Život
na Jupiteru
Tomáš
Petrásek, 2007
J
U P I T E R |
|
Poloměr |
71492 |
Hustota |
1326 |
Tíhové zrychlení |
23,12 |
Úniková rychlost |
59,55 |
Nitro planety |
Jádro z kovů a hornin, plášť z kovového
a tekutého vodíku o velkém tlaku a teplotě, velmi silná atmosféra. |
Atmosféra |
Většina vodík a helium, v menším množství
amoniak, metan, CO, PH3, NH4HS, H2S a asi
páry vody a další. |
Teplota |
Asi osmdesát kilometrů pod tropopauzou,
v tlaku cca 1MPa, je teplota na nule. Výše je chladněji a níž naopak
tepleji. |
V mnoha sci-fi povídkách i románech se setkáváme s exotickými
živočichy, kteří v hojném počtu obývají atmosféry Jupitera a Saturna. Na
první pohled by se zdálo, že jediným důvodem, proč jsou vědci ohledně života na
obrech skeptičtí, je nedostatek
fantazie. Bohužel, jsou zde i limity povahy fyzikální, které lze ve sci-fi zanedbat, ovšem reálný
organismus by se s nimi musel tvrdě potýkat.
Obří plynné planety nejsou zrovna pohostinné.
Nemají zřejmě nic, co by připomínalo pevný povrch. První kapalné vrstvy hluboko
v nitru jsou vystaveny tak
strašnému tlaku a teplotě, že jsou a asi i vždy budou člověku (i životu vůbec)
nepřístupné. Na druhou stranu se planety
podobné Jupiteru vyskytují hojně v celém vesmíru, vodíkohéliové
ovzduší je patrně nejobvyklejším typem atmosféry vůbec. Takže za pozornost
stojí – co kdyby náhodou?
Jaké problémy by jupiterský život musel
řešit?
Ovzduší Jupitera až neuvěřitelně připomíná
slavný Millerův-Ureyho pokus, laboratorní simulaci
vzniku života, avšak v nestvůrném měřítku.
Prvky, které utvářejí živou hmotu, se zde
vyskytují v neobyčejném množství. Zdrojem uhlíku by mohl být metan,
dusíkatých látek amoniak, síra je zde v podobě hydrogensulfidu
amonného (NH4HS) a fosfor, součást nukleových kyselin, ve formě fosfanu (PH3). Zachycen byl i german GeH4. Přítomny by mohly být (ve stopách)
i jiné prvky. Existuje podezření na výskyt halogenovodíků
(HF, HCl, HBr, HI)
v hlubších a teplejších vrstvách atmosféry, patrně jsou ale vychytávány
amoniakem za vzniku amonných solí (např. NH4Cl), takže
v mracích zvnějšku nebyly detekovány.
V hlubších vrstvách, kde je relativně
teplo, mohou být obrovská mračna vodních kapiček, i když asi ne všude a jejich
celkové množství je předmětem diskusí.
Tyto chemikálie jsou navzájem promíchávány,
ohřívány, sušeny či zmrazovány, podle pohybu vzdušných proudů, a jsou vystaveny
působení blesků. Tím musí vznikat neobyčejná hojnost složitějších molekul,
z nichž jsme zatím poznali jen malou část. O této rozmanitosti nepřímo
svědčí i úžasná pestrost a proměnlivost zbarvení jupiterovy oblačnosti. Je
pravděpodobné, že by z těchto surovin nějaká forma života vzniknout mohla.
Ovšem některé prvky tu prostě chybějí,
zejména
přechodné kovy (jako je železo, nikl, měď nebo zlato) a alkalické kovy (jako je
draslík, sodík apod.), protože jejich sloučeniny jsou těžké, mají vysoké body
varu a tudíž se soustředí v nitru planety.
Problémem pro život by byla zejména absence
takových látek, jako je hořčík nebo železo. Ostatně i sodík, draslík a vápník
jsou neodmyslitelnou součástí biologických roztoků. Snad – podotýkám snad – by
bylo možné získat stopová množství těžších prvků chytáním kosmického prachu, který se v malých
množstvích usazuje všude – i na Zemi v oceánech a na ledovcích, a na
Jupiteru jistě také. Získané množství by však asi nedostačovalo, jedná se
řádově o gramy na kilometr čtvereční za rok.
Mohl by se však život obejít bez kovů? Snad. Příroda je vynalézavá a třeba by
si vystačila s tím, co má k dispozici. Například alkalické kovy by mohl nahradit kationt amonný (NH4+). Koneckonců - co my víme, jak by
šlo organicky zužitkovat takové germanium?
Nejvíce by těžké prvky chyběly
v enzymatickém aparátu, kde jsou pro katalytické funkce (alespoň na Zemi)
nezastupitelné. Chlorofyl, zázračná molekula, která nám všem nepřímo umožňuje
život, obsahuje hořčík. Přenašeče v mitochondriích,
úhelný kámen našeho metabolismu, jsou závislé na železe.
Nedostatek těžkých prvků by tedy vylučoval
fotosyntézu (i anaerobní) a většinu mechanismů, kterými získáváme energii
z potravy. Mohl by bez tak důležitých funkcí existovat život hodný svého
jména? Anebo, dokázal by si poradit jinak?
Možná – podotýkám možná – ano. Barvivo bakteriorhodopsin, používané halobakteriemi,
podle mě dostupných údajů neobsahuje kovy. Dokáže však získávat energii ze
slunečního svitu – což je jedna z podmínek fotosyntézy. Takže využívat
světlo bez pomoci kovů lze. Ovšem halobakterie
nedokáží tuto energii ukládat do organických látek tak, jak to dělají rostliny.
Zdrojem uhlíkatých organických látek by pak musely být přirozeně se vyskytující
chemikálie, vznikající fotochemicky a vlivem blesků (fotoheterotrofie).
To by život umožnilo, ale ne příliš hojný a složitý.
Ovšem nelze vycházet z pozemských vzorů.
U nás je ovzduší oxidované (kyslík), rostliny v sobě vytvářejí zásobní
redukované látky (bohaté vodíkem, třeba tuky a cukry) a pro uvolnění energie je
oxidují. Živočichové umějí pouze to druhé, a jsou tedy závislí na rostlinách.
Jupiter však není Země. Tam je situace
opačná, ovzduší je velice redukované (skoro čistý H2!) a metabolismy
by měly opačný průběh, zásobní látky by byly nejspíš oxidované a energie by
vznikala jejich redukcí. Proto by jakékoli metabolické dráhy byly
nepředstavitelně odlišné od našich, a otázku, zda by se obešly bez kovů či ne,
nelze v současné době rozhodnout. Není však důvod ke striktnímu pesimismu.
Dosud otevřenou otázkou je voda. Je sice
pravděpodobné, že je přítomna, ale neví se, kolik jí je. Sestupové pouzdro
sondy Galileo totiž skoro žádnou vodu nenašlo. Na druhou stranu sonda se
atmosférou jen mihla a prozkoumala jediné, navíc zřejmě netypické místo – je
tedy možné, že se zrovna trefila do „díry“ v jinak souvislé vrstvě vodních
par a kapiček. Vyloučeno však není ani to, že voda je zde vzácná vždy a všude.
Pak by ji musel pro potřeby organismů nahradit amoniak, jenž se ovšem považuje
za méně vhodný.
Dosti podstatným nedostatkem jsou malé
možnosti fotosyntézy či něčeho podobného. Na obrech je skoro tma, vzhledem k jejich
nemalé vzdálenosti od Slunce. Problém ještě narůstá, protože život je
myslitelný jen v hlubších, teplých vrstvách, kde je Slunce navíc trvale stíněno
mraky. To tedy omezuje bohatství biosféry obrů velmi výrazně. Jupiter,
nejbližší z obrů, by snad ještě mohl splňovat požadavky nějaké velmi
nenáročné fotosyntézy, ostatní však jen těžko. Jiná situace by mohla nastat jen
u plynných planet v jiných soustavách, které jsou blíže své hvězdě.
O možnosti využívat čistě chemotrofní
metabolismus na základě přirozených organických látek v ovzduší Jupiteru není
nic bližšího známo. Myslím však, že zdroje využitelné metanogeny a
fermentujícími bakteriemi by se zde určitě našly.
Energetický zisk by však nebyl příliš
závratný. Chemickou reakcí mezi organickou látkou a vodíkem by se dala uvolnit
energie, ovšem nebylo by jí mnoho, jen zlomek energetického zisku při dýchání.
Tedy organismus, který by zkonzumoval jiný organismus či jinou potravu, by
získal sotva čtvrtinu energie, kterou by z téhož množství vydobyl na Zemi.
Vzhledem k omezeným možnostem
fotosyntézy už tak chudá biosféra by tím byla omezena na žalostné minimum,
potravní řetězce by byly krátké a asi nepříliš rozmanité.
Vznik života na Zemi se odehrál ve vodě.
Jupiter nemá moře, nemůže tam být ani nejmenší kaluž. Přinejlepším tam existují
oblačné kapénky, které mohou kdykoli spadnout do žhnoucí hlubiny. Může to vůbec
stačit? Také zde chybí pevné hmoty, tedy skály, jíly a podobné, které snad
sehrály klíčovou roli při vzniku života.
Každopádně by měl případný život na Jupiteru
či jiné obří planetě zásadní problém, jak se udržet v ovzduší nad žhnoucí
hlubinou, když nikde není pevný bod. Jako první se touto otázkou zabýval slavný
exobiolog Carl Sagan, ale
nemyslím si, že by byla uspokojivě vyřešena.
Možná, že by v atmosféře mohly být
větrem unášeny jednobuněčné bakterie, které by spoléhaly na rychlou
produkci potomstva, aby alespoň jeho část měla naději zůstat v dostatečné
výšce pro další reprodukci. Tento koncept je však podle mě sporný, protože jak
mateřská buňka, tak i potomstvo by zůstávaly víceméně v totožných
vzdušných proudech, takže by případně byly zahnány do žhavých vrstev všechny
najednou. A život by zanikl. Řada autorů je ovšem v této otázce optimisty,
soudí tedy, že náhodné unášení by bylo dostatečnou zárukou přežití, takže těžko
říci.
Vznášivé organismy na principu balonů jsou na klasických obřích
planetách skoro vyloučeny. Atmosféra je totiž složená z tak lehké směsi
plynů, že by se zde balon nejspíš neudržel. Jupiter má průměrnou molární
hmotnost
S narůstajícím tlakem klesá objem
jednoho molu plynu, což znamená, že nosnost přepočtená na litry stoupá. Ani to
však nepomůže. Na Jupiteru by však byly stejně výhodné podmínky pro vodíkový
balon jako na Zemi až při 12 MPa! Ovšem nutno
podotknout, že v takové hloubce už nejspíše panují doopravdy pekelné
podmínky co do teploty, příjemné teplo je jen asi v 0,7 – 1 MPa. To je velký tlak, ale ne dostatečně velký. Balony by
stále byly obrovské a zátěž nepatrná. Dobře to plyne z níže uvedené
tabulky. Navíc si musíme uvědomit, že s hloubkou klesá i množství
dopadajícího světla – a tedy energie.
Případné balony, které by přes všechny nesnáze chtěly na Jupiteru
létat, by musely být neuvěřitelně velké a přitom tenkostěnné. To ovšem znamená
nepohyblivé, což vede k závěru, že by se zde nevyvinuly žádné nervové
soustavy – tudíž by šlo o obry na úrovni řekněme žahavců,
nic inteligentního ani příliš zajímavého. Pro svoji křehkost a velikost by však
byli vážně ohrožováni silnými větry, bouřkami, blesky a jinými projevy počasí.
Dosti tedy pochybuji o jejich reálné existenci.
Existence horkovzdušných balonů by vyžadovala obrovský metabolický výdaj na
ohřev, a je třeba ji mít za skoro nemožnou.
Zajímavou možností by byl jakýsi aktivně ovlivňovaný pasivní let.
V tomto ohledu se nabízí celá řada možností:
·
Solární ohřev – balonový organismus by byl
zbarven co možná nejtmavěji, aby se ohříval od slunce a zdržoval by se
v co nejchladnější vrstvě, aby byl rozdíl teploty mezi „náplní“ a okolím
co možná největší, a tím se maximalizoval vztlak. Sluneční paprsky na Jupiteru
však asi nemají potřebnou sílu.
·
Aktivní využívání proudů, například:
o Změnou aerodynamiky – ve
stoupavém proudu by se organismus snažil co nejvíce zvýšit kladený odpor,
například by se zploštil, naježil srst, nebo se rozpadl na menší části. Tak by
ho vítr snáze nesl vzhůru. V klesavém proudu by se naopak snažil být co
nejaerodynamičtější, aby jej vítr strhával co možná nejméně. I když by reálný
efekt byl velmi malý, nebylo by takové opatření nijak náročné na energii, a
statisticky vzato by mohlo hodně zvýšit šanci na přežití.
o Regulací tepelné
vodivosti obalu balonu. Takový balon by se dostal do teplého proudu vzduchu,
stoupajícího z hlubin. Tam by jeho vztlak nestál za nic, neboť by okolí
bylo teplejší než náplň, ale nepadal by, neboť by jej nesl vítr směrem vzhůru.
Přitom by mohl do svého nitra propouštět teplo z okolí, nebo přímo
„větrat“ a přijímat rovnou teplý plyn.
Když by se pak dostal do oblasti proudu sestupného, který je samozřejmě
chladný, byla by najednou jeho náplň mnohem teplejší než okolí a nadnášela by
ho. Samozřejmě by se snažil co nejlépe izolovat svůj povrch, aby teplo ztrácel
co nejpomaleji. Tím by rovněž mohl alespoň v malé míře ovlivňovat svůj
osud.
Balon by v padavém proudu mohl – jako nástroj poslední záchrany – zapojit
alespoň krátkodobě i metabolický ohřev náplně.
Je ovšem otázka, zda by tyto pomocné postupy
mohly existenci organismů na Jupiteru skutečně alespoň trochu zabezpečit, nebo
ji činí jen o něco méně nemožnou.
Aktivní letci, něco jako „ptáci,“ jsou
evolučně dost složití. Zůstává tady velká vývojová mezera mezi bakterií a
ptákem, kterou nelze skokem překlenout, a nelétající mnohobuněčný život jakožto
nutný(?) mezičlánek nemůže na obrech existovat. A cesta od balonů – už tak dosti
nepravděpodobných – k ptákům je též
dosti spletitá. Pták každopádně potřebuje enormní zdroje energie, a ty
na Jupiteru podle mého názoru nejsou.
A. C. Clarke
zpopularizoval verzi, podle níž na Jupiteru existují částečně pevná prostředí v podobě pěnových útvarů o rozloze
kontinentů, která by mohla hostit život podobné - tedy pěnové a blanité -
konzistence. To samozřejmě nelze vyloučit, ale zatím ani potvrdit. Prudké větry
a divoké bouře ovšem znamenají velký otazník za stabilitou takových křehkých útvarů,
stejně jako éterických bytostí z membrán a plynů.
Narazil jsem i na úvahu, podle níž za Rudou
skvrnu na Jupiteru může obrovský ledovec amoniaku, plovoucí na vrstvách
stlačeného kapalného vodíku. Špička tohoto ledovce by podle této verze sahala
značně vysoko a narušovala tak proudění v atmosféře za vzniku obrovských
vírů - rudé skvrny. Pak by na vrcholku tohoto ledovce mohl existovat život
z pevné hmoty. Celá teorie se však nezdá příliš pravděpodobná (v dolních
vrstvách Jupitera je příliš horko na čpavkový led) a za představou „tučňáků“ a
„ledních medvědů“, poskakujících po vrcholcích obrovské hory amoniakového ledu
tedy musím udělat velký otazník.
Takže se zdá, že život by mohl vzniknout a
rozvinout se pouze na plynných planetách více či méně odlišných od Jupitera a
ostatních v naší sluneční soustavě, ačkoli bych byl velmi potěšen, kdyby
se prokázal pravý opak.
http://www.daviddarling.info/encyclopedia/J/Jupiterlife.html
Vodíkové balonové vznášivky -
minimální rozměry. Tlak na Zemi = 1,00E+05 Pa. Ve všech případech byla uvažována konstantní teplota 27 stupňů. |
||||||
Atmosféra g/mol |
Nosný plyn g/mol |
Tlak/Pa |
Vztlak na litr |
Obal g/cm2 |
Průměr/m |
/cm |
Jupiterova atmosféra |
||||||
2,22 |
2 |
1,00E+05 |
-0,01 |
0,03 |
183,66 |
|
2,22 |
2 |
1,00E+06 |
-0,10 |
0,03 |
18,37 |
|
2,22 |
2 |
2,00E+06 |
-0,20 |
0,03 |
9,18 |
|
2,22 |
2 |
5,00E+06 |
-0,49 |
0,03 |
3,67 |
|
2,22 |
2 |
1,00E+07 |
-0,98 |
0,03 |
1,84 |
|
2,22 |
2 |
1,20E+07 |
-1,18 |
0,03 |
1,53 |
|
2,22 |
2 |
1,50E+07 |
-1,47 |
0,03 |
1,22 |
|
Vzduch |
||||||
29 |
2 |
1,00E+05 |
-1,20 |
0,03 |
1,50 |
149,65 |
29 |
2 |
1,00E+06 |
-12,03 |
0,03 |
0,15 |
14,97 |
29 |
2 |
2,00E+06 |
-24,06 |
0,03 |
0,07 |
7,48 |
29 |
2 |
5,00E+06 |
-60,14 |
0,03 |
0,03 |
2,99 |
29 |
2 |
1,00E+07 |
-120,28 |
0,03 |
0,01 |
1,50 |
29 |
2 |
1,20E+07 |
-144,33 |
0,03 |
0,01 |
1,25 |
29 |
2 |
1,50E+07 |
-180,42 |
0,03 |
0,01 |
1,00 |
CO2 |
||||||
44 |
2 |
1,00E+05 |
-1,87 |
0,03 |
0,96 |
96,20 |
44 |
2 |
1,00E+06 |
-18,71 |
0,03 |
0,10 |
9,62 |
44 |
2 |
2,00E+06 |
-37,42 |
0,03 |
0,05 |
4,81 |
44 |
2 |
5,00E+06 |
-93,55 |
0,03 |
0,02 |
1,92 |
44 |
2 |
1,00E+07 |
-187,10 |
0,03 |
0,01 |
0,96 |
44 |
2 |
1,20E+07 |
-224,52 |
0,03 |
0,01 |
0,80 |
44 |
2 |
1,50E+07 |
-280,65 |
0,03 |
0,01 |
0,64 |
Poznámka: Obal balonu, vážící 0,03 g/cm2 odpovídá
svojí tloušťkou asi tak listu běžné rostliny. Balon s tak tenkým obalem by
nemohl být velký, jinak by jej rozerval vítr. Mnohametrové koule, které
vycházejí pro Jupiter (myslitelný tlak je jen asi hodnota 2,00E+06 či menší,
ve větší hloubce panuje strašný žár) jsou tedy skoro nemožné. Přitom uvedený průměr je minimální, takový balon by unesl jen
obal a nic dalšího. Představu o nesnadnosti létání na Jupiteru si tedy udělejte
sami… |