Okolo Jupiteru krouží měsíc, který na fotografiích vypadá jako vaječná omeleta. Víme o něm, že trochu zapáchá, vybuchuje a pod jeho mrazivým povrchem žhne pekelný oheň. Má elektromagnetické pletky s Jupiterem.

Jmenuje se Io a podobnost s formující se Zemí je čistě náhodná. Nebo není?

„Velké kvantum dat čekalo trpělivě mnoho let, než jsme je utřídili a než do sebe to nádherné puzzle začalo zapadat. Dovedu si představit, že v tom souboru je k nalezení ještě mnoho dalších zlatých nuggetů, které Galileo vytěžil,“ neskrývá nadšení nad materiálem, který získala americká sonda Galileo na své cestě k Jupiteru, geofyzik Krishan Khurana z Kalifornské univerzity v Los Angeles.

K Jupiteru a jeho početnému měsíčnímu doprovodu (viz rámeček) dorazila sonda v roce 1995 a do roku 2003 nasbírala mnoho cenných dat. Nyní jsou na řadě vědci, kteří data analyzují.

Zásoba opravdu železná

Jedním z objektů, na něž sonda Galileo zaměřila svou pozornost, byl jupiterský měsíc Io. Je jen o trochu větší než náš Měsíc (střední poloměr se udává 1821,2 km), ale o celou pětinu těžší (8,9319 × 1022 kg).

Pro jeho složení je typická přítomnost sloučenin křemíku a železa. Tím se liší od ostatních měsíců, tvořených převážně směsicí sloučenin křemíku a vody zmrzlé v led. Jádro ze sloučenin železa tvoří přibližně 20 % celkové hmotnosti.

Přesto se sondě Galileo nepodařilo naměřit žádné magnetické pole a vědci usuzují, že jádro buď není v pohybu, není dostatečně tekuté, nebo je magnetické pole rušeno dalšími vlivy.

Je cosi tekutého v království Io

Sonda Galileo používala pro zkoumání měsíce Io mimo jiné citlivé přístroje, založené na analýze odražených vln, což je metoda, která dříve přinesla důkaz pro existenci podzemních slaných vodných (?) oceánů na dalších měsících – Europě, Ganymedu a Callisto.

Stejná metoda ukázala přítomnost tekuté složky i na Io, kde vysoké teploty vylučují jakoukoliv přítomnost vody. Materiál, z něhož je Io tvořen, je vodivý jen v tekutém stavu (viz dále) a signál je tedy možné považovat za důkaz vzájemně propojených mas roztaveného magmatu pod povrchem celé planety.

Další analýzy a modelování naznačují, že musí být roztaveno nejméně 20 % podpovrchových vrstev. Magmatický oceán je asi 48 km pod kůrou měsíce, která je sama přibližně 32 až 48 km silná.

Šplouchající hornina

Io je pod vlivem Jupiteru a jejich vzájemné působení spolu s gravitačními silami Europy a Ganymedu vyvolává na jeho povrchu doslova peklo. Silné slapové děje způsobují tavení vnitřních částí měsíce.

V hloubce odhadované na 50 km se taví do konzistence rozbředlého sněhu horniny. „Myslím, že je zajímavé, že jsou »oceány« ve všech čtyřech galileovských měsících, ale tohle je oceán magmatu. Je to fascinující proces, přemýšlet o tom, jaký to má smysl,“ upozorňuje Bob Pappalardo z Jet Propulsion Laboratory NASA v americké Pasadeně.

Co má společného Io a Špicberky?

Obvykle se uvádí, že plášť Io je tvořený forsteritem, minerálem s vysokým obsahem hořčíku, a litosféra (pevný obal tělesa) je bazaltová (čediče) se sírovými uloženinami.

Nedávné výzkumy v oboru fyziky minerálů ukázaly, že skupina nazývaná ultramafické horniny, tvořené mafity (tmavé minerály převážně železo-hořečnatého složení, mezi které patří i forsterit), má ve stavu taveniny kapacitu pojmout značné elektrické proudy.

Ultramafické horniny jsou magmatického původu i na Zemi, kde se předpokládá, že tvoří hlavní složku pláště naší planety.

Analýzy ukazují, že podle údajů z Galilea jsou horniny na Io podobné minerálům bohatým na křemičitany, hořčík a železo. Ty se na Zemi vyskytují na norských Špicberkách.

Satelit si ze své planety nic nedělá?

Analýza dat z Galilea také vysvětluje vlastnosti vnitřního magnetického pole Io. Horký oceán magmatu, jehož teplota je odhadem asi 2400 ºF (1315 ºC, pro srovnání – sklo se taví při teplotách okolo 1400 ºC) účinně stíní kovové jádro tohoto měsíce.

Během čtyř průletů kolem Io v roce 1999 a 2000 zaznamenal magnetometr Galilea podivný signál. Ten byl zřejmě vyvolán reakcí Io na rotující magnetické pole planety Jupiteru, které pravděpodobně indukovalo elektrický proud v podpovrchových horninách měsíce.

Ukázalo se, že Io se pohybuje v magnetickém poli siločar, spojujících severní a jižní pól Jupiteru. Jak Jupiter rotuje, magnetické pole se zeslabuje a zesiluje.

Protože podpovrchový magmatický oceán Io má však vysokou elektrickou konduktivitu (schopnost vést elektrický proud), dokáže proměnlivé magnetické pole odstínit. Magnetické pole uvnitř Io si zachovává vertikální orientaci, i když jupiterské magnetické pole okolo něho dělá kotrmelce.

Horký favorit v chrlení

Magmatický oceán se navenek projevuje bohatou sopečnou činností. Díky ní je v pohybu i část povrchu měsíce a připomíná nejspíš pečící se sýrovou omeletu nebo pizzu se sýrovou krustou, zpod které vybuchují kousky náplně.

Obrovská zásoba podzemních hornin pomáhá vysvětlit, proč je Io nejvíce vulkanicky aktivním objektem ve sluneční soustavě. Chrlí stokrát více lávy než všechny sopky na Zemi dohromady.

„Teď chápeme, jak mnoho věcí souvisí s oceánem magmatu,“ konstatuje geofyzik Krishan Khurana.

Intenzivní geologická činnost je také silou, která vytvořila na povrchu Io vysoké vrcholy, některé z nich i vyšší než Mount Everest.  Aktivní chrlící sopky vyvrhují materiál a plyny až do výšky 300 km nad povrch. Jejich pozemské sestřičky si přitom vystačí se soptěním okolo 10 km.

Vzrušující dvojkombinace

Okolí sopek je také příčinou vzrušující duality povrchu Io. Zatímco v jejich okolí může teplota díky vývěrům žhavého tekutého magmatu a plynů dosáhnout až 3000 ° F (1649 ° C), teplota ostatního povrchu se pohybuje okolo -130 °C.

To je příčinou, že z plynného oxidu siřičitého se ochlazením pod jeho teplotu tání (-72,4 °C) sráží příkrov podobný sněhovým polím. Io je tak planetou, na které pod mrazivou krustou žhoucí oheň taví skály.

Výzkum slouží také jako model k tomu, co se mohlo stát během vzniku a vývoje Země.

„Jedna z velkých otázek, která zůstává ještě stále nezodpovězená, se týká zemské tektoniky (stavba, pohyb a uložení geologických těles a zemské kůry). Zdá se totiž, že Země sama měla spojitý oceán magmatu.

Většina planet je v čase svého vzniku horká, horní vrstvy magmatu jsou velmi účinné při přenosu tepla, a teprve když tato konvekce zeslábne, mohou se začít formovat tektonické desky,“ uvádí Krishan Khurana.

Barevná zapáchající laboratoř

Bublající a vybuchující barevná hmota měsíce Io je zajímavá i pro chemiky. Nové studie chemických látek prokázaných na Io nabízejí fascinující podrobnosti o tomto zvláštním světě.

„Je to úžasné místo,“ neskrývá svou fascinaci měsícem Io Arielle Moulletová z Harvard Smithsonian Center for Astrophysics. „Je to největší sopečné místo ve sluneční soustavě, a zatím zřejmě i v nám známém okolním vesmíru.“.

Vědci použili SMA (Submillimeter Array), radioteleskop na Mauna Kea na Havaji. V atmosféře měsíce Io hledali charakteristické stopy některých prvků a sloučenin, včetně oxidů síry a chloridu sodného. Zjistili také, že páchnoucí plynné sloučeniny síry mají tendenci soustřeďovat se na straně Io směrem od Jupiteru.

Atmosféra zkažených vajec

„Nacházejí se v těsné blízkosti hlavního vulkanického centra, což může dost dobře naznačovat, že jsou skutečně řízeny vulkanickou činností,“ upřesnila Moulletová. Podle těchto výsledků nebude z lidského pohledu Io moc přátelské místo, vzhledem k zápachu sirných plynů připomínajících odpudivý zápach zkažených vajec.

Záhadou je ostatně už to, že se u Jupiterova malého měsíce nějaká koncentrace plynů udrží. Jinými slovy Io je tak malý, až je překvapivé, že vytváří atmosféru. Vědci si přítomnost plynného obalu vysvětlují tak, že je vázána na geologické aktivity na Io a je ovlivněna i relativní blízkostí Jupiteru (asi 420 000 km).

»Nikdy neříkej nikdy«

Předchozí popis asi není příliš inspirující pro astrobiology, a skutečně obecně není Io považován za příliš vhodnou náruč pro rozvíjející se život. Na jeho povrchu nebyly dosud nalezeny žádné organické molekuly a jeho atmosféra neobsahuje vodní páru.

„Každý má hned tendenci kategoricky vyloučit možnost života na Io,“ konstatuje astrobiolog Dirk Schulze-Makuch z Washington State University.

Měsíc Io se však vyvíjí a prochází různými stupni proměn stejně jako v dřívějších dobách Země i všechna ostatní tělesa. Je přátelštější a pohostinnější než v dávné minulosti, a pokud někdy nastane okamžik vhodný pro vznik nějaké formy života, je zde podle Schulze-Makucha šance, že by mohl přežít.

„Život na povrchu je stále téměř nemožný, ale pokud bychom hledali a sestoupili dolů, hlouběji do minerálních vrstev, dá se říci do skal, mohlo by to být už zajímavé,“ upozorňuje tento astrobiolog a dodává:

„Neměli bychom měsíc Io šmahem kategorizovat jako »mrtvý« jen proto, že je tak extrémní.“.

Mikrobi si poradí (skoro) všude

Je třeba také vzít v úvahu počítačové modely naznačující, že Io vznikala v oblasti blízko Jupiteru, kde byl dostatek vody zmrzlé v led. Planeta Io krátce po svém vzniku musela tedy obsahovat i určité množství vody, soudě podle množství vodního ledu na Europé a Ganymedu.

Ve spojení s teplem na Io matematický model nabízí představu určitého období, kdy byla na Io přítomna kapalná voda a zárodky života se mohly pokoušet uchytit.

Jupiterův vliv, záření, gravitace a stoupající teplota Io způsobily vymizení vody z planety asi během 10 000 000 let. Nevíme však, zda se voda nezachovala pod povrchem, kde by v určitém rozmezí teplot mohla tak existovat místa s dostatkem vody a geotermální energie a sirné sloučeniny by mohly být zdroji pro přežití prvních živých forem.

Mikrobi jsou běžnými obyvateli v podpovrchových puklinách pozemských sopek, od zóny Islandu až po horkou Saúdskou Arábii, a podobná místa jsou také favorizovanými kandidáty při hledání života na Marsu.

Síra jako rozpouštědlo pro život?

Podle Schulze-Makucha je třeba uvažovat o tom, že i kdyby život na Io vznikl pravděpodobně na bázi vody, vyvíjí se se změnou místních podmínek.

Není tedy vyloučeno, že v »základní polévce« byly hlavní ingredience postupně nahrazeny. Sirovodík, sulfan, je jedna z možností (ve vzorci H2O je kyslík nahrazen sírou – H2S). Sulfan zůstává kapalný v podmínkách Io teoreticky do  -86 °C až -60 °C.

Není sice tak efektivní jako rozpouštědlo pro ionty, ale může se v něm také rozpouštět mnoho různých látek včetně organických sloučenin.

Pokud existuje sirovodík, je v úvahách jen krok ke kyselině sírové. Ta je velmi reaktivní a může usnadnit vznik dříve neexistujících sloučenin. „Již mnohokrát jsme s kolegy v debatách zkoumali možnosti, zda síra může fungovat jako roztok pro nějaký  život.

I když Europa a Ganymed mají vyšší prioritu jako cíle pro budoucí výzkumné mise, Io by neměl být opomíjen,“ poznamenává Schulze-Makuch.

Jupiter chrání Zemi

*Magnetické pole Jupiteru, pozorovatelné i ze Země, se může jevit i 5x větší než úplněk našeho Měsíce, přestože je mnohem vzdálenější.

*Toto magnetické pole vytváří mohutné výrony urychlených částic, interaguje silně např. právě s měsícem Io. Magnetické pole je důstojné obří planety, 10x silnější než zemské a podle odhadů disponující 20 000x větším kvantem energie.

*»Severní« magnetický pól je na jižním geografickém pólu Jupiteru s odchylkou 11º od osy rotace, podobně jako je tomu u magnetického pole Země.

*Sondu Pioneer zasáhl impulz jupiterské magnetosféry ještě ve vzdálenosti 26 000 000 kilometrů a magnetická stopa, ohon, dosahuje až za oběžnou dráhu Saturnu.

*Proudy vysokoenergetických částic vyvrhuje Jupiter až k oběžné dráze Země. Jeho energické působení je i příčinou jeho pověsti ochránce vnitřních planet sluneční soustavy, tedy i Země, před kometami a asteroidy, které zřejmě neodolatelně přitahuje a ony ulétávají v jeho přítomnosti ze svých drah.

Průkopníci číslo 10 a 11

*Máme na mysli americké sondy Pioneer 10 a 11, vypuštěné rok po sobě (1972 a 73). První z nich překonala hlavní pás planetek a zkoumala Jupiter.

*Stihla nashromáždit zajímavá data, pak ale Jupiteru došla trpělivost s návštěvou a urychlil ji svým gravitačním polem do vnějších oblastí.

*Slabé signály se ozvaly ještě v lednu 2003 ze vzdálenosti 12 miliard km od Země. Pioneer 10 míří k Aldebaranu, kam může dorazit asi za 2 000 000 let a nese destičku s piktogramem o naší civilizaci.

*Stejnou nese i její dvojče, Pioneer 11, která svou misi brzy namířila od Jupiteru k Saturnu, ale ztratila se vzhledem ke slábnoucím zdrojům energie dřív, v listopadu 1995.

*V té době už ovšem minula Pluto a míří k souhvězdí Orla, ke hvězdě λ Aql, kam může dorazit asi za 4 000 000 let.

Jupiter má velkou suitu

Okolo Jupiteru krouží 63 pojmenovaných přirozených satelitů, z toho 47 je jich menších než 10 km v průměru. Byly objeveny až po roce 1975 a jejich původ vědci vysvětlují tak, že si je podle nejnovějších poznatků Jupiter ulovil, když se se Saturnem v patách stěhoval sluneční soustavou blíž ke Slunci a pak zase na vzdálenější pozice a díky své velikosti vymetal asteroidy ze svých drah.

Čtyři největší měsíce se nazývají galileovské, i když je možná nepozoroval první Galileo Galilei ale rok před ním, v roce 1609, německý astronom Simon Marius. Jmenují se Io, Europa, Ganymed a Callisto, podle bájných objektů touhy poněkud prostopášného vládce bezcharakterního římského pantheonu.