným ze skutečných dat: hustotě, momentu setrvačnosti, slapové odezvě a především množství energie, která se zřejmě rozptýlí uvnitř. Klíčem byl nenápadný, ale rozhodující detail: čas.
Titan nereaguje na gravitační přitažlivost Saturnu okamžitě. Jeho deformace se zpožďuje asi o patnáct hodin, jako by jeho nitro kladlo odpor, podobně jako míchání medu trvá déle než míchání vody. Toto zpoždění umožnilo vědcům vypočítat, kolik energie se rozptýlí uvnitř měsíce při změně jeho tvaru. A výsledek byl nečekaný. Nikdo neočekával tak silný rozptyl energie uvnitř Titanu,“ dodává Flavio Petricca z Laboratoře proudového pohonu NASA a spoluautor studie. Byl to definitivní důkaz, že jeho nitro je jiné, než se dosud předpokládalo.“ Jinými slovy: Titanův vnitřek se chová jako něco mnohem viskóznějšího a složitějšího než jen tekutý oceán pod vrstvou ledu.
Nejdůslednější vysvětlení ukazuje na méně tekutý a viskóznější interiér, v němž převládá hustá směs ledu a vody. Tato ledová „kaše“ je dostatečně tuhá, aby vysvětlila zpoždění deformace, ale stále obsahuje vodu, což Titanu umožňuje, aby nadále reagoval na gravitační síly. Namísto ostré hranice mezi pevným ledem a kapalnou vodou by zde byl postupný přechod: led pod vysokým tlakem, částečně roztavené vrstvy, sněhové kanály a dále dolů oblasti, kde se voda hromadí v podobě kapalných kapes v kontaktu se skalním jádrem.
Studie se opírá o mimořádně přesná měření rádiových signálů vysílaných sondou Cassini během jejích průletů, kombinovaná s experimentálními údaji o tom, jak se voda a led chovají při extrémních tlacích. Sonda Cassini, která obíhala kolem Saturnu v letech 2004-2017, opakovaně prolétla v blízkosti Titanu a velmi podrobně měřila jeho gravitační pole a drobné změny jeho dráhy. Z těchto nepatrných změn rychlosti sondy byli vědci schopni rekonstruovat, jak je rozložena hmota v nitru měsíce.Vrstva vody na Titanu je tak silná a tlak tak intenzivní, že se mění fyzikální vlastnosti vody,“ říká Journaux. Voda a led se chovají zcela jinak než zde.
V těchto hloubkách může voda nabývat exotických forem známých jako vysokotlaké ledy (např. led VI nebo led VII), což jsou krystalické struktury, které se na povrchu Země přirozeně nevyskytují. Tyto ledy jsou hustší než kapalná voda a mohou vytvářet vrstvy, které obklopují vnitřní oceán nebo se s ním mísí. Laboratorní experimenty a numerické simulace ukázaly, že pod tlakem desítek tisíc atmosfér se voda může stát překvapivě viskózní, téměř jako pasta, a že stačí malé změny teploty, aby se otevřely kanály a dutiny, kde se kapalina dočasně hromadí. Právě v tomto kontextu dávají vodní „kapsy“ a „tunely“ popsané v novém modelu Titanu smysl.
Tento nový scénář zdaleka nezavírá dveře životu, ale dokonce jej činí pravděpodobnějším. Místo rozsáhlého zředěného oceánu by kapsy sladké vody uvězněné v ledu mohly dosahovat teploty až 20 stupňů Celsia. V menším objemu by byly živiny koncentrovanější, což by mohlo usnadnit vznik jednoduchých organismů. Přerušovaný kontakt vody se skalnatým jádrem Titanu by navíc mohl vyvolat energeticky bohaté chemické reakce podobné těm, které pozorujeme v hydrotermálních průduších na dně pozemských oceánů. „Rozšiřuje to škálu prostředí, která bychom mohli považovat za obyvatelná,“ shrnuje Ula Jones, spoluautorka studie.
Tento posun v perspektivě má také vliv na to, jak chápeme obyvatelnost slu neční soustavy obecně. Po celá léta se hledání života soustředilo na velké, souvislé podpovrchové oceány, jaké se předpokládají například na Europě nebo Enceladu. Nyní Titan naznačuje, že pro obyvatelné prostředí není nutný globální oceán: postačí sítě vodonosných vrstev, štěrbin a dutin, kde se dostatečně dlouho setkávají kapalná voda, horniny a organické molekuly. Je to sice roztříštěnější scénář, ale také rozmanitější, s mnoha různými „mikrohabitaty“ na jednom světě.
A na Titanu není o ingredience nouze. Jeho atmosféra a povrch jsou plné složitých organických molekul, které vznikají, když ultrafialové světlo ze Slunce a energetické částice Saturnu rozkládají metan a dusík, které se pak rekombinují do stále delších řetězců. Sonda Huygens, která sestoupila na povrch Titanu v roce 2005, již detekovala organické sloučeniny v půdě a data sondy Cassini odhalila mlhy a aerosoly bohaté na uhlovodíky a nitrily, z nichž některé jsou považovány za prekurzory aminokyselin a dalších biologických molekul. Pokud tyto látky proniknou dovnitř puklinami a zlomy, mohly by se nakonec smísit s kapalnou vodou ve vnitřních kapsách a vytvořit potenciálně zajímavou chemickou polévku pro život.
Srovnání se Zemí je nevyhnutelné. Pokud se na Titanu někdy objeví život, pravděpodobně nepůjde o tvory plovoucí v podzemních mořích. Spíše by mohl připomínat pozemské polární ekosystémy, přizpůsobené k přežití v extrémních podmínkách, ve štěrbinách, ledových kanálech a efemérních úkrytech tekuté vody. Například v Antarktidě žijí mikrobiální společenstva ve slaných vodních vrstvách uvězněných mezi ledovými krystaly nebo v subglaciálních jezerech pohřbených pod kilometry ledu. Něco podobného by se mohlo odehrávat i na Titanu, i když s radikálně odlišným chemickým složením a teplotou. Titan zůstává zvláštní, fascinující a slibný, ale nyní víme, že jeho vnitřní svět není tichý oceán, ale viskózní, proměnlivá krajina, kde se i voda chová způsobem, kterému teprve začínáme rozumět.
Tento nový portrét nitra Titanu přichází v klíčovém okamžiku. NASA připravuje misi Dragonfly, přistávacího dronu, který, pokud vše půjde podle plánu, odstartuje v roce 2028 a k Titanu dorazí v roce 2030. Jejím hlavním cílem bude prozkoumat povrch a atmosféru, podrobně analyzovat složení organických materiálů a hledat stopy po prebiotických procesech, tj. chemických látkách, které by mohly vést ke vzniku života. Ačkoli Dragonfly nebude schopna provrtat se kilometry ledu, aby se dostala do nitra, její měření pomohou zpřesnit modely komunikace povrchu, kůry a vnitřních vrstev. Každá nová informace o hustotě, struktuře terénu nebo dynamice atmosféry poslouží k ověření obrazu „kašovitého nitra“, který nyní navrhuje Journauxův tým.
Souběžně s tím laboratoře na Zemi pokračují v malém měřítku v rekonstrukci nemožných podmínek na Titanu: obrovských tlaků, mrazivých teplot a směsí vody, solí a organických sloučenin, které procházejí cykly mrznutí a tání. Cílem je zjistit, jak stabilní mohou být tyto kapalné vodní kapsy, jak dlouho mohou vydržet a jaký druh chemie se v nich může skrývat. Protože hlavní otázka nakonec zůstává stejná: může vzniknout a udržet se život ve světě, kde se voda skrývá v tunelech a efemérních loužích, pohřbená pod krustou zmrzlého metanu?
Odpověď je zatím opatrná: nevíme, ale Titan se stal ještě zajímavějším. To, co bylo po desetiletí prezentováno jako „ledové dvojče“ oceánských světů, by ve skutečnosti mohlo být přirozenou laboratoří pro studium alternativních forem obyvatelnosti, kde by si život – pokud existuje – musel razit cestu v roztříštěném, temném a viskózním prostředí. Připomínka toho, že ve sluneční soustavě jsou výjimky často objevnější než pravidla.