Přistála "Vytrvalost" - sonda, která může vyřešit záhadu minulosti Marsu

Na Marsu ve čtvrtek úspěšně přistál další automatický průzkumník amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA). K hlavním úkolům vozítka Perseverance bude patřit hledání známek možného mikrobiálního života na rudé planetě v dávné minulosti. Během krátké doby osmi dnů je to už třetí vědecký aparát vyslaný lidmi, který k Marsu dorazil. Při této příležitosti odemykáme následující text. Pokud podobné články oceňujete, chcete je číst pravidelně a podpořit nás v současné situaci,  staňte se naším předplatitelem.

Nebe protne ohnivá čára a do kamenité pouště v Utahu prudce dopadá nevelký předmět tvaru létajícího talíře. Padá rovnou z oblohy, bez padáků či výšlehů z trysek. Uvnitř je 30 „doutníků“ z titanu – 30 tenkých pouzder, z nichž každé obsahuje vzorek hornin z Marsu. Píše se rok 2031 a vědci díky této kosmické poště mohou vůbec poprvé zkoumat materiál dovezený z jiné planety; určit jeho stáří, podmínky, za kterých vznikal, a hledat v něm stopy dávných mikroorganismů.

Takto vypadá společný ambiciózní plán NASA a Evropské kosmické agentury (ESA), jehož plnění by mělo začít co nevidět. Koncem července nebo začátkem srpna odstartuje americká sonda Perseverance (Vytrvalost), jejímž úkolem bude vzorky sesbírat na jednom z nejzajímavějších míst Marsu: v kráteru se slovanským jménem Jezero (čti dže-ze-rou), pojmenovaném po městě v Bosně a Hercegovině. Před miliardami let tu proudící voda prorazila okraj kráteru a vytvořila v něm vodní plochu, do které ukládala sedimenty. S trochou nadsázky lze říci, že jestli jsou někde na Marsu stopy dávného života, tak právě tady.

Co bude se vzorky dál, je poněkud nejisté. Na Zemi je totiž mají dopravit dvě další sondy, jejichž vývoj ještě ani nezačal. Půjde o nesmírně drahou a náročnou misi, jejíž součástí bude sběr pouzder se vzorky „rozházených“ po povrch Marsu, jejich vystřelení na oběžnou dráhu – vůbec první start z povrchu jiné planety – a další komplikované operace. „Je to stejně složité jako poslat člověka na Měsíc,“ řekl v lednu časopisu Science šéf projektu Brian Muirhead z Laboratoře tryskového pohonu při NASA.

Jestli se ale vše podaří, může se kromě otázky existence života definitivně vyřešit i další záhada obestírající minulost čtvrté planety. „Když se ocitnete na jakémkoli semináři věnovaném ranému Marsu, rychle si uvědomíte, že průběh bojové linie je pevně dán,“ napsal nedávno časopis Nature Geoscience. Na jedné straně jsou zakopáni vědci, kteří se domnívají, že Mars se v dávné minulosti celé geologické věky podobal Zemi s jejím teplým podnebím, dešti, řekami, jezery a snad i moři. Jejich protivníci naproti tomu tvrdí, že voda tekla po ledově studeném Marsu vždy jen krátce, během přechodného tání, což by vznik života značně komplikovalo. Průběh fronty se v téhle „válce o klima“ už léta moc nemění. Munici jedné či druhé straně totiž může dodat jen sám povrch Marsu. A nejlépe právě vzorky dopravené do pozemských laboratoří.

Kvadratura kruhu

Příběh lokality Jezero začal podle odhadů před téměř čtyřmi miliardami let, kdy se na Zemi teprve rodil bakteriální život. Do povrchu Marsu tehdy narazil asteroid a vyhloubil kráter o průměru 45 kilometrů. Západně od něj pak voda vymlela kaňon a prorazila i vnější val kráteru, jehož vnitřek pak postupně naplnila jako obrovskou vanu. Po čase se provalil východní okraj této terénní mísy a jezero, tehdy již hluboké 250 metrů, zmizelo stejně náhle, jako se objevilo.

To vše je jako na dlani viditelné z oběžné dráhy Marsu: hluboké záhyby kaňonu na západě se vinou se až k přerušenému valu kráteru a hned za tím se rozprostírá říční delta podobná deltě Mississippi či Nilu. Útvar připomínající dlaň s rozevřenými prsty vzniká všude tam, kde se rychle tekoucí voda střetne s klidnou hladinou a rozptýlené horniny začnou z proudu vypadávat a usazovat se na dně. „Pokud jste měl někdy možnost pozorovat po bouřce splachy z polí, miniaturní delty se dělají i v kalužích pod okrajem pole. Je to hezká podívaná,“ vysvětluje planetolog Petr Brož z Geofyzikálního ústavu AV ČR.

Co však z oběžné dráhy zjistit nelze, je odpověď na dvě zásadní otázky: jak dlouho jezero existovalo a jestli v něm byl život. Pokud se jezero v kráteru rozprostíralo desítky milionů let, přineslo by to zadostiučinění táboru, který se domnívá, že se Mars během své rané existence dlouho podobal Zemi. O tom, že tomu tak bylo, svědčí řada indicií z celé planety: sítě údolí, koryt a kaňonů podobající se dílu pozemských řek, charakteristické usazeniny vznikající na Zemi v místech, kde divoké horské řeky ztratí na síle, přítomnost minerálů potřebujících ke svému vzniku kapalnou vodu, a dokonce linie pobřeží připomínající břeh dávného oceánu.

Přesto se značná část vědců odmítá s teplým a vlhkým Marsem smířit. Neumí si totiž představit žádný mechanismus, který by planetu dostatečně ohřál. Mars je dál od Slunce než Země a má mnohem řidší ovzduší. Rané Slunce navíc zářilo podstatně méně než to dnešní. Různé klimatické modely od devadesátých let vytrvale ukazují, že Mars prostě nemohl být po desítky milionů let světem podobným Zemi.

Co modely připouštějí, jsou jen krátké, maximálně tisíce let trvající periody oteplení – například poté, co výbuchy sopek nebo dopady asteroidů uvolnily do ovzduší vodík, důležitý skleníkový plyn. Teplota stoupla, led pod povrchem začal tát a výrony vody způsobily zvětrávání minerálů obsahujících železo, díky čemuž do atmosféry proudil další vodík. Plyn však v atmosféře nevydržel dlouho a planeta tak opět brzy zamrzla. V takových podmínkách by život vznikal mnohem obtížněji.

Jak pak ale vysvětlit, že usazeniny v kráteru Gale, které od roku 2011 zkoumala sonda Curiosity, zřejmě skutečně vznikaly desítky milionů let – a nepochybně ve vodním prostředí? Cosi muselo na Marsu udržovat vysoké teploty po celý tento oceán času, kdy se navíc kvůli nestabilní rotační ose planety kráter střídavě ocital blízko pólu a rovníku (viz rámeček). Je to zdánlivě neřešitelný problém, cosi jako kvadratura kruhu. „Něco nám chybí a nevíme, co to je,“ řekl časopisu Science geolog z  Kalifornského technologického institutu John Grotzinger, bývalý vedoucí vědeckého programu Curiosity.

Diskutuje se proto i o kompromisních scénářích. Jeden v Nature Geoscience nedávno publikovali vědci Ramses Ramirez a Robert Craddock. Raný Mars byl podle něj dlouho relativně teplý, ale sušší, než si běžně představujeme. Tamní podmínky připomínaly pozemské pouště, kde je voda vzácností, přesto tam občas prší. Klid zbraní se ale přes podobné pokusy o smír nerýsuje a řešení se nejspíš nedočkáme, dokud se vzorky neocitnou v pozemských laboratořích.

Napříč kráterem

Perseverance, poháněná radioaktivní energií, shromáždí vzorky v podobě miniaturních vrtných jader, tenkých válečků o velikosti plnicího pera uložených ve zmíněných titanových „doutnících“. Během své pouti kráterem je sonda o velikosti terénního auta odebere z mnoha různých míst na jeho dně, okrajích a případně i v jeho okolí.

Spory o délku trvání jezera by měly vyřešit vulkanické horniny vyvrhované kdysi do ovzduší nedalekou sopkou Syrtis Major. Přikryly dno kráteru předtím, než v něm jezero vzniklo, a poté i na konci jeho existence. Určení doby jejich vzniku bude zřejmě vůbec prvním přesným údajem o geologickém stáří určité oblasti na Marsu – přímo na povrchu čtvrté planety totiž horniny spolehlivě datovat zatím neumíme.

S nedočkavostí se čeká i na vzorky jemnozrnných usazenin přímo z delty v „Jezeře“. Na dně pozemských jezer bahno uchovává mikroorganismy, které se coby fosilie stávají součástí sedimentů. Sonda při jízdě někdejší deltou také pomocí radaru prozkoumá usazeniny až do hloubky deseti metrů. Pokud by našla velké balvany, bude to znamenat, že hladinu jezera většinou pokrýval led, který transportoval kameny dále od břehů – než se během přechodného tání potopily na dno.

Neumíme si představit žádný mechanismus, který by Mars dostatečně ohřál.

Pískovce z okrajových částí delty mohou skrývat další důležitou stopu. Podobně jako dnes Země, i Mars mohl mít kdysi silné magnetické pole generované prouděním roztavených hornin v nitru planety. A právě zánik magnetického pole v době, kdy planetární dynamo vychladlo a „zadřelo se“, mohl nasměrovat Mars na dráhu studené existence. Bez ochrany pole totiž proud elektricky nabitých částic ze Slunce odvane většinu atmosféry do kosmického prostoru, skleníkový jev výrazně zeslábne a planeta vychladne.

Po skončení hlavní dvouleté mise, během níž ujede více než 15 kilometrů terénem, zamíří Perseverance do výše položených míst, kde voda zřejmě omývala stěny kráteru. Jsou tu horniny bohaté na uhlík a jak vysvětluje Petr Brož, na Zemi podobné horniny často vznikají díky živým organismům, protože právě u břehů jezer se ukládá organický materiál přinášený vlnami. Vzorky odtud by proto mohly obsahovat biochemické stopy existence dávných „Marťanů“. Výzkum okrajového valu je zajímavý i proto, že tu kdysi možná tryskaly horké prameny živené teplem uvolněným při vzniku kráteru, což opět znamená vhodné prostředí pro život.

Kdo bude první?

Sonda ponese řadu přístrojů i pro výzkum přímo na Marsu: Kromě zmíněného radaru také třeba ultrafialový a rentgenový spektrometr pro hledání organických látek. Na povrch také ze svého „břicha“ jako dračí vejce „snese“ miniaturní vrtulník na sluneční baterie. Dron se dvěma vrtulemi o průměru zhruba metr pak uskuteční pět maximálně tříminutových letů a z výšky několika metrů bude fotografovat terén.

Klíčovým prvkem mise je ale právě odběr vzorků. Některá z celkem 43 titanových pouzder nechá „vozítko“ ležet na povrchu planety, další zůstanou na jeho palubě. V roce 2026 má pak začít další část projektu, tentokrát v podobě komplikované společné mise NASA a Evropské kosmické agentury (ESA). Evropský „rover“ posbírá 30 potenciálně nejzajímavějších „doutníků“, vrátí se s nimi k americké sondě, která ho na Mars dopravila, vloží je do startovacího pouzdra vyrobeného NASA, a to je vynese na oběžnou dráhu. Tam je nabere návratová sonda a dopraví je k Zemi, kam dorazí ve zmíněném roce 2031. Celkově má celý projekt – včetně současné sondy Perseverance – stát deset miliard dolarů.

Termíny je samozřejmě třeba – jako ostatně všechno v kosmickém výzkumu – brát s rezervou. Jak upozorňuje publicista a odborník na kosmonautiku Tomáš Přibyl, vývoj žádné ze sond pro dopravu vzorků z Marsu ještě ani nezačal – čeká se zřejmě na to, zda Perseverance uspěje. Vývoj tohoto „roveru“ přitom trval osm let, ačkoli vycházel z již vyzkoušených technologií sondy Curiosity. Prioritou NASA v následujících letech bude navíc příprava dvou komplikovaných a průlomových sond k Jupiterovu měsíci Europa, jež mají do kosmu startovat zhruba v polovině této dekády.

Agentura možná nebude mít v následujících letech na vývoj marsovských sond dost peněz ani sil. Start v roce 2026 je proto podle Přibyla nereálný, vzorky na Zemi nejspíš nedorazí dříve než kolem roku 2035. To už se ale mohou po Marsu procházet astronauti vyslaní vizionářem Elonem Muskem a možná i samou NASA. „Lze si představit, že pouzdra se vzorky zůstanou v kráteru ležet navždy. Za 15 let můžeme znát Mars mnohem lépe a nebudeme je už potřebovat,“ uzavírá prozatím tento napínavý příběh Tomáš Přibyl.