Venuše, jak by ji vidělo lidské oko. Zdroj: Mattias Malmer / NASA

Sen o vlhké Venuši

Do 60. let se všeobecně věřilo, že pod hustými mraky Venuše se mohou skrývat oceány, močály a džungle. V béčkových filmech se po planetě proháněli dinosauři i spoře oděné Amazonky, a věda dlouho nemohla nic z toho vyloučit. Mariner 2, který kolem Venuše proletěl v roce 1963, a z jejího mikrovlnného záření odhadl povrchovou teplotu. Spočítaná teplota kolem 200 °C představy o rajské planetě nadobro zničila – a to byla výrazně podhodnocená. Pozdější sovětské sondy naměřily teploty kolem 460°C.

Hlavní příčinou je hustá atmosféra Venuše, 100x mohutnější než pozemská a tvořená hlavně oxidem uhličitým. Za enormní teplotou na povrchu nestojí toliko skleníkový efekt, ale především brutální tlak – jakákoli atmosféra o tlaku 92 bar by byla na povrchu žhavá, i kdyby její složení bylo shodné s pozemským.

Je možné, a snad i pravděpodobné, že Venuše se mohla Zemi podobat v pradávných dobách, ale dříve či později se cosi pokazilo a její klima prošlo katastrofální změnou, ať už pomalou či rychlou. To by byl ale námět na samostatné vyprávění. V každém případě, pokud kdy na Venuši vybujel život, rostoucí teplota jej nevyhnutelně zahubila. Anebo možná ne.

Nebe nad peklem

Dnešní Venuše se považuje za neobyvatelnou planetu, která si nezasluhuje větší pozornost astrobiologů. Ne všichni s tím však souhlasí. Život by na Venuši přeci jen mohl najít příznivé podmínky, ovšem na velmi netypickém místě: vysoko v atmosféře.

Ve výšce zhruba 55 km nad povrchem, tedy přímo uprostřed mohutné vrstvy venušanských mračen, panuje téměř pokojová teplota a tlak jen o málo nižší než na povrchu Země. Organismy by zde mohly žít v oblačných kapičkách, či se volně vznášet v ovzduší, ať už ve formě suspenze, anebo nadlehčovány váčky s plynem (vodík, metan či dusík by k tomu perfektně posloužily).

Už Carl Sagan, jeden z vědců, kteří v 60. letech pomohli rozbořit mýtus Venuše jako "rajské" planety, v roce 1967 poukázal na to, že v její atmosféře by mohly žít organismy na principu vodíkových balonů, držící se ve vrstvách s příhodnou teplotou. Jejich velikost odhadl na 75 µm – 4 cm. Navzdory jeho reputaci však prakticky nikdo nebral tyto úvahy vážně.

Mikroorganismy rozptýlené v kapénkách mlhy kyseliny sírové. Zdroj: autor článku.

Saganovu ideu dále rozvinul americký astrobiolog David Grinspoon až koncem 90. let. Poukázal na známky chemické nerovnováhy v atmosféře Venuše. Chemická nerovnováha (kterou vidíme i v atmosféře Země v podobě "nepřirozeného" výskytu molekulového kyslíku, anebo na Marsu v podobě stop metanu) může, i když samozřejmě nemusí, být projevem živých bytostí (v případě Země jsou jimi rostliny). O několik let později se k tématu vrátili astrobiologové Dirk Schulze-Makuch a Louis Irwin. Jejich publikace na toto téma, uveřejněná v roce 2002, vyvolala velký ohlas, a byla jedním z podnětů, které autora těchto řádků přivedl k serióznímu zájmu o astrobiologii.

Co tyto badatele přimělo uvažovat o přítomnosti organismů? V atmosféře se totiž objevuje několik chemických anomálií. Zaprvé, oxid uhelnatý (CO), který by měl hromadně vznikat štěpením oxidu uhličitého prostřednictvím UV záření a blesků, zde prakticky chybí. Zadruhé se tam vyskytuje sirovodík (H₂S), který by měl být rychle odbouráván reakcemi s oxidem siřičitým (SO₂) a s kyselinou sírovou. Dále zde byl nalezen karbonylsulfid (COS, jinak také sulfid karbonylu nebo uhlíkosulfát), na Zemi vznikající jak geologickou aktivitou, tak činností mikroorganismů.

Odtud není daleko k představě mikroorganismů využívajících chemických reakcí mezi redukovanými molekulami (oxid uhelnatý) a oxidačními činidly (např. kyselina sírová či oxid siřičitý) jako zdroje energie, případně mikrobů fotosyntetizujících. Vedlejšími produkty jejich metabolismu, či případně rozkladu biologické hmoty by byly karbonylsulfid a sirovodík.

Podezřelé plyny ale mohou být generovány i geologickou činností, a musíme také počítat s tím, že v exotickém prostředí Venuše mohou i bez přispění živých organismů probíhat netušené chemické reakce.

Život v mracích

Hlavní překážkou pro život na Venuši je fakt, že případné organismy by neměly k dispozici pevný povrch, ale musely by celý život trávit volně v atmosféře, popř. v nitru oblačných kapének.

Mohou mikroby žít v oblacích? Na Zemi tak skutečně činí a reprodukují se tam, není to však pro ně žádný ráj, což je jasné už při prvním pohledu na nebe, kde vidíme bílá, nikoli zelená oblaka. Je to ale hlavně proto, že oblačné kapénky na Zemi jsou velmi krátkodobé a život v nich nemá dostatek času se řádně uchytit. Na Venuši je tomu však jinak – tamní mraky jsou stabilní, jednotlivé částečky mohou plout vzduchem po řadu měsíců, což je pro bakterie ekvivalent věčnosti. Samozřejmě, venušané by si museli vyvinout způsoby pohybu a migrace (pro osidlování nově vzniklých kapének), aby si zajistili přežití v řádu let a tisíciletí. Organismy by mohly být vybaveny i měchýřky s plynem. Tento způsob létání je praktický zejména pro větší organismy, například velké bakteriální kolonie nebo i něco složitějšího. Ostatně složitost ani velikost venušanského života není nijak omezena – místa, energie i živin je tu dost. Přesto je diskutabilní, zda by se dostatečně stabilní oblačná biosféra mohla udržet po celé miliardy let, navzdory velkým sopečným erupcím a jiným katastrofám.

Vznik organických ve vodném roztoku, jak k němu dochází na Zemi (vlevo), a hypotetické reakce v amoniakovém roztoku, například v podpovrchovém oceánu Titanu (uprostřed) a v silně kyselém prostředí, jaké najdeme v mracích Venuše (zcela vpravo). Přejato z Benner et al. (2004).

Pokud teplota, tlak i stabilita oblak na Venuši organismům v zásadě vyhovují, nedá se to tak zcela prohlásit o chemických podmínkách. Jmenovitě jde o hojnost kyseliny sírové a nedostatek vody.

Mnozí acidofilové žijí i v prostředí, jehož pH je nižší než nula, a stále se objevují jejich extrémnější a extrémnější druhy. Oblaka Venuše však zřejmě leží za limitem známých pozemských organismů (nikde v naší přírodě nenajdeme tak koncentrovanou kyselinu jako v mracích Venuše, kde tvoří asi 80% roztok). Ještě významnějším problémem než kyselost by byl celkově nízký obsah vody v atmosféře (jen 0,003%). Bakterie mají rády vlhko, zatímco Venuše je extrémně suchá a koncentrované kyseliny navíc mají silný vysušující efekt. Muselo by tedy jít o život poněkud odlišný od čehokoli, s čím jsme zatím měli tu čest. Steve Benner například navrhl alternativní biochemii odlišnou od pozemské, ale stále na uhlíkovém základě, která by fungovala i v silně kyselých podmínkách.

Problémem zde může být záření. Venuše sice nemá magnetické pole, ale sama její hustá atmosféra poskytuje slušnou ochranu před kosmickými paprsky i slunečním větrem. Bez ozonové vrstvy ale do ovzduší proniká velké množství UV paprsků, které jsou pro život našeho typu smrtící. Jako ochranný UV filtr by postačila obyčejná elementární síra (v podobě osmiatomových cyklických molekul), která má žádoucí vlastnosti (absorbuje UV a emituje světlo), na Venuši je hojná a mnoho mikrobů ji umí vytvářet. Mračna plná mikrobů se silným UV-filtrem by mohla vysvětlit existenci tmavých skvrn na ultrafialových snímcích Venuše. O jejich původu totiž stále mnoho nevíme.

Fosfan na Venuši

Nyní byl v atmosféře nalezen další plyn, který tam absolutně nemá co dělat – fosfan (PH3). Jeho množství v atmosféře Venuše se zdá být vyšší, než mohou vysvětlit abiotické zdroje. Za objevem stojí dálková detekce prostřednictvím mikrovlnné observatoře ALMA v Chile a havajského teleskopu  Jamese Clerke Maxwella (tytéž observatoře se podílely i na nedávném zobrazení černé díry). Článek (Greavesová a kol., 2020) mezinárodního týmu zahrnujícího odborníky z University of Manchester, Massachusetts Institute of Technology a Cardiff University by se měl objevit ještě dnes v časopise Nature Astronomy.
Zajímavé je, že výzkum mezinárodního týmu byl především zaměřen na využití fosfanu jako biomarkeru v atmosférách exoplanet. Venuše byla spíše "cvičným cílem" a pozitivní detekce tohoto plynu v nemalém množství přišla jako zajímavé překvapení. Fosfan byl detekován mikrovlnými teleskopy na milimetrových vlnových délkách. Autoři jeho podíl v atmosféře odhadli na 20 ppb (miliardtin).
V pozemské přírodě se fosfan vytváří v rozkládající se organické hmotě, přirozeně se vyskytuje na plynných obrech. Jeho vznik na Venuši je ale záhadou – vznik fosfovodíku vyžaduje silně redukované prostředí, které by mělo na této brutálně oxidující planetě s minimem vodíku zcela chybět. Do hry se proto opět dostává život – ať už současný atmosférický,  anebo snad i fosilní ložiska ukrytá stamiliony let v kůře planety (rozklad organické hmoty může být široký pojem).
Fosfan byl detekován především ve středních šířkách, na pólech byl pod limitem detekce. Pozorovaný signál přichází nejspíše ze střední a vyšší části oblačné vrstvy, s tlakem okolo 0,5 bar - tedy právě z míst, kde očekáváme výskyt života. Zajímavé při tom je, že právě střední šířky nabízejí nejstabilnější podmínky pro organismy, kapénky tam setrvávají ve vhodné výšce po dobu 70 - 90 pozemských dnů! Prostorové rozložení fosfanu tedy odpovídá biologickému původu, ačkoli jej nedokazuje.
Jako kontrola použité metody byla pozorována i lehká a těžká voda v atmosféře, jejich naměřené množství odpovídá tomu, co zjistily dříve kosmické sondy.
Fosfan může vznikat také abioticky, například reakcí mezi meteorickým železem (s obsahem fosforu) a kyselinou sírovou. Podle výpočtů Greavesové a kol. na Venuši ovšem ani zdaleka nedopadá tolik meteoritů, aby tento zdroj připadal v úvahu. Podobně vyloučili i geologické procesy, fotochemii a údery blesků.
Zajímavé je, že sondy Vega již v 80. letech nalezly v atmosféře Venuše fosfor (v poměrně velkém množství až 2 ppm okolo 50-km výšky), nebyly ale schopny určit, o jaké sloučeniny se jedná.

Najdeme je?

Schéma možného života.

S důkazy života na Venuši bohužel zatím moc slavné není. Máme jen stopy chemických nerovnováh a anomálií v atmosféře, které mohou, ale nemusejí být dílem života. Fosfan je jen poslední v jejich řadě. Obdobné náznaky jsme zaznamenali také na Titanu a na Marsu, tedy v podstatě na všech planetách, které atmosféru mají a byly podrobeny detailnímu zkoumání

Možná už jsme venušanské organismy dokonce přímo pozorovali. Měření kosmických sond, počínaje misí Pioneer Venus, nalezly ve spodní vrstvě mračen částice nepravidelného tvaru o rozměrech asi 25 mikrometrů, nazývané "mode 3 particles". Nacházejí se v nižší vrstvě atmosféry, ve výšce 50 km (kde panují teploty kolem 70°C). Jsou zde velmi hojné, skládají se z povlaku kyseliny sírové a neprůhledného jádra. Jejich složení neznáme. Možná jde přímo o organismy, nebo kapénky osídlené bakteriálními koloniemi. Stejně dobře ale může jít o shluky sirných či jiných krystalů.

Pátrání po životě na Venuši by mohlo být relativně jednoduché. Stačila by sonda nesená balonem, která by zachycovala a zkoumala oblačné kapénky. Venuše je blízko, technologie balonů je odzkoušená (dva aerostaty tam již vypustily sovětské sondy Vega) a vhodné detekční metody také „umíme“. Užitečnými nástroji by byly spektrometry pro chemickou analýzu, mikroskop pro pozorování živých i neživých částic, molekulárně-biologický experiment detekující přítomnost nukleových kyselin a/nebo aminokyselin, a možná i komůrky pro kultivaci, kde by bylo možné sledovat růst organismů a jejich metabolismus, jakousi sofistikovanější verzi toho, oč se pokoušely Vikingy na Marsu.

Na mnoha jiných kosmických tělesech (Mars, Europa...), se život může vyskytovat jen v těžko přístupných biotopech pod povrchem, a nejspíše jen na speciálních lokalitách, které nebude snadné vypátrat. Negativní výsledky detekčních pokusů proto nemusejí mít žádnou výpovědní hodnotu o takovém tělese jako celku. Naopak mise hledající život na Venuši, pokud by během svého funkčního období pročesala všechny tři hlavní oblačné vrstvy, by podala v podstatě úplný a reprezentativní obraz o celé planetě, a pokud v oblacích nějací mikrobi žijí, snad by je ani nemohla minout.

Americká společnost Rocket Lab, přesněji řečeno její ředitel Peter Beck, plánuje vyslat soukromou astrobiologickou misi k Venuši již v roce 2023. Sondu by měla vynést raketa Electron, kterou firma úspěšně provozuje již od roku 2017. Můžeme předpokládat, že fosfanová senzace podobné plány jen podpoří.

Odkazy:

Cockell, C. S.: Life on Venus. Planetary and Space Science, Volume 47, Issue 12, p. 1487-1501.

Sattler, Birgit; Puxbaum, Hans; Psenner, Roland: Bacterial growth in supercooled cloud droplets. Geophysical Research Letters, Volume 28, Issue 2, p. 239-242, 2001.

Schulze-Makuch, D., Grinspoon, D.H., Abbas, O., Irwin, L.N. and Bullock, M. (2004) A sulfur-based UV adaptation strategy for putative phototrophic life in the Venusian atmosphere. Astrobiology vol 4, no. 1, p. 11-18.

Schulze-Makuch, Dirk; Irwin, Louis N.: The prospect of alien life in exotic forms on other worlds. Naturwissenschaften, Volume 93, Issue 4, pp.155-172, 2006.

Benner, S. A., Ricardo, A., & Carrigan, M. A. (2004). Is there a common chemical model for life in the universe?. Current opinion in chemical biology, 8(6), 672-689.

Jinju, G., Rui, Z., & Xiaorong, W. Chemical Origin of Phosphine in Nature. In 2010 4th International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering.

http://nasawatch.com/archives/2020/09/phosphine-detec.html?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+nasawatch%2FAekt+%28NASA+Watch%29

https://www.space.com/rocket-lab-private-venus-mission-2023.html

Greaves, J.S., Richards, A.M.S., Bains, W. et al. Phosphine gas in the cloud decks of Venus. Nat Astron (2020). https://doi.org/10.1038/s41550-020-1174-4