Życie w Układzie Słonecznym (4): Tytan. Jedyny taki świat

Ma znaleźć odpowiedź na jedno, zasadnicze pytanie. Czy na księżycu, który ma wszystko, czego potrzeba dla powstania życia, coś faktycznie jest? A to, co wiemy o Tytanie, jest tak zachęcające, że absolutnie nie można wykluczyć, iż Anno Domini 2034 będzie momentem, kiedy przekonamy się, że nie jesteśmy sami. 

Mgła tajemnic

Tytan pozostawał enigmą niemal od momentu jego odkrycia. 25 marca 1655 r. holenderski astronom Christiaan Huygens pozazdrościł sławy Galileuszowi, który odkrył wielkie księżyce Jowisza, i skierował swój teleskop na Saturna. Tytan był pierwszym księżycem, który zobaczył. 

Od początku jasne się stało, że Tytan jest wyjątkowy. I nie chodzi nawet o to, że jest ogromny – nieco większy od Merkurego. Spowity gęstą, pomarańczową mgłą glob jest jedynym księżycem posiadającym solidną atmosferę. Podobnie jak w przypadku Wenus, atmosfera ta skutecznie utrudniała jednak astronomom poznanie sekretów satelity Saturna. 

Nawet przelot sond Pioneer 11 oraz Voyager 1 i 2, które odwiedzały Saturna między 1979 a 1981 r. nie powiedział nam wiele. Naukowcy dowiedzieli się jedynie, że Tytan jest niezwykle zimny – na jego powierzchni panuje temperatura ok. minus 180 stopni Celsjusza. Ale to wystarczająco ciepło, by istniały tam jeziora ciekłego metanu. 

Ocean ropy

Na kolejną szansę, by z bliska przyjrzeć się tajemniczemu księżycowi, naukowcy musieli poczekać 23 lata. Było warto.

Obraz

Sonda Cassini dotarła na orbitę Saturna 1 lipca 2004 r. Przez kolejnych 13 lat spotykała się z Tytanem niemal co miesiąc. Analizowała jego atmosferę, badała cykle pogodowe, wykonała wreszcie setki precyzyjnych pomiarów jego powierzchni za pomocą radaru, który był w stanie przebić się przez nieprzezroczystą mgłę. A w 2005 r, wysłała na jego powierzchnię lądownik Huygens. Pracował na powierzchni zaledwie półtorej godziny. Ale to wystarczyło, by zupełnie zmienić to, jak postrzegamy ten świat. 

Tytan okazał się niezwykle złożony i geologicznie żywy. Jego powierzchnię spowijają wielkie, piaszczyste pustynie, lodowe góry i – co najbardziej uderzające – sieć  jezior i mórz. Jedynych znanych nam poza Ziemią.

Obraz

Malownicze akweny wypełnione są nie wodą, ale metanem i etanem. Metan na Tytanie tworzy cykle podobne do tych, jakie na Ziemi przechodzi woda – paruje, tworzy chmury, spada na powierzchnię pod postacią deszczu i ponownie spływa do mórz strumieniami i rzekami, które rzeźbią krajobraz. 

„Nie ma w Układzie Słonecznym drugiego takiego miejsca – mówi Catherine Neish z Europejskiej Agencji Kosmicznej, która współpracuje z Amerykanami przy misji Dragonfly. – Tytan ma piasek, ma pogodę, pod tym względem nie różni się niczym od Ziemi. Po prostu wszystkie składniki są inne”.

Dziwna chemia

Jeśli na powierzchni czy w morzach Tytana istnieje życie, to jest ono dziwniejsze niż wszystko, co znamy z Ziemi. Aby poradzić sobie w mrozie, musiałoby korzystać z zupełnie innych niż nasze związków chemicznych. Na przykład z ciekłego metanu w miejsce wody.

Ekstremalne warunki panujące na powierzchni Tytana rodzą bowiem szereg chemicznych problemów, które dla naszej biochemii byłyby nie do przeskoczenia. Zasadniczym z nich jest problem „opakowania”. Wszystkie istniejące dziś na Ziemi komórki otoczone są błonami zbudowanymi z cząsteczek tłuszczów. Część naukowców uważa, że powstanie błon komórkowych było pierwszym krokiem na drodze do powstania życia na Ziemi.

Tworzące je lipidy łączą się i tworzą membranę, bo jedne części ich cząsteczek przyciągają cząsteczki wody, podczas gdy inne je odpychają. Ta interakcja jest kluczowa, ale na powierzchni Tytana nie ma ciekłej wody, z którą lipidy mogłyby wchodzić w interakcje. 

Naukowcy z Uniwersytetu Cornella wykazali jednak w 2015 r., że protokomórki mogłyby wykorzystać inną chemiczną sztuczkę. Zamiast lipidów sięgnąć po cząsteczkę znaną jako akrylonitryl. Jego właściwości pozwolą jednej cząsteczce przyciągać drugą, tworząc membranę, która nawet w warunkach panujących na Tytanie pozostaje szczelna, ale elastyczna. Dwa lata później obserwatorium ALMA znalazło bezpośrednie dowody na obecność cząsteczek akrylonitrylu na Tytanie, w ilościach wystarczających, aby teoretycznie mogły tam istnieć jednokomórkowe formy życia.

A na tym tamtejsza egzotyka może się wcale nie kończyć. W 2006 r. prof. Dirk Shulze-Makuch z Uniwersytetu Technicznego w Berlinie wykazał, że w panujących na Tytanie warunkach mogą tworzyć się silany – związki mogące stanowić podstawę biochemii opartej na polimeryzowanym krzemie. Zupełnie niepodobnej do niczego na Ziemi.

Atmosferyczna fabryka

Nie musimy jednak uciekać się do aż tak fantastycznych wizji, bo na Tytanie jest wystarczająco dużo materiału, by mogło powstać życie nieco bardziej podobne do ziemskiego.

Atmosfera tego księżyca jest bowiem istną fabryką związków organicznych. Parujący z mórz metan pod wpływem promieniowania UV rozpada się i łączy z azotem, tworząc złożone cząsteczki organiczne. W 2010 r. planetolożka Sarah Hörst wykazała, że z takiej mieszaniny gazów, jak ta w atmosferze Tytana, można w laboratorium otrzymać pięć zasad nukleotydowych, z których powstają DNA i RNA, a także aminokwasy – elementy budulcowe białek. 

Cała ta chemiczna mieszanina spada na powierzchnię wraz z metanowym deszczem i śniegiem. Powierzchnia Tytana jest dosłownie skąpana w materiałach stanowiących podstawowy budulec życia. 

Żarłoczne życie?

Czy jednak cokolwiek z tego budulca skorzystało, pozostaje otwartym pytaniem. Istnieją jednak wskazówki świadczące o tym, że na Tytanie dzieje się coś niezwykłego.

Obraz

W 2005 r. Chris McKay, planetolog z Centrum Lotów Kosmicznych Amesa NASA obliczył, że organizmy żyjące w jeziorach ciekłego metanu powinny być dość żarłoczne, a ślady ich uczty powinny być widoczne w danych z sondy Cassini. Metabolizm żywych istot miałby powodować ubytki pewnych związków w morzach i atmosferze tego księżyca.

W 2010 r. sonda Cassini przysłała dane potwierdzające, że takie anomalie faktycznie zachodzą. Etanu, który miał stanowić znaczną część tytanicznych mórz, niemal nie ma przy powierzchni. Podobnie acetylenu – jeden i drugi związek mógłby stanowić pożywienie form życia opartych na ciekłym metanie.

Dziwne rzeczy dzieją się tam także z wodorem. Darren Strobel, naukowiec misji Cassini pracujący na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa, przeprowadził symulacje, które miały przewidywać zachowanie tego gazu w atmosferze. Wodór powstaje w wysokich partiach atmosfery Tytana wskutek rozbijania przez promieniowanie UV cząsteczek acetylenu i metanu. Jako że reakcje te zachodzą równomiernie nad całym Tytanem, wodór również powinien być w niej rozmieszczony dość demokratycznie. Jednakże symulacje Strobela sugerują, że wodór spływa na powierzchnię z prędkością 10 tys. bilionów bilionów cząsteczek na sekundę. I rozpływa się. 

„To tak, jakbyś za pomocą węża strażackiego rozpylał wodór, a ten znikał – mówił Strobel portalowi Space.com. – Nie spodziewałem się takiego wyniku, ponieważ wodór molekularny jest wyjątkowo obojętny chemicznie w atmosferze, bardzo lekki i powinien uciekać w górę atmosfery”.

Możliwym wyjaśnieniem tych anomalii jest działanie jakiejś formy życia. Ale nie jedynym możliwym. Tytan jest tak nam obcy, że zapewne nie wiemy jeszcze wszystkiego o zachodzących tam procesach chemicznych. 

„Naukowy konserwatyzm sugeruje, że wyjaśnienie biologiczne powinno być ostatecznym wyborem po uwzględnieniu wszystkich wyjaśnień niebiologicznych” – powiedział Mark Allen, szef zespołu Tytana w Instytucie Astrobiologii NASA.

Druga biosfera

Tytan może jednak skrywać jeszcze jedną tajemnicę. Bo księżyc potencjalnie może mieć nie jedną, ale dwie niemal zupełnie niezależne biosfery, które hipotetycznie mogłyby podtrzymywać kompletnie różne od siebie formy życia.

Druga ukryta jest mniej więcej 55 km pod powierzchnią tego księżyca. To ogromny ocean wody podgrzewanej przez ciepło ze skalistego jądra planety. 

– To rodzi ciekawe pytanie – mówił „Tygodnikowi” David Grinspoon, astrobiolog z Planetary Science Institute. – Skoro mamy mnóstwo substancji organicznych na zewnątrz i ciekłą wodę w środku, czy jest jakiś sposób, aby mieszały się ze sobą? Aktywność geologiczna jest na tyle duża, że w odpowiednio długiej skali substancje organiczne mogą przenikać do wody, co sprawia, że we wnętrzu Tytana może istnieć oparte na wodzie życie podobne do naszego, a na jego powierzchni jakiś inny, bardziej egzotyczny rodzaj, który wykorzystuje tamtejsze substancje organiczne.

Potencjalne istnienie dwóch równoległych biosfer sprawia, że żaden inny obiekt w Układzie Słonecznym nie oferuje życiu tak wielkiej przestrzeni. Lucy Norman, badaczka z University College London szacuje, że zakres środowisk, które mogą sprzyjać żywym istotom, rozciąga się od powierzchni Tytana aż na kilka kilometrów wgłąb jego skalistego rdzenia. Daje to objętość biosfery wynoszącą 4x10¹⁰km³.Co najmniej dwukrotnie większą, od objętości biosfery ziemskiej. 

Wielkie laboratorium

Nawet jeśli życia tam nie ma, badania Tytana są dla astrobiologów niepowtarzalną szansą. Tytan frapująco przypomina bowiem Ziemię z czasów, kiedy powstawały tutaj pierwsze, prymitywne formy życia. W okresie achajskim, mniej więcej 3,8 do 2,5 mld lat temu, Ziemia była zupełnie innym miejscem, o atmosferze składającej się głównie z azotu, dwutlenku węgla, metanu i pary wodnej. Cząsteczki, które znajdują się dziś na powierzchni Tytana, mogą być tymi samymi, które stanowiły budulec pierwszych form ziemskiego życia.

Obraz

„Tytan to prawdziwe laboratorium, w którym możemy zobaczyć chemię podobną do tej, jaka istniała na starożytnej Ziemi” – twierdzi Melissa Trainer, astrobiolożka z Centrum Lotów Kosmicznych NASA im. Goddarda. Badając Tytana, badamy nasze własne dzieciństwo.