Kdyby vás někdo požádal, abyste nakreslili jinou planetu než naši, pravděpodobně byste nakreslili Saturn, a to kvůli jeho prstencům. Po většinu historie však lidé nemohli prstence vidět. Ani astronomové ve starověké Indii, Egyptě, Babylonu nebo islámském světě. Ani Ptolemaios nebo Řekové, kteří přesto rozeznali, že Saturn je od Země dál než Merkur nebo Venuše. Ani Mikuláš Koperník, který ukázal, že Země je jen další planeta obíhající kolem Slunce. A dokonce ani Tycho Brahe, dánský šlechtic a alchymista, který se pokusil vypočítat průměr Saturnu (byl daleko vedle).

Je to Galileo Galilei, kdo tam jako první něco zahlédl. Jeho primitivní dalekohled mu poskytoval jen o něco lepší výhled na oblohu než pouhé oko a v roce 1610 se mu zdálo, že vidí dvě neobjevená tělesa po stranách Saturnu, na každé straně jedno. „Skutečnost je taková, že planeta Saturn není jedna jediná,“ napsal poradci toskánského velkovévody, „ale skládá se ze tří“. O dva roky později, kdy byly prstence nakloněny přímo ke Slunci hranou a ze Země v podstatě neviditelné, však Galileo s údivem zjistil, že oba záhadní společníci zmizeli. „Co se dá říci o tak podivné metamorfóze?“ divil se.

Nejlepší mozky 17. století přišly s nejrůznějšími teoriemi: Saturn měl elipsoidní tvar, byl obklopen parami, byl to vlastně sféroid se dvěma tmavými skvrnami nebo měl korónu, která se otáčela spolu s planetou. V roce 1659 pak nizozemský astronom Christiaan Huygens poprvé vyslovil domněnku, že Saturn je obklopen „tenkým plochým prstencem, který se nikde nedotýká a je skloněn k ekliptice“. Italsko-francouzský astronom Giovanni Cassini šel v roce 1675 ještě dál, když si všiml záhadné tenké tmavé mezery téměř uprostřed prstence. To, co se zdálo být jedním prstencem, se ukázalo být ještě složitější. Astronomové dnes vědí, že tento „prstenec“ se ve skutečnosti skládá z osmi hlavních prstenců a tisíců dalších prstenců a oddílů. Některé z prstenců mají plnohodnotné měsíce, které se v nich potulují.

První přímé měření prstenců provedli opět Cassini a Huygens. Nikoli muži, ale mise NASA Cassini-Huygens za 4 miliardy dolarů, která byla zahájena v roce 1997 a obíhala Saturn a jeho měsíce až do roku 2017. (Letos v létě NASA oznámila novou misi k Titanu, největšímu Saturnovu měsíci, nazvanou Dragonfly). Sonda potvrdila, že prstence jsou tvořeny převážně kusy vodního ledu o velikosti od submikroskopických částic až po balvany široké desítky metrů. Na oběžné dráze kolem Saturnu zůstávají ze stejného důvodu jako Měsíc na oběžné dráze kolem Země: Jejich rychlost je dostatečně vysoká na to, aby jen stěží působila proti gravitační síle planety a udržovala je v dostatečné vzdálenosti. Ledové částice padají do tvaru prstence, protože každá z nich se pohybuje po podobné dráze. Částice ve vnitřních prstencích se pohybují rychleji než částice ve vnějších prstencích, protože bojují proti silnější gravitační přitažlivosti.

Prstence mají tak velkou šířku, že jejich nejvzdálenější obvod je větší než vzdálenost Země od Měsíce. Jsou však tak tenké, že během Saturnovy rovnodennosti, kdy světlo ze Slunce dopadá přímo na prstence, při pohledu ze Země všechny téměř zmizí. Předpokládá se, že průměrná tloušťka hlavních prstenců nepřesahuje 30 stop. Nedávná studie ukázala, že části prstence B – nejjasnějšího ze všech prstenců – mají tloušťku pouze tři až deset stop.

Astronomové si dlouho lámali hlavu nad původem Saturnových prstenců. Někteří se domnívali, že se objevily, když se planeta poprvé stáhla k sobě asi před 4,5 miliardami let. Jiní se domnívali, že vznikly srážkou měsíců, asteroidů, komet nebo dokonce zbytků trpasličích planet, možná až před deseti miliony let. Zdálo se však, že otázka, jak dlouho vydrží, je málo vážně zajímá. Většina Saturnových prstenců leží uvnitř takzvané Rocheovy meze – vzdálenosti, v níž může družice obíhat kolem velkého objektu, aniž by slapová síla planety přemohla vlastní gravitaci objektu a roztrhala ji. (Saturnovy prstence, které leží mimo Rocheovu mez, zůstávají pohromadě díky gravitačnímu vlivu jiných satelitů, například měsíců.) Pokud prstence dosud zůstávaly neporušené, uvažovala většina lidí, zdálo se nepravděpodobné, že by se náhle začaly rozpadat.

V létě roku 2012 seděl šestadvacetiletý doktorand James O’Donoghue v nenápadné laboratoři na univerzitě v anglickém Leicesteru. Byl pověřen pozorováním Saturnových polárních září – světelných show kolem jeho pólů. Zaměřil se zejména na formu vodíku zvanou H3+, vysoce reaktivní ion se třemi protony a dvěma elektrony. H3+ hraje roli v celé řadě chemických reakcí, od vzniku vody a uhlíku až po vznik hvězd. Jak říká O’Donoghue: „Pokaždé, když se podíváme na H3+, pomůže nám to odhalit nějakou skvělou, bláznivou fyziku.“

O’Donoghue rád pracoval dlouho do noci, seděl tam v džínách a tričku, když už všichni ostatní šli na noc domů. Občas vstal, aby si uvařil další šálek čaje, pak si zase sedl a zadíval se na černobílé spektrální snímky na obrazovce, které podle jeho slov vypadaly „jako bílý šum“.

Neplánoval analyzovat jiné oblasti než póly, protože nikdo nečekal, že by H3+ dělal něco zajímavého kdekoli jinde na planetě. Ale pro jistotu se O’Donoghue rozhodl podívat se zblízka i na jiné zeměpisné šířky, mimo póly. Ke svému překvapení spatřil zřetelné pásy H3+ – ne jen jednolitou stejnorodost, kterou očekával. „Zmatený a rozhodně ještě nevěřící výsledku,“ vzpomíná O’Donoghue, „jsem strávil několik následujících dní snahou potvrdit, že pruhovaný vzor je skutečný a ne nějaká chyba počítačového kódování.“

O několik dní později byl O’Donoghue kolem půlnoci v kanceláři, když mu došlo, že to, co viděl, je pravda. „Je to nepřirozený zážitek, sedět sám ve své mrtvolně klidné kanceláři a najednou cítit, jak se vám rozbuší srdce způsobem, který by vysvětlil jen sprint, a to vše kvůli rozmazaně vypadajícímu souboru datových bodů!“ řekl mi. „Napadlo mě, že by to mohlo být nějaké nové pásmo polární záře, které nikdy předtím nikdo neviděl, nebo něco úplně nového. To byly teď dvě možnosti a obě byly úžasné.“

O’Donoghue uvažoval, zda by to mohl být nějaký meteorologický jev. To se však zdálo nepravděpodobné, ne-li nemožné, protože pásy se nacházely stovky mil nad vrcholky mraků Saturnu. „Počasí v tomto směru opravdu nevystupuje tak vysoko,“ řekl. Nejpravděpodobnějším scénářem bylo, že něco putuje z prstenců do atmosféry. A protože prstence jsou tvořeny především vodním ledem, znamenalo to, že na Saturn s největší pravděpodobností pršela voda. Důsledek byl překvapivý:

O’Donoghueovi trvalo asi deset dní, než přesvědčil svého poradce, že pozorování ukazují na něco důležitého. „Mimořádná tvrzení vyžadují mimořádné důkazy,“ řekl mi O’Donoghue a odříkal staré vědecké přísloví. „A já jsem byl nováček.“ Takže ta noc v laboratoři v Leicesteru byla jen začátkem. Během následujících sedmi let se svět dozví, že tento mladý neznámý britský astronom, který po zoufalém dětství narazil na akademickou vědu, právě učinil jeden z největších planetárních objevů v novodobé historii.

* * *

Setkal jsem se s O’Donoghuem několik kilometrů od Washingtonu, D.C., v Goddardově středisku kosmických letů NASA. Projeli jsme Goddardovým areálem k budově 34 – známé také jako Exploration Sciences Building – a usadili se v malé přednáškové místnosti. Na tabuli za námi byla barevná kresba antropomorfní planety v ochranných brýlích a vedle ní upozornění: „Ne v jakémkoli měřítku“. Vedle toho někdo napsal: „Wow! Věda!“

O’Donoghue, kterému je nyní 33 let, strávil čas pozorováním všech planet sluneční soustavy – plus Měsíce, hvězd, galaxií a supernov – ale většinou se zaměřuje na horní vrstvy atmosféry Jupiteru a Saturnu, dvou plynných obrů. Ve srovnání s bližšími planetami byl Saturn dlouho nepolapitelný i pro vědce. „Saturn vám neposkytne mnoho vodítek,“ řekl. O kráterovitém povrchu Marsu, jeho atmosféře s převahou oxidu uhličitého a prachu oxidu železa, který mu dodává načervenalou barvu, toho vědci už vědí poměrně dost. Dokonce i Jupiter má své téměř anatomicky vypadající pásy, skvrny a barvy, které ukazují něco o působících silách a prvcích; například Jupiterovy světlé zóny jsou chladnější než jeho tmavé pásy a jeho Velká rudá skvrna je bouře rotující proti směru hodinových ručiček. Naproti tomu, říká O’Donoghue, „Saturn je mnohem chladnější, takže tyto věci doslova zamrzají. Pásové struktury, které vidíte na Jupiteru, na Saturnu jakoby zmizely. Je to jen zlatožlutá barva.“ Odmlčel se. „Je hezké říkat ‚zlatá‘.“ Přesnější by bylo nazvat Saturn matně žlutohnědým.

Když se O’Donoghue a jeho poradce Tom Stallard, docent planetární astronomie v Leicesteru, shodli, že na Saturnu pozorují výrazné pásy H3+ v šesti nečekaných zeměpisných šířkách, dalším krokem bylo zjistit, co je způsobuje. Vodítkem se staly magnetické siločáry Saturnu. Představte si experiment, který vám předváděl učitel fyziky na střední škole. Pod list bílého papíru položila obdélníkový magnet a na něj nasypala železné hobliny. Střípky vytvořily dvě čáry ve tvaru květu, které se navzájem zaobleně přelévaly z obou konců neboli pólů magnetu. Stejně jako většina planet se i Saturn chová jako obří verze tohoto experimentu. Jeho magnetické siločáry proudí z nitra jedné polokoule planety ven do vesmíru a zaoblují se zpět do druhé polokoule.

Saturnovy magnetické siločáry mají také zvláštní zvláštnost: výrazně se posouvají k severu. Zářící pásy, kterých si O’Donoghue všiml, mapovaly téměř přesně místa, kde magnetické siločáry Saturnu procházely třemi jeho prstenci, a měly posun k severu – což znamenalo, že musely souviset se siločárami. Nejpravděpodobnějším scénářem bylo, že sluneční světlo, stejně jako oblaka plazmatu pocházející z drobných dopadů meteoroidů, nabíjelo ledové prachové částice uvnitř prstenců a umožňovalo magnetickým polím, aby je zachytila. Jak se částice odrážely a kroutily podél linií, některé z nich se dostaly natolik blízko k planetě, že je její gravitace vtáhla do atmosféry.

O’Donoghue tehdy nevěděl, že o několik let dříve, v roce 1984, astrofyzik Jack Connerney vymyslel termín „prstencového deště“. Na základě dat získaných sondami Pioneer a Voyager v letech 1979-1981 Connerney popsal opar částic na určitých místech, což naznačovalo, že materiál sestupuje z prstenců. (H3+ ještě nebyl ve vesmíru detekován.)

Jeho myšlenka se v té době příliš neujala. Když však O’Donoghue a Stallard v roce 2013 předložili svůj článek časopisu Nature, redaktoři poslali rukopis Connerneymu k odbornému posouzení. „Dostal jsem ten článek k posouzení od toho mladého kluka. Nevěděl jsem, kdo to je,“ řekl Connerney, když jsem se s ním setkal na Goddardu. Connerney, který v té době již léta pracoval na misi Juno k Jupiteru a na misi Maven k Marsu, řekl O’Donoghueovi o svém v podstatě zapomenutém článku.

„O ‚prstencovém dešti‘ jsme předtím neslyšeli,“ řekl O’Donoghue a vzpomněl si na své překvapení. „Bylo to pohřbené už od 80. let.“

Když O’Donoghueův článek vyšel v Nature, byl překvapen, jak rychle se jeho život změnil. Zpravodajové z celého světa ho bombardovali žádostmi o rozhovor. Ucházela se o něj prestižní astronomická centra. Byla to docela opojná změna pro člověka, který ještě před pár lety pracoval ve skladu a tahal bedny, aniž by si byl jistý, jak uniknout gravitaci směrem dolů, kterou na něj působila jeho vlastní bezútěšná výchova.

* * *

„Nemám takový ten normální příběh, kdy jsem se jako dítě díval do dalekohledu,“ řekl mi O’Donoghue. Závidí kolegům, kteří mají takové příběhy – ty, které vypadají jako příběh Jodie Fosterové ve filmu Kontakt. Temná obloha, jasný Měsíc, inspirativní otec, který jim říká, aby mířili ke hvězdám a nikdy se nevzdávali.

O’Donoghueův otec odešel z jeho života, když mu bylo 18 měsíců, a už ho nikdy nekontaktoval. „Ani přání k narozeninám,“ řekl mi O’Donoghue. Až do svých téměř deseti let žil s matkou v anglickém Shrewsbury, malebném městečku na řece Severn, kde se narodil Charles Darwin. Na východě leží velký kopec, který byl podle některých názorů inspirací pro Osamělou horu J. R. R. Tolkiena – doupě draka Šmaka. Pro mladého Jamese to nebyla žádná pohádka. Jeho matku začal její drogově závislý přítel týrat, a tak se synem utekla do útulku pro oběti domácího násilí ve Walesu. „Všichni, které jsem znal zhruba do 101/2 roku, byli vyřízeni,“ řekl.“

O’Donoghue měl daleko ke studentským hvězdám a fyzika byla jeho nejhorším předmětem. V polovině A-levels – dvouletých kurzů nutných pro vstup na britskou univerzitu – studia zanechal a zapsal se na odbornou školu. Vyučil se v továrně, která vyráběla desky plošných spojů pro pohony výtahů. Kvůli ochraně před statickou elektřinou musel občas pracovat v kovové kleci. „A to by byla moje budoucí kariéra,“ řekl. „Zůstat navždy v kleci a opravovat desky plošných spojů.“ Odešel a přijal práci ve skladu, kde vykládal čtyřicetistopé kontejnery. Pracoval v lednici v mlékárně a nakonec bydlel v malé garsonce bez topení a se stropem, na který vzpomíná jako na „nezákonně tenký.“

V den svých 21. narozenin se O’Donoghue s několika kamarády rozhodl oslavit je v Aberystwythu, univerzitním městě na západním pobřeží Walesu. Byl to „týden prváků“, začátek školního roku. „Všichni byli tak přátelští,“ řekl. „Bylo to to nejlepší, co jsem v životě zažil.“ Druhý den šel na internet, aby zjistil, jak se zapsat na Waleskou univerzitu v Aberystwythu. Shodou okolností program planetární a kosmické vědy hledal studenty s netradičním vzděláním – starší studenty, jako byl O’Donoghue.

V Aberystwythu O’Donoghue zjistil, že miluje výzkum, rád se dívá do desetipalcových dalekohledů v kampusu. Mohl je ovládat na dálku ze svého počítače doma, namířil je na zastíněnou stranu Měsíce a dlouho do noci hledal dopady meteoritů. „Zamiloval jsem si tu představu, že si prostě dám šálek čaje a budu celou noc sedět na hvězdárně.“

To samé zjistil o několik let později, jakmile se dostal na postgraduální studium astronomie v Leicesteru. Po dokončení doktorátu přešel na Bostonskou univerzitu, kde spolupracoval s Lukem Moorem z Centra pro vesmírnou fyziku. Moore pomohl O’Donoghueovi zjistit, kolik vody prstence ztrácejí: 952 až 6 327 liber za sekundu. Střed tohoto rozmezí by stačil na naplnění plaveckého bazénu olympijské velikosti každou půlhodinu.

V roce 2017 se O’Donoghue přestěhoval do Marylandu a začal pracovat na Goddardu, právě v době, kdy sonda Cassini provedla vůbec první přímá měření materiálu opouštějícího Saturnovy prstence. Cassini byla vybavena analyzátorem kosmického prachu, který detekoval vodní led v oblasti mezi Saturnovými prstenci a atmosférou. Když sonda prolétala prstenci rychlostí více než 75 000 km za hodinu během velkolepého velkého finále – 22 ponorů skrz 1200 km širokou mezeru mezi planetou a jejím nejvnitřnějším prstencem (prstenec D) – analyzátor kosmického prachu zjišťoval složení, rychlost, velikost a směr částic, které se dostaly do kontaktu s přístrojem. Hsiang-Wen Hsu, člen týmu analyzátoru kosmického prachu sondy Cassini, zjistil, že množství vody opouštějící prstence se dobře shoduje s čísly O’Donoghuea a Moora. Z prstenců skutečně pršelo.

Saturnovi bezprostřední sousedé – Jupiter, Uran a Neptun – mají také prstence, ale svým průměrem, hmotností a jasností jsou oproti Saturnu trpasličí. „Ve skutečnosti nechápeme, proč má Saturn tak masivní systém prstenců a ostatní obří planety ne,“ řekl Moore. Vědci si nyní skutečně kladou otázku, zda ostatní vnější planety, které dnes nemají obří prstence, je mohly mít již dávno, ale nakonec o ně přišly. Tento zcela nový způsob uvažování o vývoji planet je jen jedním z nejpozoruhodnějších důsledků O’Donoghueova objevu. Dalším je, že Saturnovy prstence, nejpůvabnější prvek sluneční soustavy mimo Zemi, mohou být staré až deset milionů let – o miliony nebo dokonce miliardy let mladší, než se dosud předpokládalo. Kdyby se nejstarší společní předkové opic a lidí mohli dívat na noční oblohu moderními dalekohledy, možná by prstence kolem Saturnu neviděli.

* * *

Dne 17. prosince 2018 vydala NASA tiskovou zprávu o nové práci O’Donoghuea a Moora, která zahrnuje data ze sondy Cassini. Vzhledem k tomu, že každých 30 minut opustí prstence materiál v hodnotě jednoho plaveckého bazénu, O’Donoghue a Moore odhadli, že prstence by mohly zmizet přibližně za 300 milionů let (plus minus). Aby toho nebylo málo, sonda Cassini Orbiter také zjistila, že materiál z prstenců proudí do atmosféry na rovníku planety ještě rychleji – spíše přímočaře, rychlostí 22 000 liber nebo více za sekundu. To je vysoký odhad, ale pokud se jedná o konstantní vyčerpávání – a není jasné, zda tomu tak je – kombinací odhadu prstencového deště s rovníkovým odtokem lze odhadnout budoucí životnost prstenců na méně než 100 milionů let.

Shodou okolností byl den, kdy NASA vydala tiskovou zprávu, zároveň prvním dnem Saturnálií, starověkého svátku, při němž Římané přinášeli oběti v Saturnově chrámu. O několik dní později, řekl O’Donoghue, viděl na YouTube video, které již mělo tisíce zhlédnutí a které spojovalo déšť Saturnova prstence s mimozemšťany, jadernými zbraněmi, globálním oteplováním, chemtrails a Rothschildy. „Je to jako, wow! To se rychle vystupňovalo,“ řekl O’Donoghue. „Dobře si prohlédněte Saturn, než bude pozdě,“ varoval drze časopis Time, „protože ztrácí prstence.“

O’Donoghue si myslí, že odhalení prstenců vzbuzuje dostatečný respekt i bez toho, aby se uchyloval k hyperbole. Poznamenává, že studium jiných planet je skvělým způsobem, jak se dozvědět o přírodních zákonech, které na Zemi nemůžeme tak snadno pozorovat. „Jsou jako laboratoře ve vesmíru,“ řekl. „Pochopení extrémních interakcí, které probíhají jinde, nás nutí kontrolovat naši fyziku na této planetě.“ Pokud jsme si až dosud neuvědomovali, že jediný nejikoničtější prvek planetární astronomie mizí, co ještě o planetách nevíme? Co ještě nevíme o té naší?“

Navíc by z lepšího pochopení magnetických polí mohly vzejít praktické objevy – možná nové pokroky v oblasti zobrazování ve zdravotnictví, které dalece přesahují magnetickou rezonanci, nebo vývoj v měřítku chytrých telefonů či solárních panelů. „Je to prostě obrovská mřížka informací,“ řekl O’Donoghue. „Zatím nevíte, jak se něco stane relevantním.“

Přesto je těžké popřít, že lidé jsou Saturnem fascinováni z důvodů, které nemají nic společného s praktickými objevy. „Dovolím si tvrdit, že Saturnovy prstence jsou jednou z nejfantastičtějších struktur, které můžete ve sluneční soustavě vidět,“ řekl Hsiang-Wen Hsu z týmu analyzátoru kosmického prachu. „Stejně jako když najdete pyramidu, vypadá to tak velkolepě, tak velkolepě. Chcete vědět, kdo ji postavil, jak ji postavil a proč ji postavil. Totéž platí i pro Saturnovy prstence.“

Na začátku tohoto roku se O’Donoghue s manželkou Jordyn přestěhoval do Tokia, aby mohl nastoupit na stáž v Japonské agentuře pro výzkum vesmíru. Ve volném čase vytváří animovaná astronomická videa, která mají na YouTube více než dva miliony zhlédnutí. Ukazují vše od náklonů a otáčení planet až po skutečný čas, který potřebuje paprsek světla na cestu od Slunce k jednotlivým planetám. Jedna z jeho animací trvá pět a půl hodiny. Pro O’Donoghuea má smysl už jen podněcování pocitu „Wow! Věda!“. „Myslím, že lidé byli vždycky objevitelé,“ uvažuje. „I kdyby to bylo jen pro zábavu, stálo by to za to.“