Die Geysire von Enceladus, diesem eisigen Saturnmond, geben ihre Geheimnisse noch lange nach dem Vorbeiflug der Sonde Cassini preis. Zwanzig Jahre nach den ersten entnommenen Proben hat eine sorgfältige Analyse der Archivdaten zu einer bemerkenswerten Entdeckung geführt.
In den Tiefen der Daten des Cosmic Dust Analyzers, des deutschen Instruments an Bord von Cassini, haben Wissenschaftler komplexe organische Moleküle identifiziert, die den ersten Analysen entgangen waren. Diese kohlenstoffhaltigen Verbindungen, die für biologische Prozesse essentiell sind, befinden sich in den Eispartikeln, die direkt aus den Fontänen ausgestoßen werden, bevor sie den E-Ring des Saturn erreichen. Die hohe Aufprallgeschwindigkeit der Partikel auf den Detektor, die bis zu 18 Kilometer pro Sekunde erreichte, ermöglichte es, chemische Signaturen aufzudecken, die bei langsameren Kollisionen zuvor verborgen blieben.
Künstlerische Darstellung der Fontänen, die von den Tigerstreifen-Brüchen auf Enceladus ausgehen.
Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/Lunar and Planetary Institute Der ozeanische Ursprung dieser Moleküle stellt für die Forscher ein entscheidendes Argument dar. Im Gegensatz zu den Partikeln des E-Rings, die dem Einfluss der Strahlung der Saturn-Magnetosphäre ausgesetzt sind, stammen die direkt in den Fontänen analysierten Partikel aus dem unterirdischen Ozean von Enceladus ohne räumliche Veränderung. Diese Entdeckung räumt Zweifel bezüglich der Bildung dieser Verbindungen durch Bestrahlung aus und bestätigt ihre Herkunft aus den Tiefen des Mondes. Das Team um Nozair Khawaja konnte so eine direkte Verbindung zwischen der Chemie des verborgenen Ozeans und den im Weltraum gesammelten Proben herstellen.
Zu den neu identifizierten Molekülen gehören aliphatische Verbindungen, cyclische Ester, Ether und Substanzen, die Stickstoff und Sauerstoff enthalten. Auf der Erde sind diese Moleküle an chemischen Reaktionen beteiligt, die zur Bildung von Aminosäuren und anderen grundlegenden Bausteinen des Lebens führen. Ihre Präsenz im Ozean von Enceladus deutet auf die Existenz ausgefeilter chemischer Prozesse hin, die in dieser außerirdischen Umgebung eine bedeutende molekulare Vielfalt erzeugen können.
Einige aktuelle Forschungen bringen jedoch wichtige Nuancen. Eine von Grace Richards vom Istituto Nazionale di Astrofisica e Planetologia Spaziale geleitete Studie weist darauf hin, dass Strahlung auch organische Moleküle auf der Oberfläche von Enceladus erzeugen könnte, insbesondere im Bereich der Tigerstreifen-Brüche. Diese Möglichkeit führt eine zusätzliche Komplexität in die Interpretation der Daten ein, da es schwierig würde, den genauen Ursprung der in den Fontänen nachgewiesenen Verbindungen zu unterscheiden.
Der E-Ring des Saturn mit Enceladus (schwarzer Punkt) und dem von den Eispartikeln in einer Fontäne reflektierten Licht.
Bildnachweis: NASA/JPL/Space Science Institute Die endgültige Lösung dieses wissenschaftlichen Rätsels könnte von einer zukünftigen Weltraummission kommen. Die Europäische Weltraumorganisation erwägt derzeit ein Projekt, das Orbiter und Lander kombiniert und Enceladus um 2054 erreichen könnte. Nur eine direkte Analyse des frischen Eises auf der Oberfläche des Mondes könnte die von Cassini aus der Ferne detektierte organische Chemie eindeutig in ihrer Natur und Herkunft bestätigen.
Der unterirdische Ozean von Enceladus
Unter der eisigen Kruste von Enceladus verbirgt sich ein riesiger Ozean aus flüssigem Wasser, der seinen Zustand dank der durch die Gezeitenkräfte des Saturn erzeugten Energie aufrechterhält. Diese gravitativen Wechselwirkungen verursachen Verformungen und innere Reibungen, die das Innere des Mondes erwärmen und so verhindern, dass das Wasser vollständig gefriert.
Die Existenz dieses Ozeans wurde aus Messungen der Libration von Enceladus abgeleitet, die zeigen, dass die äußere Eisschicht nicht fest mit dem felsigen Kern verbunden ist. Mathematische Modelle deuten darauf hin, dass die Dicke der Eisschicht zwischen 20 und 25 Kilometern variiert, während die Tiefe des Ozeans mehrere Dutzend Kilometer betragen könnte.
Die chemische Zusammensetzung dieses Ozeans ist noch wenig bekannt, aber die Daten von Cassini weisen auf das Vorhandensein gelöster Salze hin, insbesondere Natriumchlorid, ähnlich der Zusammensetzung irdischer Ozeane. Der Nachweis von nanometergroßen Siliziumdioxid-Partikeln deutet ebenfalls auf hydrothermale Aktivität am Grund des Ozeans hin, wo heißes Wasser mit dem felsigen Kern wechselwirkt.
Die Zirkulation des Wassers in dieser Umgebung könnte Bedingungen schaffen, die die Entwicklung komplexer chemischer Prozesse begünstigen, wobei Temperatur- und Zusammensetzungsvariationen Mikroumgebungen schaffen, die für organische Reaktionen förderlich sind.
Organische Moleküle im Weltraum
Organische Moleküle, definiert durch das Vorhandensein von Kohlenstoffatomen, sind im Universum viel weiter verbreitet als ursprünglich angenommen. Sie entstehen in interstellaren Molekülwolken, um neu entstehende Sterne und in protoplanetaren Scheiben durch chemische Reaktionen, die auf kosmischen Staubkörnern stattfinden.
Im Sonnensystem wurden diese Verbindungen in Kometen, Asteroiden und einigen Planetenatmosphären nachgewiesen. Kohlenstoffhaltige Meteoriten, wie der von Murchison, enthalten mehr als 70 verschiedene Aminosäuren, was zeigt, dass präbiotische Chemie ein universeller Prozess ist, der sich nicht auf die Erde beschränkt.
Die Komplexität organischer Moleküle variiert erheblich, von einfachen Kohlenwasserstoffen wie Methan bis hin zu polyzyklischen aromatischen Strukturen und Carbonsäuren. Der Nachweis von Molekülen, die so komplex sind wie die auf Enceladus gefundenen, zeigt, dass ausgefeilte chemische Prozesse in außerirdischen Umgebungen ablaufen können.
Die Beständigkeit dieser Moleküle im Weltraum hängt von ihrem Schutz vor ultravioletter und kosmischer Strahlung ab. Eis- und Staubkörner wirken als natürliche Schutzschilde, bewahren fragile organische Verbindungen und ermöglichen ihre Anreicherung über lange Zeiträume.
Quelle: Nature Astronomy