Život na Jupiteru

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?

1) Prvkové složení

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.

2) Energie

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.

3) Vznik a vývoj

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.

4) Létání

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 2,22 gramů, pro srovnání, naše atmosféra má asi 29 g a čistý vodík, nejlehčí plyn vůbec, 2 g. Tedy na Zemi jeden mol (22,4 litrů) čistého vodíku unese 27 g, zatímco na Jupiteru 0,22 g. To opravdu balony téměř vylučuje - i u nás je poměr objemu k nesené hmotnosti nepříznivý, co teprve tam! Na Saturnu je to ještě mnohem horší, Uran a Neptun jsou na tom jen o maličko lépe.

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…