Dobrodružství vody ve vesmíru

V nevýrazném a jen málo známém souhvězdí Rysa můžeme s vynaložením všech sil a špičkových technologií pozorovat objekt APM 08279+5255. Pod touto nepůvabnou zkratkou se ve skutečnosti ukrývá největší zásobárna vody ve známém vesmíru.

Objekt APM 08279+5255 jsme v roce 1998 objevili jako kvasar, tedy úžasně zářivé, energetické a prastaré aktivní galaktické jádro. Časem se ukázalo, že jde o obří eliptickou galaxii, která si libuje v extrémech a prvenstvích. V době svého nalezení se díky kombinaci poměrně značného rudého posuvu (z=3,87) a zářivosti v infračervené oblasti stala nejzářivějším známým objektem ve vesmíru. Zářivostí se řadí mezi ultrasvítivé infračervené galaxie (Ultraluminous Infrared Galaxy, ULIRG), vzdáleností přes 12 miliard světelných let zase mezi objekty z velice mladého vesmíru. Také vyšlo najevo, že obraz této galaxie vidíme zvětšený gravitačním čočkováním s velmi neobvyklým lichým počtem pozorovaných obrazů. V srdci APM 08279+5255 sedí gargantuovská supermasivní černá díra o hmotnosti 23 miliard Sluncí, která je považována za největší známou černou díru ve vesmíru. A mezi jinými úchvatnými rekordy má také galaxie APM 08279+5255 nejvíc vody.

Díky velkému rudému posuvu záření galaxie to bylo možné objevit na pozemských observatořích, protože se původně infračervené záření posunulo do oblasti milimetrových vln. Podle výpočtů odvozených z dat spektrometru Z-spec na havajské Caltech Submillimeter Observatory obsahuje galaxie APM 08279+5255 nejméně sto čtyřicet bilionkrát víc vody, než kolik jí je ve všech pozemských oceánech dohromady. Tohle množství odpovídá váze sto tisíc Sluncí a představuje největší zásobu vody, kterou známe, navíc velice starou. Podobný nález v hlubokém vesmíru učinila nedávno také  Atakamská velká milimetrová anténní soustava (ALMA).

ČTĚTE TAKÉ:  Alma – nová éra ve výzkumu vesmíru

Jak je vidět, můžeme bez přehánění prohlásit, že ve vesmíru je spousta vody a že to tak bylo odjakživa.

Aktivní jádro obří eliptické galaxie APM 08279+5255 . Ilustrace: NASA/ ESA

Voda všudypřítomná

Jakkoliv se planeta Země se svými vodstvy při pohledu z vesmíru blyští jako drahocenná kapka elfího životabudiče, utopená v temném oceánu, je voda ve vesmíru všudypřítomná. Vodík je daleko nejběžnějším prvkem ve vesmíru, představuje prý devadesát procent všech existujících atomů. Kyslík je sice o poznání vzácnější, zhruba tisíckrát, i tak ho ale je k dispozici více než dost. Ve vesmíru ho průběžně doplňují umírající hvězdy, které na sklonku života uvaří těžší prvky včetně kyslíku, a pak je v předsmrtných křečích rozhází po širokém okolí. A trosky po explozích hvězd jsou pak už plné vody. Voda je v mezihvězdných mračnech, na hvězdách, planetách i na objektech mnohem menší velikosti.

Sluneční soustava přitom na to, že by nějak oplývala vodou, na první pohled příliš nevypadá. Je ale všude, alespoň ve stopovém množství, zejména ve formě vodní páry. Ta byla vystopována v atmosféře Slunce a prakticky všech planet. Tak trochu paradoxně neobsahuje relativně nejvíce vodní páry atmosféra Země, nýbrž extrémního Merkuru. Dobře, Merkur skoro žádnou atmosféru nemá, ale stejně to stojí za zmínku.

Vodní pára je i na našem Měsíci, kde se v malém množství uvolňuje sublimací z měsíčních hornin, a také na dalších měsících, například Europě, Titanu, Enceladu nebo Dione. Ve Sluneční soustavě je také veliké množství vodního ledu. Kromě Země, která když na to přijde, dovede zmrznout téměř úplně celá, se led našel na Měsíci, na Marsu, kde vykresluje roztomilé polární čepičky, ještě přikrášlené zmrzlým oxidem uhličitým, taky v systému Saturnových prstenců i na jeho měsících Titanu či Enceladu a stejně tak Jupiterových Europě a Ganymedu. Voda na nich tropí neuvěřitelné kousky.

Zmrzlá tvář Europy.Foto: NASA

Některé měsíce jsou prakticky celé zamrzlé do ledu, což neobyčejně dráždí naší fantazii. Co všechno asi pod takovým ledem může být? Rozhodně se tam chceme co nejdřív podívat, háček je jen v tom, že ten pozoruhodný ledový krunýř bude nejspíš nutné prorazit nějakou důmyslnou technologií. Nanejvýš lákavým cílem je v tomto ohledu Europa. Na dokonale bizarním Saturnově měsíci Iapetu zřejmě padají ohromné laviny ledové sutě a balvanů. Na Enceladu zase funguje podivuhodný kryovulkanismus, při němž dokonce z jižního pólu měsíce tryská skrz slavnou strukturu tygřích pruhů led s vodou do okolního vesmíru. Jen si přiletět meziplanetární lodí a odebrat vzorky. Led je samozřejmě i na trpasličích planetách, jako je nebohé degradované Pluto, a taky na řadě planetek a komet.

I v rozžhavených světech

Ohledně vody ve Sluneční soustavě už víme leccos, ale rozhodně ne všechno. Navzdory tomu a možná i právě proto dychtivě hledáme vodu i v cizích hvězdných systémech, s nimiž se v posledních letech roztrhl pytel. A už jsme byli úspěšní, shodou okolností v pekelně rozžhavených světech, kde by jen málokdo čekal vodu, ale kde je ve skutečnosti výborná šance ji zachytit. První exoplanetou, na které jsme pozorovali vodní páru, se stal dramatický a velice slavný horký Jupiter HD 209458 b ze souhvězdí Pegasa, vzdálený od nás 154 světelných let. Planeta, neoficiálně známá jako Osiris, obíhá žlutého trpaslíka spektrální třídy G v osmině vzdálenosti Merkuru od Slunce jednou za 3,52 dne. Je tak rozžhavená, že na její povrch, který má na přivrácené straně teplotu až 2000 stupňů Celsia, „sněží“ vločky rozpáleného oxidu titanatého a na oběžné dráze za sebou vleče chvost odpařeného materiálu. A v něm jsme našli vodní páru. Podobně se vypařuje sytě modrý a rovněž pořádně žhavý Jupiter HD 189733 b ze souhvězdí Lištičky, vzdálený 63 světelných let. Oranžového trpaslíka spektrální třídy K oběhne jednou za 2,2 dne. Opět jsme na něm našli spoustu vodní páry.

U vzniku planet

Když se chceme dozvědět, kde se vzala voda na Zemi, můžeme pozorovat hvězdné systémy, které se právě rodí z mračna mezihvězdného prachu a plynu. A taky je to úžasná zábava, když před námi v přímém přenosu vznikají nové světy. Oblíbeným je například systém hvězdného mláděte TW Hydrae ze souhvězdí Hydry, vzdálený cca 176 světelných let. Hvězda se sotva vybatolila z rodného mračna, je jí pouhých osm milionů let. Až dospěje, bude z ní oranžový trpaslík. V roce 2011 jsme v protoplanetárním disku TW Hydrae objevili vodu, spoustu vody, ve formě relativně chladné vodní páry a ledu. Několik tisíckrát víc, než kolik je veškeré vody na Zemi. Probíhá tu slepování materiálu protoplanetárního disku, který teď tvoří drť o velikosti pár centimetrů, ale jednou z něj určitě budou planetesimály (malá tělesa o velikosti jednotek kilometru, z nichž se postupně formovala Sluneční soustava a planety. A přitom hraje důležitou roli voda, která slepování planet usnadňuje.

Hledání v zóně života

Ze všech forem vody nás pochopitelně nejvíc zajímá voda kapalná, kterou si už docela automaticky spojujeme s možným výskytem života. Zdá se, že máme nezvladatelné sklony hledat něco živého v každé kapce vody, kterou kde objevíme.

Mimo naši rodnou planetu by snad mohla být nějaká kapalná voda pod povrchem Marsu, možná pod polárními čepičkami, není to ale vůbec jisté. Její hledání zatím příliš nepokročilo. Větší jistotu máme v případě fantastických měsíců Europa a Enceladus. Gravitační měření meziplanetární sondy Cassini nedávno potvrdila veliký podpovrchový oceán vody na Enceladu. Teoretické výpočty slapového ohřívání způsobeného gravitačním přetahováním s Jupiterem a jeho dalšími měsíci a také analýzy snímků sond Voyager a Galileo důrazně naznačují, že mohutný podpovrchový oceán vody má i Europa. Podobný oceán z kapalné směsi vody a amoniaku má podle výpočtů hustoty i pozorování nejspíš i mysteriózní a zmrzlými organickými látkami pokrytý Titan. Astronomové tuší podpovrchovou kapalnou vodu i na Ganymedu, Callisto a snad i Neptunově Tritonu, podle modelování tepla z radioaktivního rozpadu by kapalný oceán nakonec mohl být i v nitru měsíců jako Rhea, Titania, Oberon i trpasličích planet jako jsou Pluto, Eris, Sedna anebo Orcus.

Přítomnost kapalné vody na povrchu planet či menších těles do značné míry závisí na jejich pozici ve hvězdném systému. Když jsou kamenné planety anebo třeba velké měsíce plynných obrů v příhodné vzdálenosti od mateřské hvězdy, čili v obyvatelné zóně, mohou být pokryté velkorysým množstvím vody. Konkrétní podoba obyvatelné zóny záleží na povaze hvězdy. Hvězdy zářivější než Slunce ji budou mít ve větší vzdálenosti, zatímco skromní červení trpaslíci ji zase budou mít výrazně blíž, než jak ji známe ve Sluneční soustavě. O bytí či nebytí kapalné vody na povrchu ale rozhodují i další věci, jako vnitřní teplo planety, povaha atmosféry anebo působení plynných obrů, pokud jsou blízko. Momentálně známe celou řadu hvězdných systémů, kde mají planety v obyvatelné zóně, a vše nasvědčuje tomu, že to minimálně v Mléčné dráze, ale nejspíš i jinde nebude žádná vzácnost. Včetně bizarních záležitostí, jako je trojhvězda Gliese 667 ze souhvězdí Štíra, kde ve vzdálenosti 22 světelných let od Země kolem červeného trpaslíka Gliese 667 C obíhá několik planet, z nichž jsou možná až tři v obyvatelné zóně. Ilustrátoři exoplanet se mohou přetrhnout ve vymýšlení fantazií, jak to tam asi vypadá s vodou.

Východ slunce nad jednou z planet trojhvězdy Gliese 667 Ilustrace: ESO/L. Calçada.

Voda je voda

Vesmír je plný vody a nejspíš je kolem nás spousta planet i s  kapalnou formou. Znamená to, že jsme obklopeni mimozemským životem? Zatím těžko říct. Podle toho, co zatím o vzniku života víme, je přítomnost kapalné vody důležitou podmínkou, ale rozhodně ne jedinou. Možná hraje důležitou roli velký měsíc anebo desková tektonika, možná taky ne. Naše zkušenosti jsou velice omezené. Objevili jsme zatím jenom jeden život, ten náš. A ten vodu nutně potřebuje. Astrobiologové si ale pohrávají s otázkou, jestli by mohl fungovat život založený na jiném rozpouštědle, než je voda. Mluví se o amoniaku, kyselině sírové, kyselině fluorovodíkové či chlorovodíkové, formamidu (methanamidu), různých uhlovodících a při teplotách hluboko bod bodem mrazu vody o tekutém dusíku nebo vodíku ve formě superkritické kapaliny.

Jenže voda je voda. Je kapalná v relativně širokém rozmezí teploty, má velkou tepelnou kapacitu, má slušné měrné skupenské teplo varu, vodní led má nižší hustotu než kapalina, voda dovede rozpustit ohromné množství sloučenin a je amfolyt, čili má schopnost sehrát roli kyseliny i zásady. A hlavně, voda je ve vesmíru všude. Jestli někdy najdeme mimozemský život, tak si nejspíš peci jen bude lebedit ve vodě.

ČTĚTE TAKÉ: Struktura a anomálie vody