V atmosféře Venuše byly nalezeny možné stopy života, oznámili astronomové

Mezinárodní tým astronomů oznámil objev vzácné molekuly – fosfanu – v oblacích planety Venuše. Na Zemi tento plyn vzniká ve větším množství pouze průmyslově nebo činností mikroorganismů žijících v prostředí bez kyslíku. Vědci po desetiletí spekulují o tom, že horní patra oblačnosti na planetě Venuši by mohla poskytovat domov mikroorganismům volně poletujícím vysoko nad rozpáleným povrchem – ovšem za cenu tolerance k vysoké kyselosti okolního prostředí. Detekce fosfanu by mohla ukazovat na přítomnost takového mimozemského atmosférického života.

„Když jsme uviděli náznak přítomnosti fosfanu ve spektru Venuše, byl to pro nás šok,“ říká vedoucí týmu Jane Greavesová z britské Cardiff University, která si jako první povšimla nenápadné spektrální čáry zaznamenané při pozorováních provedených pomocí teleskopu JCMT (James Clerk Maxwell Telescope, který provozuje havajská East Asian Observatory).

Potvrzení tohoto objevu však vyžadovalo použití ještě citlivějšího zařízení – pětačtyřiceti antén radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) v Chile, jehož evropským partnerem je ESO. Obě pozorování Venuše byla provedena na vlnové délce elektromagnetického záření asi jeden milimetr, tedy mnohem delší, než má viditelné světlo, na které je citlivé lidské oko. Z povrchu Země je možné toto záření efektivně pozorovat pouze teleskopy umístěnými ve vysoké nadmořské výšce.

Mezinárodní tým, který je složen z vědců ze Spojeného království, Spojených států a Japonska, odhaduje, že fosfan (plyn složený z vodíku a fosforu) se v oblacích Venuše vyskytuje v malých koncentracích – pouze asi 20 molekul z miliardy. Vědci na základě svých dat provedli výpočty, aby zjistili, zda pozorované množství fosfanu může pocházet z přirozených nebiologických procesů probíhajících na planetě. Uvážili řadu možností včetně vlivu slunečního záření, minerálů vyzdvižených prouděním z povrchu, vulkanické činnosti nebo blesků, ale žádný ze zkoumaných procesů nedokáže ani zdaleka produkovat fosfan v požadovaném objemu. Ukázalo se, že známé nebiologické zdroje jsou schopné dodat nanejvýš jednu desetitisícinu pozorovaného množství.

Jak uvádějí členové vědeckého týmu, aby pozemské organismy vytvořily množství fosfanu, jaké na Venuši pozorujeme, stačilo by, aby pracovaly asi jen na 10 procent své maximální produktivity. Je známo, že bakterie na Zemi tento plyn produkují: z minerálů nebo biologického materiálu přijímají fosforečnany (fosfáty) i vodík a nakonec vylučují fosfan. Jakékoliv organismy na Venuši by se pravděpodobně značně odlišovaly od svých příbuzných na Zemi, ale stejně jako na naší planetě by i na Venuši mohly být producentem fosfanu přítomného v atmosféře.

Jakkoli se objev fosfanu v oblacích Venuše může zdát překvapivý, vědci jsou si svým pozorováním jisti. „Velmi se nám ulevilo, ale podmínky na stanovišti ALMA v době, kdy byla Venuše ve vhodné pozici vzhledem k Zemi, byly pro následná pozorování velmi dobré. Zpracování dat však bylo poněkud obtížné. ALMA totiž obvykle nepozoruje jemné efekty u velmi jasných zdrojů, jakým je Venuše,“ popisuje členka týmu Anita Richardsová z University of Manchester.

„Nakonec jsme zjistili, že obě observatoře skutečně zaznamenaly totéž – slabou absorpční čáru na správné vlnové délce příslušící fosfanu. Molekuly jsou osvětlovány zespodu teplejšími oblaky ležícími níže,“ dodává Greavesová, vedoucí studie publikované v prestižním vědeckém časopise Nature Astronomy.

Potvrzení přítomnosti „života“ vyžaduje mnoho další práce

Další členka týmu Clara Sousa-Silvaová  z americké Massachusetts Institute of Technology k objevu doplňuje: „Vyvstává řada otázek, především, jak by tam mohly nějaké organismy přežít. Na Zemi mohou někteří mikrobi snést asi až pět procent kyseliny v okolním prostředí, ale oblaky na Venuši tvoří prakticky pouze kyselina.“

Ačkoliv teplota ve vysokých vrstvách oblačnosti Venuše se pohybuje kolem 30 stupňů Celsia, jedná se o neuvěřitelně kyselé prostředí – oblaka tvoří z 90 % kyselina sírová, což představuje vážný problém pro jakýkoliv mikroorganismus, který by zde chtěl přežít.

Členové týmu se domnívají, že jejich objev je skutečně významný, protože jsou schopni vyloučit řadu alternativních způsobů tvorby fosfanu. Na druhou stranu uznávají, že potvrzení přítomnosti „života“ vyžaduje mnoho další práce.

Leonardo Testi, astronom ESO a manažer operací evropské části projektu ALMA (na této studii se nepodílel), objev komentuje: „Nebiologická produkce fosfanu na Venuši je na základě našeho současného chápání fosfanové chemie v atmosférách kamenných planet v podstatě vyloučena. Potvrzení existence života v atmosféře Venuše by však byl opravdový průlom v astrobiologii. Proto je nezbytné prověřit tento vzrušující výsledek teoreticky i pozorováním a vyloučit možnost, že fosfan může mít na kamenných planetách i odlišný chemický původ, než je tomu na Zemi.“

Další pozorování Venuše i kamenných exoplanet mimo Sluneční soustavu, také pomocí budoucího obřího dalekohledu ELT (Extremely Large Telescope), by mohla pomoci najít odpověď na otázku, jak zde může fosfan vznikat, a přispět tak ke hledání známek života mimo planetu Zemi. 

Fosfan a život

Fosfan, dříve známý také jako fosforovodík, je sloučenina fosforu a vodíku, jak starší pojmenování výstižně napovídá. Má vzorec PH3. Vznik fosfanu rozkladnými procesy v přírodě je otázka, kterou vědci řeší už od 20. let 20. století.

„V roce 1940 byla publikována práce, ve které byla učiněna domněnka, že spontánní záblesky ohňů na hřbitovech, v bažinách a podobně jsou způsobeny samovznícením fosfanu. Definitivní důkaz byl přinesen v roce 1988, kdy byl jednoznačně detekován fosfan v plynech v čistírnách odpadních vod,“ uvedl vedoucí Oddělení spektroskopie Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd Martin Ferus.

V přírodě se fosfan vyskytuje buď ve volné formě, nebo vázané. Bakterie ho produkují například redukcí kyseliny fosforečné v procesech fermentace za nepřístupu vzduchu. V laboratoři bylo prokázáno, že toho je schopná celá řada bakterií – například Escherichia coli, Salmonella gallinarum, Salmonella arizonae, Clostridium sporogenes, Clostridium acetobutyricum nebo Clostridium cochliarium. Je dokonce možné, že se tyto baktarie zároveň v přírodě podílí i na procesech vzniku metanu.

Planeta, kde prší kyselina

„Na Venuši se možná zóna života nachází někde mezi 47,5 až 50,5 kilometru, kde teploty dosahují 60 stupňů Celsia a atmosférický tlak jeden bar,“ popisuje Ferus.

O mikrobech žijících v atmosféře Venuše se spekuluje už dlouho, až doposud ale chyběly silnější důkazy. Například slavný astronom Carl Sagan se v práci publikované v roce 1963 pokoušel existencí mikrobů v atmosféře vysvětlit dodnes uspokojivě nevysvětlenou absorpci UV záření ve Venušiných mracích.

Řez atmosférou Venuše. Zelená čára ukazuje atmosférický tlak v dané výšce nad povrchem, červená čára pak teplotu. Na povrchu tlak dosahuje 90 barů a teplota 464 stupňů. Ve výšce kolem 50 km je atmosférický tlak stejný jako na Zemi a teplota 60 stupňů. Za takových podmínek by bylo přežití mikrobů možné. Byly by však obklopeny oblaky koncentrované kyseliny sírové.

Zdroj: Martin Ferus, Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR
 

Atmosféra Venuše byla naposled podrobně zkoumána v polovině 80. let. Mezi lety 1981 až 1985 na planetě přistály sovětské sondy série Venera. V roce 1985 mise přistávacích modulů doplnily také balonové lety taktéž sovětských sond Vega 1 a 2. Od té doby se výzkum Venuše omezil pouze na družice pohybující se po orbitě kolem planety. V roce 1989 k Venuši dorazila družice Magellan (NASA) a v roce 2006 evropská družice Venus Express.

Na Venuši se vyskytuje fosfor ve formě oxidu fosforitého P4O6. Tato látka je pro pozemské organismy jedovatá. Má teplotu varu 173 stupňů, a tak se v horké atmosféře Venuše vyskytuje v plynné formě. V atmosféře reaguje s kyselinou sírovou za vzniku kyseliny fosforečné a oxidu siřičitého. Kapičky kyseliny pak klesají do hustých a horkých vrstev atmosféry, odštěpují vodu a dochází ke vzniku suchého oxidu fosforečného. Nejvíce sloučenin fosforu se nalézá ve výškách 51 až 47 kilometrů nad povrchem.

Co když to není život?

Život nemusí být jediným vysvětlením existence fosfanu na Venuši. Mohlo by se také jednat o výsledek nějakého procesu, který zatím vědci z pevných planet neznají.

Je to sice hypotéza méně vzrušující, ale připouští ji i Ferus. Podle něj existují reakce, které by teoreticky vznik fosfanu mohly vysvětlovat: „Je možné, že některé z těchto reakcí nebyly uváženy, anebo je chemie fosforu v atmosféře Venuše tak málo probádaná (což je fakt), že zatím není možné to zahrnout do chemických modelů atmosféry a tím pádem nelze prokazatelně vysvětlit ani původ fosfanu,“ míní.

„Fosfan může pocházet například z reakcí fosfidů s kyselinou sírovou v atmosféře Venuše. Fosfidy by mohly pocházet například z nedávného náhodného impaktu asteroidu nebo z těles meteoroidů vstupujících denně do atmosféry Venuše. V meteoritech byl fosfor nalezen právě v reaktivních fosfidech kovů, například barringeritu nebo schreibersitu,“ upozorňuje vědec.

Fosfan se také nachází v atmosférách velkých plynných planet, jejichž hlavní atmosférickou složkou je vodík a pro jejichž chemii jsou tak velmi typické jeho sloučeniny, tedy hydridy, jakým je právě fosfan, ale také methan a uhlovodíky, čpavek a hydrazin. Tam ale s existencí života spojován není. 

Podle Feruse se o fosfanu jako o látce, která by mohla naznačovat přítomnost života, mluví mezi astrochemiky a astrobiology už déle. Ucelenou studii na toto téma ale publikovala až letos Clara Sousa-Silvaová z MIT v časopise Astrobiology. Studovalo se hlavně to, jestli by ho život na exoplanetě mohl vyprodukovat dost na to, aby ho zachytily nějaké pozemské přístroje. Právě dokončovaný vesmírný dalekohled Jamese Webba by měl fosfan umět zachytit.

„Pokud zařadíme fosfan mezi seznam markerů života, bude nutno vždy podrobně prostudovat chemii dané planety. Zatím nelze obecně paušalizovat, že jestliže někde najdeme nějakou chemikálii, automaticky to znamená průkaznou existenci života. Spíše bude potřeba ucelený soubor důkazů zahrnujících typ planety, podmínky na ní panující i chemické složení atmosféry a právě zde chemické látky jako fosfan, ale i methan, kyslík, fosfor a další, budou hrát nezastupitelnou úlohu,“ dodává Ferus.