Mars: cesta k methanu a (mnohem) dál

Velkou neznámou byl pro vědce původ methanu, který na Marsu objevila právě sonda Curiosity. Na Zemi je jeho vznik spojený hlavně s činností živých organismů, ale jak je tomu na rudé planetě bez života? Na cestu za odpovědí na tuto otázku se vydali čeští vědci prof. Svatopluk Civiš a Mgr. Antonín Knížek z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského a Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy.

Cyklus uhlíku na Zemi je dobře prozkoumaný děj, který však z velké části zahrnuje i biosféru neboli živé organismy. Ve vesmíru může být cyklus podobný jen bez vlivu biosféry. Vesmírná tělesa je nicméně komplikované zkoumat přímo, a tak se výzkum jejich chemie provádí hlavně simulací odpovídajících podmínek v laboratořích. Dosud publikované modely byly založeny hlavně na geochemických parametrech, tedy jako hlavní faktor uvažovaly složení samotné planety. Nově navržená síť reakcí spoléhá hlavně na fotochemii, a to hlavně vliv UV záření, které na Marsu není stíněno ozonovou vrstvou jako je tomu na Zemi. To je i důvodem, proč má navržený cyklus na Zemi pravděpodobně zanedbatelný význam, avšak představuje velmi významný děj pro složení atmosféry, a dokonce tvorbu některých složitějších molekul, na Marsu a dalších podobných planetách bez života.

Nový model dělí cyklus uhlíku do čtyř částí. Vše začíná u oxidu uhličitého, který je hlavní složkou atmosféry na rudé planetě. Působením UV záření pocházejícího ze Slunce může za přispění minerálů na povrchu planety dojít k chemické přeměně oxidu uhličitého na methan. Jeho vznik také vyžaduje přítomnost vody nebo kyseliny, jakou je například kyselina chlorovodíková, která byla nedávno na Marsu objevena. Vědci tak použili při experimentech právě tuto látku a zaznamenali vznik vedlejších produktů, jejichž přítomnost na rudé planetě byla taktéž potvrzena a doposud nebyla uspokojivě vysvětlena.

Další části procesu jsou výměna atomů mezi molekulami oxidu uhličitého a minerálním povrchem planety a regenerace oxidu uhličitého destrukcí vznikajících produktů. Výměna atomů může mít vliv na složení atmosféry i povrchu planety. Destrukce látek může probíhat v kterékoliv fázi cyklu a je důvodem pro úbytek methanu, který však probíhá pomaleji než jeho vznik. Příčinou destrukce produktů cyklu jsou obvykle běžné děje jako oheň, blesky, atmosférické výboje a reakce s jinými reaktivními molekulami.

Navržený cyklus je významný nejen pro Mars, ale pro jakékoliv vesmírné těleso s podobně vhodnými podmínkami, kterými jsou přítomnost oxidu uhličitého, vodíku (ve formě vody nebo kyseliny), UV záření a vhodného minerálního povrchu. Tento proces tak nemůže probíhat například na Venuši, kvůli její silné atmosféře zabraňující vstupu UV záření. Pro současnou Zemi je tento proces také bezvýznamný, avšak nemuselo tomu tak být vždy. Země má méně vhodný povrch než Mars, ale v dobách před vznikem ozonové vrstvy a velkého množství kyslíku v atmosféře, mohly být podmínky pro vznik methanu za působení UV záření mnohem příhodnější. Tento proces tedy mohl přispívat ke složení atmosféry prehistorické Země významněji, než je tomu dnes.

Redukovaná prostředí, ve kterých tyto procesy probíhají jsou také vhodné pro vznik komplikovanějších organických molekul bez přispění živých organismů. Takovými molekulami jsou hlavně aminokyseliny a báze nukleových kyselin, tedy základní molekuly pro život tak, jak ho známe. Vědci namodelovali podmínky, za kterých tyto molekuly skutečně vznikly ze směsi produktů při vzniku methanu, dusíku a vodní páry. Simulace odpovídala reálným podmínkám při střetu planety s asteroidem. Celý cyklus uhlíku je vysoce komplexní a může vysvětlit nejen přítomnost methanu na rudé planetě, ale dotýká se také problematiky vzniku života.

Podařilo se tak navrhnout nový cyklus uhlíku, který by mohl vysvětlit původ methanu na Marsu. Ten byl nedávno detegován sondou Curiosity, avšak kosmická loď Trace Gas Orbiter nezaznamenala žádnou přítomnost této látky. Otázka přítomnosti a původu methanu na rudé planetě tak stále zůstává pootevřena.