Záhadné jasné skvrny (nejen) v kráteru Occator. Osamělá hora (zvaná též poetičtěji pyramida) nejasného původu. Proudy ledové lávy. To všechno jsou tajemstvím opředené útvary a jevy, zjištěné sondou Dawn na trpasličí planetě Ceres. Tento týden si o nich nejnovější výsledky své práce vyměnili účastníci Evropského planetologického kongresu ve francouzském Nantes.

Program otevřel Christopher Russell, vedoucí vědeckého týmu mise Dawn. Krátce popsal výsledky nasbírané u planetky Vesta, kde pozorování vesměs potvrdila dřívější hypotézy. Vesta se ukázala jako diferencované kamenné těleso tvořené převážně bazaltem (čedičem). Tím Dawn potvrdila důvodně očekávanou spojitost Vesty s meteority skupiny HED (Howardity, Eukrity, Diogenity). Dále nasnímkovala i působivou impaktní pánev na jižním pólu, dříve pozorovanou Hubblovým teleskopem. Její vznik byl nejspíš spojen s rozmetáním množství fragmentů, které daly vznik jak zmíněným meteoritům, tak i celé rodině asteroidů.

Topografická mapa jižního pólu obří planetky Vesta, pořízená díky snímkům sondy Dawn. Stínovaná reliéfní mapa nalevo zobrazuje obrysy dvou starých kráterů, Rheasilvia a Veneneia. Vpravo je mapa zbytkového gravitačního pole téže oblasti. Zajímavá je velká oblast gravitačního minima u okraje staršího kráteru (v pravé dolní části výřezu). Naznačuje, že jsou zde uloženy lehčí horniny, které oba impakty přeměnily na prach. (Zdroj: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)

Topografická mapa jižního pólu obří planetky Vesta, pořízená díky snímkům sondy Dawn. Stínovaná reliéfní mapa nalevo zobrazuje obrysy dvou starých kráterů, Rheasilvia a Veneneia. Vpravo je mapa zbytkového gravitačního pole téže oblasti. Zajímavá je velká oblast gravitačního minima u okraje staršího kráteru (v pravé dolní části výřezu). Naznačuje, že jsou zde uloženy lehčí horniny, které oba impakty přeměnily na prach. (Zdroj: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)

Ceres je ale těleso z úplně jiného těsta. Neznáme žádné meteority, které by z něj mohly pocházet, ani se nepyšní rodinou z něj odštěpených asteroidů. Pozemská pozorování ukazovala, že jde o zdaleka největší těleso v pásu asteroidů, s povrchem tvořeným hydratovanými minerály a hustotou silně naznačující na vysoký obsah vodního ledu. Nic víc ale známo nebylo.

Bude lepší nechat ji panenskou pro budoucí mise, které by tam pátraly po stopách života.

Spekulace o možném kapalném oceánu skrytém pod ledovou kůrou Ceres jitřily fantazii astrobiologů, pozorování výtrysků vodní páry z roku 2014 zase vznášela otázku, jestli jde o pouhou sublimaci ledu obnaženého nedávným impaktem, nebo o projev kryovulkanismu podobně jako na Enceladu.

S pomocí Herschelovy vesmírné observatoře pozorovali vědci Ceres mezi lety 2011 a 2013. Snímky ukázaly, že trpasličí planeta má tenkou atmosféru vodní páry. Šlo o první jednoznačnou detekci vodní páry kolem objektu v pásu asteroidů. Na snímku umělecká představa atmosféry spolu s vloženou křivkou absorpčního signálu vody, kterou teleskop Herschel zaznamenal 11. října 2012. (zdroj: ESA/ATG medialab/Küppers a kol.)

S pomocí Herschelovy vesmírné observatoře pozorovali vědci Ceres mezi lety 2011 a 2013. Snímky ukázaly, že trpasličí planeta má tenkou atmosféru vodní páry. Šlo o první jednoznačnou detekci vodní páry kolem objektu v pásu asteroidů. Na snímku umělecká představa atmosféry spolu s vloženou křivkou absorpčního signálu vody, kterou teleskop Herschel zaznamenal 11. října 2012. (zdroj: ESA/ATG medialab/Küppers a kol.)

Původ Ceres byl také záhadný – je odvěkým rezidentem pásu asteroidů, nebo snad přistěhovalcem z mrazivého Kuiperova pásu? Zatím je příliš brzy na to, aby Dawn na tyto otázky jednoznačně odpověděla – ve skutečnosti sotva zakotvila na orbitě (kam dorazila letos v březnu) a trochu se tam porozhlédla (na HAMO, high altitude mapping orbit s periodou 19 hodin, kde obíhá dodnes, se dostala v srpnu), skutečné zpracování jejích pozorování může trvat roky, a navíc (je-li pravda, co se po přednášce proslýchalo v kuloárech) si vědecký tým nechal ty největší senzace pro sebe, respektive pro připravovaný článek v časopise Nature.

Bez atmosféry, bez života?

Aktuální měření hustoty ukazují, že Ceres je tvořena přibližně z 20 % vodou či ledem. To je mnohem vyšší podíl než v případě Země, a dokonce i některých komet! Absolutní množství vody na Ceres je dokonce větší než na celé planetě Mars. Mohlo by to znamenat, že voda na Zemi pochází právě z dopadů těles podobného složení, jako je Ceres. Bylo by povzbudivé, kdyby se tato domněnka potvrdila, stále jasněji se totiž ukazuje, že jiný uvažovaný zdroj vody, komety, nepřipadá v úvahu a hrál nanejvýš podružnou roli – obsah těžkého vodíku v kometách, včetně komety Čurjumov-Gerasimenko, kterou nyní studuje Rosetta, se totiž vůbec nepodobá jeho koncentraci v pozemské vodě.

Mapa podpovrchové teploty komety 67P/Čurjumov-Gerasimenko, ukazující jižní polokouli komety. Měřejí pocházejí ze září a října 2014. Teplotní škála ve stupních Kelvina je v pravé části snímku. (Zdroj: ESA/Rosetta/NASA/JPL-Caltech)

Mapa podpovrchové teploty komety 67P/Čurjumov-Gerasimenko, ukazující jižní polokouli komety. Měření pocházejí ze září a října 2014. Teplotní škála ve stupních Kelvina je v pravé části snímku. (Zdroj: ESA/Rosetta/NASA/JPL-Caltech)

Výtrysky vodní páry z povrchu Ceres nebyly zatím sondou Dawn potvrzeny. Russel dokonce nevyloučil ani možnost, že jejich detekce Herschelovým teleskopem v roce 2014 byla chybou měření. Dřívější spekulace o výskytu „mlhy“ nebo jiného druhu zákalu nad touto trpasličí planetou Russell také nepotvrdil, Ceres podle něj ani nemá žádnou atmosféru, která by mohla zákal udržovat, naznačil však, že v této otázce není vědecký tým jednotný, takže zůstaňme na přijmu!

Profesor Russell na závěr krátce pohovořil i o plánovaném konci mise. Vědci preferují setrvání na stabilní nízké mapovací orbitě (LAMO) až do selhání či deaktivace sondy, před dalším snížením orbity vedoucímu ke kolizi s Ceres – sonda by totiž mohla na trpasličí planetu zanést zárodky pozemského života, a potenciálně aktivní povrch s podpovrchovým ledem by jimi mohl být kontaminován. Astrobiologický potenciál Ceres sice zatím těžko hodnotit, pro všechny případy však bude lepší nechat ji panenskou pro budoucí mise, které by tam pátraly po stopách života, a nekomplikovat jim práci neúmyslným vysazením pozemských mikrobů.

Jasné skvrny

Nejočekávanější byly samozřejmě novinky týkající se jasných skvrn, a zejména těch v kráteru Occator. Stojí za to podotknout, že Occator svojí polohou odpovídá jednomu ze dvou míst, kde v roce 2014 pozoroval vodní páru Herschelův teleskop, a tudíž je to nejpravděpodobnější místo, kde bychom mohli nalézt stopy aktivity na Ceres. Mezi prezentujícími byla shoda v tom, že v případě skvrn nejde o námrazu vodního ledu ani oblak páry nad aktivním gejzírem. Planetologové se nyní opatrně kloní k hypotéze, že by mohlo jít o soli, možná vodou zanechané. Podle informací profesora Russella však není bližší spektrální identifikace solí nijak snadným úkolem, nevíme tedy, o jaké soli se jedná.

Barevně kódovaná topografická mapa kráteru Occator na povrchu trpasličí planety Ceres, vytvořená s pomocí snímků sondy Dawn. Nejnižší místa jsou modrá, nejvyšší hnědá. Kráter, v němž leží nejjasnější oblasti na povrchu Ceres, má průměr asi 90 km. (Zdroj: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)

Barevně kódovaná topografická mapa kráteru Occator na povrchu trpasličí planety Ceres, vytvořená s pomocí snímků sondy Dawn. Nejnižší místa jsou modrá, nejvyšší hnědá. Kráter, v němž leží nejjasnější oblasti na povrchu Ceres, má průměr asi 90 km. (Zdroj: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)

Zajímavé je, že kráter sám je nápadně hluboký, s abnormálně příkrými srázy, avšak leží ve vysoko položené oblasti Ceres. Je také mladý, s náznaky paprsků a tmavých vyvrženin v okolí. Zda to má nějakou spojitost s jeho výjimečností, je težké hádat. V případě světlé skvrny nejde jen o „skvrnu“, nýbrž o 750 m hlubokou propadlinu obklopenou mírně vyvýšeným valem, s 300 m vysokým dómem na dně (celý kráter Occator měří 92 km v průměru). Paul Schenk vyslovil domněnku, že by mohlo jít o místo, odkud vyvěrala (vyvěrá?) voda nebo pára natavená impaktem, ovšem zároveň zdůraznil, že v současné době je na podobné spekulace příliš brzy.

Podle podrobnější geologické analýzy Ralfa Jaumanna bylo celé dno kráteru přepracováno laločnatými toky materiálu pocházejícího z centrální oblasti. Tyto toky (spektrálně namodralé) se složením liší od stěn kráteru (spektrálně červené) a jsou také mladší. Tento badatel také přednesl pozoruhodnou hypotézu, že povrchové materiály v mladších oblastech Ceres se podobají chloristanům (perchlorátům) objeveným na Marsu. Tyto soli totiž mají namodralou barvu, jsou-li hydratované, a načervenalou, pokud jsou bezvodé, čímž by mohly vysvětlovat lokální rozdíly zbarvení. Samotné jasné skvrny by podle Jaumanna mohly obsahovat hydratované chloristany a sloučeniny čpavku. (Poznámka autora: toto tvrzení považuji za vysoce nepravděpodobné. Chloristany jsou vysoce oxidované, chemicky poněkud nestálé sloučeniny, které se v kosmu běžně nevyskytují. Podmínky, které je vytvářejí na Marsu, jsou podle všeho hodně odlišné od podmínek na Ceres. Se čpavkem nebo organickou hmotou poměrně dramaticky reagují. Chloristan amonný, který byl specificky zmíněn, je dokonce výbušný a používal se jako palivo v pomocných motorech raketoplánu, nezdá se tedy příliš uvěřitelné, že by se volně vyskytoval na Ceres. Třebaže příroda často překvapí, předpokládal bych, že v tomto případě půjde o nějakou jinou sůl s podobnými spektrálními vlastnostmi.)

Nepoddajná tajemství

Pyramidální záhada osamělé hory zůstala bohužel stále nedotčená. Hora se podle aktuálních údajů tyčí 6 km nad své okolí, které je jinak spíše nížinaté (pro srovnání, celkový reliéf na Ceres, od nejnižší prohlubně po nejvyšší vyvýšeniny je kolem 14 km). Pruhování na jejích svazích opět připomíná sesouvající se sůl, co to ale vypovídá, se zatím nikdo neodvažuje hádat.

Mapa oblasti kolem vysoké kuželovité hory na povrchu planetky Ceres. Výškové rozpětí představuje asi 8 km od nejnižších poloh této oblasti (tmavomodře) po nejvyšší (hnědě). Bílé pruhy na svazích hory jsou obzvláště jasné části povrchu. (Zdroj: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSI)

Mapa oblasti kolem vysoké kuželovité hory na povrchu planetky Ceres. Nejnižší polohy této oblasti tmavomodře, nejvyšší hnědě. Bílé pruhy na svazích hory jsou obzvláště jasné části povrchu. (Zdroj: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSI)

Velmi zajímavá byla přednáška již zmíněného Ralfa Jaumanna z německého DLR, rovněž člena vědeckého týmu Dawn, o geomorfologii Ceres. Ceres podle něj vykazuje výrazný reliéf kráterů. To ukazuje na tuhou kůru, byť mnohem méně pevnou, než je čedičová skála na Vestě. Poukázal i na možnost, že některé krátery nemusejí být vůbec impaktního původu, ale mohou být stopami po zhroucení podzemních dutin. Stopy po propadání se objevují mj. i na povrchu ztuhlé impaktní taveniny v kráteru Icapati. Jaumann dále nadnesl – jak sám přiznal, pracovní a spíše spekulativní – hypotézu „kryoplutonismu“. Předpokládá, že v podzemí Ceres se vyskytují tělesa solanky nebo slaného ledu, která mohou stoupat k povrchu jako dómy (diapiry). Při tom mohou vytvářet hory nebo výlevy jako v Occatoru, nebo zamrznout v podzemí a být odhaleny či rozprášeny impakty, jako v případě velmi mladého kráteru Haulani. Zda je taková možnost slučitelná s očividnou tuhostí hornin na Ceres, mohou ukázat jen další výsledky.

Všudypřítomné krátery

Nejtypičtějšími útvary na Ceres jsou impaktní krátery. Nejsou sice tak tajuplné jako jasné skvrny nebo osamocené velehory, mohou však leccos napovědět o charakteru povrchu. Věnovala se jim proto celá řada prezentujících. Ačkoli povrch Ceres je zcela prost ledu, zejména menší krátery jsou tvarově téměř nerozeznatelné od těch, které najdeme na ledových měsících, jako je Saturnova Rhea. To ukazuje, že leduprostý poprašek na povrchu skrývá pod sebou ledovou kůru. Na rozdíl od Rhei mají ale krátery na Ceres (alespoň ty větší než 40 km) často hladká dna, nejspíš zaplavená bahnitou břečkou z ledu roztaveného žárem dopadu a později znovu zamrzlou. Na Rhei k tomu asi nedochází proto, že je nesrovnatelně chladnější a roztavit její zmrzlý povrch není tak lehké. Krátery o průměru nad 75 km vykazují (namísto obvyklých středových vrcholků) centrální propadliny, čímž se liší od kráterů v Saturnově systému a blíží se kráterům na Ganymedu.

Čpavek je mocné nemrznoucí činidlo, které dovoluje přítomnost kapaliny i při -100°C. Kde se ale na Ceres mohl vzít?

Německý astronom Thomas Platz zase ukázal, že vznik kráterů na rovníku a v polárních oblastech Ceres probíhal jinak, v důsledku různých teplot a tedy i tuhosti ledového podloží. Časté jsou na Ceres sesuvy kráterových valů, opět ukazující na nepříliš soudržný povrch. Materiál někde plasticky „teče“ – je možné, že relativně vysoká teplota na povrchu Ceres umožňuje, aby led poněkud změkl a pohyboval se, podobně jako pozemské skalní ledovce (plastické toky tvořené směsí ledu a kamení, kde často na povrchu žádný viditelný led není).

Prozatímní poznatky o gravitačním poli Ceres (a tedy i uspořádání hmoty uvnitř) přednesl Jin S. Park z americké Laboratoře proudového pohonu (JPL). Závěry jsou poněkud „nudné“ – Ceres je právě tak hmotná, jak jsme si mysleli, sestává zřejmě z kamenného jádra a ledového pláště, a jde o těleso v hydrostatické rovnováze, bez nápadných gravitačních anomálií. Nelze ale vyloučit, že se obrázek změní, až se k ní Dawn vydá blíže.

Voda

Složení povrchu Ceres se věnovala Maria Cristina De Sanctis, vedoucí týmu spektrometru VIR, studujícího infračervené a viditelné světlo odražené od povrchu trpasličí planety, a její kolegyně Eleanor Ammannito a Andrea Raponi. Voda ani led na povrchu Ceres nebyly spektrometrem VIR detekovány, což je pro mnohé možná zklamání, ostatní výsledky však nebyly vůbec nezajímavé.

Spektra Ceres jsou vesměs poměrně bezvýrazná, Dawn v nich však nalezla v oblasti infračerveného záření o vlnové délce kolem 3 mikronů stopy hydratovaných minerálů obsahujících vázanou vodu či hydroxylovou skupinu, které nebyly dříve ze Země pozorovatelné.

Složení povrchu se rozhodně nepodobá uhlíkatým chondritům, meteoritům, které byly v minulosti považovány za více či méně podobné materiálu Ceres. Daleko spíše se zde nacházejí fylosilikáty. Jde o skupinu minerálů zahrnující především různé jíly, vznikající zvětráváním hornin za působení vody. Například na Marsu patří mezi vzácné památky na dávné vlhké klima – na Ceres jsou však úplně všude.

Výšková mapa trpasličí planety Ceres, vytvořená s pomocí snímků sondy Dawn. Názvy jednotlivých oblastí jsou schváleny Mezinárodní astronomickou unií. Barevná škála sahá oz 7,5 km pod ideální kouli (tmavomodrá), po 7,5 km nad ideální kouli (bílá). (Zdroj: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)

Výšková mapa trpasličí planety Ceres, vytvořená s pomocí snímků sondy Dawn. Názvy jednotlivých oblastí jsou schváleny Mezinárodní astronomickou unií. Barevná škála sahá oz 7,5 km pod ideální kouli (tmavomodrá), po 7,5 km nad ideální kouli (bílá). (Zdroj: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)

Pozoruhodný čpavek

Kromě chemicky vázané vody některé z nich obsahují i vázaný amoniak. Vedle fylosilikátů na Ceres najdeme i další minerály typické pro vlhké prostředí, uhličitany – nejvíce se jim podobá pozemský dolomit. V případě tmavého materiálu by snad mohlo jít o magnetit, i když to není zdaleka tak jisté. Pokud je na Ceres přítomen amoniak (jak naznačují amonné jíly), velmi by to napomohlo udržení kapalné vody, ať už pod ledovou krustou nebo kdekoli jinde, čpavek je totiž mocné nemrznoucí činidlo, které dovoluje přítomnost kapaliny i při -100°C. Kde se ale na Ceres mohl vzít?

V době formování planet amoniakový led rozhodně nemohl být v místě dnešního pásu asteroidů běžnou záležitostí, protože by se vypařil. Je možné, že se Ceres zformovala na chladné periferii za drahami obřích planet z kryogenního materiálu a na svou nynější orbitu byla vypuzena později. (Poznámka autora: není to nijak bezprecedentní, Saturnův měsíc Phoebe je podobný případ – a možná není náhoda, že i na jejím povrchu byly detekovány pravděpodobné fylosilikáty?)

Také je možné, že čpavek na Ceres vznikl chemickou cestou, přepracováním organických sloučenin přítomných v jejím stavebním materiálu. Je zajímavé, že když je typický uhlíkatý chondrit vystaven hydrotermálnímu prostředí, je zdrojem jak jílů, tak amoniaku. Otázka původu Ceres je tedy prozatím otevřená.

Poděkování autora

Za možnost účasti na konferenci děkuji Katedře geofyziky MFF UK.

 

Titulní snímek: Povrch Ceres, zmapovaný v srpnu a září 2015 pomocí kosmické sondy Dawn, ve falešných barvách. Červenější barvy označují místa na povrchu trpasličí planety, která silně odrážejí světlo v infračervené oblasti. Namodralá barva představuje zvýšenou odrazivost v krátkých (modřejších) vlnových délkách. Zeleně zbarvená místa mají velmi výraznou odrazivost nebo celkový jas. Vědci této techniky využívají ​​tam, kde chtějí vyzdvihnout jemné barevné rozdíly povrchu Ceres, které by lidské oko v přirozených barvách nebylo schopno rozeznat. Může nám to poskytnout cenné poznatky o minerálním složení povrchu, stejně jako o relativním stáří povrchových útvarů. (Zdroj: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)

Print Friendly

Tagy

O autorovi

Tomáš Petrásek

Tomáš Petrásek

E-mail

(*1984) Vystudoval biologii na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy. V současné době pracuje ve Fyziologickém ústavu Akademie věd České republiky v Praze, kde se zabývá výzkumem mozku a chování. Ve volném čase se věnuje popularizaci astronomie a astrobiologie, vědního oboru, který se zabývá původem, vývojem, distribucí a budoucností života ve vesmíru.

  • Petr Valach

    To je naprosto fantastický článek (y) Bravo a díky.