Planeti bez vode mogu proizvoditi ionske tekućine

Voda je neophodna za život na Zemlji. Dakle, tekućina mora biti uvjet za život na drugim svjetovima. Desetljećima se znanstvena definicija nastanjivosti na drugim planetima temeljila na toj pretpostavci.

No ono što neke planete čini nastanjivima možda ima vrlo malo veze s vodom. Zapravo, sasvim drugačija vrsta tekućine mogla bi zamislivo podržavati život u svjetovima gdje voda jedva da postoji. To je mogućnost koju znanstvenici s MIT-a iznose u studiji koja se ovog tjedna pojavljuje u časopisu PNAS.

Laboratorijskim eksperimentima istraživači su otkrili da se vrsta tekućine poznata kao ionska tekućina može lako formirati iz kemijskih sastojaka za koje se očekuje da se nalaze i na površini nekih stjenovitih planeta i mjeseca. Ionske tekućine su soli koje postoje u tekućem obliku ispod oko 100 stupnjeva Celzija. Eksperimenti tima pokazali su da mješavina sumporne kiseline i određenih organskih spojeva koji sadrže dušik proizvodi takvu tekućinu. Na stjenovitim planetima sumporna kiselina može biti nusprodukt vulkanske aktivnosti, dok su spojevi koji sadrže dušik otkriveni na nekoliko asteroida i planeta u našem Sunčevom sustavu, što sugerira da bi spojevi mogli biti prisutni i u drugim planetarnim sustavima.

Ionske tekućine imaju izuzetno nizak tlak pare i ne isparavaju. Mogu se formirati i opstati na višim temperaturama i nižim tlakovima od onih koje tekuća voda može podnijeti. Istraživači napominju da ionska tekućina može biti gostoljubivo okruženje za neke biomolekule, poput određenih proteina koji mogu ostati stabilni u tekućini.

Znanstvenici pretpostavljaju da bi, čak i na planetima koji su pretopli ili imaju atmosfere preniskog tlaka za tekuću vodu, još uvijek mogli postojati džepovi ionske tekućine. A tamo gdje ima tekućine, može postojati potencijal za život, iako vjerojatno ne nešto što nalikuje Zemljinim bićima na bazi vode.

„Smatramo da je voda potrebna za život jer je to ono što je potrebno za život na Zemlji. Ali ako pogledamo općenitiju definiciju, vidimo da nam je potrebna tekućina u kojoj se može odvijati metabolizam za život“, kaže Rachana Agrawal, koja je vodila studiju kao postdoktorandica na MIT-ovom Odjelu za Zemlju, atmosferu i planetarne znanosti. „Sada, ako uključimo ionsku tekućinu kao mogućnost, to može dramatično povećati zonu nastanjivosti za sve stjenovite svjetove.“

Rad tima s ionskom tekućinom proizašao je iz nastojanja da se traže znakovi života na Veneri, gdje oblaci sumporne kiseline obavijaju planet otrovnom maglom. Unatoč njezinoj toksičnosti, Venerini oblaci mogu sadržavati znakove života, što je ideja koju znanstvenici planiraju testirati nadolazećim misijama u atmosferu planeta.

Znanstvenici koji vode misije Morning Star na Veneri, istraživali su načine prikupljanja i isparavanja sumporne kiseline. Ako misija prikuplja uzorke iz Venerinih oblaka, sumporna kiselina bi morala biti isparena kako bi se otkrili svi preostali organski spojevi koji bi se zatim mogli analizirati na znakove života.

Istraživači su koristili svoj prilagođeni niskotlačni sustav dizajniran za isparavanje viška sumporne kiseline kako bi testirali isparavanje otopine kiseline i organskog spoja, glicina. Otkrili su da je u svakom slučaju, dok je većina tekuće sumporne kiseline isparavala, uvijek ostajao tvrdokorni sloj tekućine. Ubrzo su shvatili da sumporna kiselina kemijski reagira s glicinom, što rezultira izmjenom atoma vodika iz kiseline u organski spoj. Rezultat je bila tekuća smjesa soli ili iona, poznata kao ionska tekućina, koja se zadržava kao tekućina u širokom rasponu temperatura i tlakova.

Ovo slučajno otkriće potaknulo je ideju: Može li se ionska tekućina formirati na planetima koji su pretopli i čija je atmosfera prerijetka za postojanje vode?

„Odatle smo se odlučili za maštu i zamislili što bi to moglo značiti“, kaže Agrawal. „Sumporna kiselina se na Zemlji nalazi u vulkanima, a organski spojevi pronađeni su na asteroidima i drugim planetarnim tijelima. To nas je navelo na razmišljanje mogu li se ionske tekućine potencijalno formirati i prirodno postojati na egzoplanetima.“

Na Zemlji se ionske tekućine uglavnom sintetiziraju u industrijske svrhe. Ne pojavljuju se prirodno, osim u jednom specifičnom slučaju, u kojem tekućina nastaje miješanjem otrova koje proizvode dvije suparničke vrste mrava.

Tim je krenuo istražiti u kojim uvjetima se ionska tekućina može prirodno proizvesti i u kojem rasponu temperatura i tlakova. U laboratoriju su miješali sumpornu kiselinu s raznim organskim spojevima koji sadrže dušik. U prethodnom radu tim je otkrio da su spojevi, od kojih se neki mogu smatrati sastojcima povezanim sa životom, iznenađujuće stabilni u sumpornoj kiselini.

Reakcija bi mogla proizvesti malo ionske tekućine ako su sumporna kiselina i organske tvari koje sadrže dušik u omjeru jedan prema jedan, omjer koji nije bio u fokusu prethodnog rada. Za svoju novu studiju, znanstvenici su pomiješali sumpornu kiselinu s preko 30 različitih organskih spojeva koji sadrže dušik, u rasponu temperatura i tlakova, a zatim su promatrali nastaje li ionska tekućina kada ispare sumpornu kiselinu u raznim bočicama. Također su pomiješali sastojke na bazaltne stijene, za koje se zna da postoje na površini mnogih stjenovitih planeta.

„Bili smo jednostavno zapanjeni da se ionska tekućina formira pod toliko različitih uvjeta. Ako stavite sumpornu kiselinu i organsku tvar na stijenu, višak sumporne kiseline prodire u pore stijene, ali i dalje ostaje kapljica ionske tekućine na stijeni. Što god smo pokušali, ionska tekućina se i dalje formirala.“

Tim je otkrio da reakcije proizvode ionsku tekućinu na temperaturama do 180 stupnjeva Celzija i pri izuzetno niskim tlakovima, mnogo nižim od tlaka Zemljine atmosfere. Njihovi rezultati sugeriraju da bi se ionska tekućina mogla prirodno formirati na drugim planetima gdje tekuća voda ne može postojati, pod pravim uvjetima.

U budućnosti, tim planira daljnje istraživanje kako bi vidio koje biomolekule i sastojci za život mogu preživjeti i napredovati u ionskoj tekućini.