Voda v Saturnových prstencích a měsících je podobná pozemské

Na základě použití nové metody pro dálkové měření poměru izotopů vody a oxidu uhličitého astronomové zjistili, že voda v Saturnových prstencích a jeho měsících je neočekávaně podobná vodě na Zemi. Výjimku představuje Saturnův měsíc Phoebe, kde je voda mnohem odlišnější v porovnání s doposud studovanými tělesy ve Sluneční soustavě. Studie vede k závěru, že potřebujeme upravit modely vzniku Sluneční soustavy, protože nová pozorování jsou v rozporu se současnými představami.

Zjištěné závěry publikoval vedoucí vědecký pracovník Roger N. Clark z Planetary Science Institute ve vědeckém časopise Icarus pod názvem „Isotopic Ratios of Saturn's Rings and Satellites: Implications for the Origin of Water and Phoebe“. Spoluautory studie jsou Robert H. Brown (University of Arizona), Dale P. Cruikshank (NASA) a Gregg A. Swayze (USGS).

Izotopy jsou rozdílné formy prvků, které se liší pouze počtem neutronů. Přidáním neutronu zvýšíme hmotnost prvku, což může změnit procesy vzniku planet, komet nebo měsíců. Voda se skládá ze dvou atomů vodíku (H) a jednoho atomu kyslíku (O) – chemická značka vody je H₂O. Pokud dodáme neutron k jednomu atomu vodíku, vznikne tzv. deuterium (D) a hmotnost molekuly vody HDO se zvýší přibližně o 5 %. Tyto malé izotopické rozdíly mají za následek změny při vzniku planet, měsíců a komet a mění se vypařování vody po jejich vzniku. Poměr množství deuteria k vodíku (D/H) je jakýmsi „otiskem prstů“ podmínek, které panovaly v době vzniku těles včetně teploty a jejích změn v průběhu času. Vypařování vody zvyšuje poměr deuteria ve zbývajícím prostředí.

Z dosavadních modelů vzniku Sluneční soustavy vyplývá, že poměr D/H by měl být ve studených vnějších oblastech naší soustavy mnohem vyšší než v teplejším prostředí blíže ke Slunci, kde se zformovala naše Země. Deuterium je mnohem více zastoupeno ve studených molekulárních oblacích. Některé modely předpokládají, že poměr D/H by mohl být 10× vyšší pro planetu Saturn v porovnání se Zemí. Avšak nová měření ukázala, že to není případ Saturnových prstenců a jeho satelitů – s výjimkou měsíce Phoebe.

Objev nezvyklého poměru izotopů deuteria a vodíku D/H pro Saturnův měsíc Phoebe znamená, že připutoval ze vzdálenějších vnějších oblastí Sluneční soustavy. „Poměr D/H pro měsíc Phoebe má nejvyšší hodnotu naměřenou ve Sluneční soustavě, z čehož vyplývá, že pochází z velmi studených oblastí Sluneční soustavy daleko za Saturnem,“ říká Roger N. Clark.

Astronomové rovněž změřili poměr izotopů uhlíku-13 ku uhlíku-12 (13C/12C) u Saturnových měsíců Iapetus a Phoebe. Iapetus, jehož poměr D/H je rovněž podobný jako u Země, má také hodnoty 13C/12C blízké pozemským, zatímco Phoebe má téměř 5× vyšší hodnoty poměru izotopů uhlíku. Přítomnost oxidu uhličitého určuje limity, jak moc se mohl měsíc Phoebe po svém vzniku odpařit. Zůstává pouze možnost, že se Phoebe zformoval ve velmi studených vnějších oblastech Sluneční soustavy – mnohem dále než Saturn – později byl nasměrován dovnitř, kde byl zachycen planetou Saturn. Jak daleko od Slunce leží místo zrodu měsíce Phoebe, to zatím nevíme. V současné době nejsou k dispozici žádná měření poměru 13C/12C nebo D/H pro ledový povrch Pluta či některého tělesa z oblasti Kuiperova pásu. Avšak nová metodika nám brzy umožní uskutečnit taková měření ledových povrchů i u vzdálených těles.

Měření byla uskutečněna pomocí přístroje Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) na palubě kosmické sondy Cassini v průběhu její mise u Saturnu. Vylepšená kalibrace přístroje dokončená počátkem roku 2018 poskytla přesnost potřebnou k těmto měřením světla odraženého od povrchu prstenců a měsíců. Nová metoda měření poměru izotopů na povrchu pevných těles, jako je vodní led nebo zmrzlý oxid uhličitý, umožní použití dálkové reflexní spektroskopie při měření poměru izotopů i pro další tělesa napříč Sluneční soustavou, což povede k přesnějšímu ohraničení modelů vzniku Sluneční soustavy.

Hodnoty poměru D/H pro soustavu planety Saturn se blíží hodnotám Země, z čehož vyplývá, že vodní zdroje ve vnitřní i vnější oblasti Sluneční soustavy byly shodné a my musíme vypracovat nové modely, podle nichž změny od vnitřní ke vnější oblasti planetární soustavy budou menší.

Sonda NASA s názvem Europa Clipper bude rovněž využita k měření poměru izotopů ledu na povrchu Galileovských měsíců obíhajících kolem planety Jupiter. Roger N. Clark jako spolupracující vědecký pracovník mise doufá, že tato měření budou úspěšná.

Zdroj: https://phys.org/news/2018-12-saturn-satellites-earth-moon-phoebe.html a http://astrobiology.com/2018/12/water-on-saturns-moon-phoebe-is-unusual.html

autor: František Martinek