Das neue Tool der NASA zur Suche nach Lebenszeichen auf Enceladus

Eine mögliche Variante der hydrothermalen Aktivität aus Sicht des Künstlers

Seit Cassinis Sonde in das Saturn-System eingedrungen ist und begonnen hat, seine Monde zu untersuchen, ist Enceladus zum Hauptthema des Studiums geworden. Als die Sonde entdeckte, dass in der Region des Südpols des Planeten Wasserfontänen und organische Moleküle ausbrachen, schlugen Wissenschaftler vor, dass unter der Oberfläche von Enceladus ein warmer Ozean existieren könnte - wie Europa, Jupiters Satellit und andere Körper des Sonnensystems.

Die NASA hofft, in Zukunft eine weitere Mission an dieses System senden zu können, um diese Brunnen und die Eingeweide von Enceladus besser erkunden zu können. Diese Mission wird wahrscheinlich ein neues Tool beinhalten, das kürzlich angekündigt wurde - das Submillimeter Enceladus Life Fundamentals Instrument (SELFI). Das Tool wurde von einem Team des Goddard Space Flight Center vorgeschlagen und erhielt kürzlich Unterstützung für die weitere Entwicklung.

Vor der Cassini-Mission glaubten Wissenschaftler, dass die Oberfläche von Enceladus hart und gefroren war. Daten von Cassini zeigten jedoch geringe Schwankungen in der Umlaufbahn des Mondes, was auf das Vorhandensein des subglazialen Ozeans hinweist. Wie in Europa ist dies auf die Gezeitenkräfte zurückzuführen, die die Kruste verformen, wodurch genügend Wärme erzeugt wird, um flüssiges Wasser im Inneren zu halten. Um den Südpol herum bricht deshalb Eis.


Eine Variante der inneren Struktur von Enceladus aus Sicht des Künstlers, die zeigt, wie hydrothermale Aktivität zum Ausbruch von Wasser auf der Mondoberfläche führen kann

Cassinis Mission fand auch Brunnen, die aus Hunderten verschiedener Risse ausbrachen und Eispartikel, Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan und andere Gase in den Weltraum spuckten. Für eine genauere Untersuchung entwickelte die NASA ehrgeizige Instrumente, die bei Millimeter- oder Radiofrequenzen arbeiten, die Zusammensetzung von Springbrunnen bestimmen und den inneren Ozean von Enceladus untersuchen.

Laut Gordon Chin, dem Supervisor von SELFI, bedeutet das Projekt eine signifikante Verbesserung der Genauigkeit gegenüber vorhandenen Submillimeterfrequenzgeräten. Nach dem Einsatz werden Spuren von Chemikalien in Springbrunnen von Wasser- und Eispartikeln gemessen, die regelmäßig aus Rissen im Süden von Enceladus, auch als „Tigerstreifen“ bekannt, herausfliegen. Dieses Tool untersucht nicht nur die chemische Zusammensetzung des Ozeans, sondern beantwortet auch die Frage nach der möglichen Anwesenheit von Leben in diesem Ozean.

Auf der Erde beherbergen hydrothermale Quellen prosperierende Ökosysteme und gelten sogar als einige der Lebensquellen auf der Erde . Daher möchten Wissenschaftler die hydrothermale Aktivität von Monden wie Enceladus so sehr untersuchen - weil sie den wahrscheinlichsten Ort für außerirdisches Leben im Sonnensystem darstellen. Wie Chin in einer Pressemitteilung der NASA feststellte:

Submillimeterwellenlängen, die in den Hochfrequenzbereich fallen, geben uns die Möglichkeit, die Anzahl verschiedener Moleküle in einem kalten Gas zu messen. Wir können alle Brunnen scannen und herausfinden, was aus Enceladus kommt. Wasserdampf und andere Moleküle können teilweise die chemische Zusammensetzung des Ozeans offenbaren und den besten Weg für ein Raumschiff vorschlagen, durch Brunnen zu fliegen, um andere Indikatoren direkt zu messen.


"Tiger Stripes" auf Enceladus, fotografiert von einer Cassini-Sonde

Moleküle wie Wasser, Kohlendioxid und andere Elemente senden Radiowellen einer bestimmten Frequenz aus, für die Submillimeter-Spektrometer empfindlich sind. Die Spektrallinien sind gut getrennt, und die Intensität ihrer Emission ermöglicht es, sie numerisch auszuwerten. Mit anderen Worten, Instrumente wie SELFI können nicht nur die chemische Zusammensetzung des inneren Ozeans von Enceladus bestimmen, sondern auch die Menge dieser Substanzen messen.

Seit Jahrzehnten werden Spektrometer in der Weltraumforschung eingesetzt, um die chemische Zusammensetzung von Planeten, Sternen, Kometen und anderen Zwecken zu messen. Vor kurzem versuchten Wissenschaftler, die Spektren entfernter Planeten zu erhalten, um die chemische Zusammensetzung ihrer Atmosphären zu bestimmen. Dies ist wichtig bei der Suche nach potenziell bewohnten Exoplaneten, da für das uns bekannte Leben Wasserdampf, Stickstoff und Sauerstoff benötigt werden.

Das Scannen im Submillimeterbereich ist ein relativ neues Verfahren, da empfindliche Instrumente komplex und schwierig herzustellen sind. Mit der Finanzierung durch die NASA erhöhen Chin und Kollegen die Empfindlichkeit des Instruments mit einem Verstärker, der für ein 557-GHz-Signal ausgelegt ist. Auf diese Weise kann SELFI auch kleine Spuren von Wasser und Gasen erkennen, die von der Oberfläche von Enceladus kommen.

Weitere Verbesserungen sind ein energieeffizienteres und flexibleres Datenverarbeitungssystem sowie ein ausgeklügeltes digitales Hochfrequenzspektrometer. Dazu gehört eine programmierbare Hochgeschwindigkeitsschaltung, die Hochfrequenzdaten in digitale Signale umwandelt, die dann analysiert werden können, um die Menge, Temperatur und Geschwindigkeit von Gas in den Springbrunnen von Enceladus zu messen.


Mögliche Ergebnisse der Spektroskopie eines der Brunnen von Enceladus. Dies ist ein Beispiel für die Daten, die das James Webb-Teleskop erzeugen kann.

Durch Verbesserungen kann SELFI gleichzeitig 13 verschiedene Arten von Molekülen nachweisen und analysieren, darunter verschiedene Isotope von Wasser, Methan, Ammoniak, Ozon, Wasserstoffperoxid, Schwefeldioxid, Natriumchlorid (d. H. Salz). Chin glaubt, dass das Team das Tool so ausarbeiten kann, dass es nicht nur für Enceladus, sondern auch für andere zukünftige Missionen nützlich ist. "SELFI ist ein neues Gerät", sagt er. "Und dies ist eines der ehrgeizigsten Submillimeter-Werkzeuge."

Zum Beispiel entdeckten Wissenschaftler vor einigen Jahren Brunnen, die von der Oberfläche Europas ausgehen. Und hier wird diese Aktivität als Ergebnis geothermischer Prozesse betrachtet, die Springbrunnen mit warmem Wasser aus den Eingeweiden des inneren Ozeans des Mondes an die Oberfläche senden. Die NASA plant bereits, diese Brunnen und Brunnen von Enceladus mit dem James Webb-Weltraumteleskop zu analysieren, das 2019 in Betrieb genommen werden soll.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die interplanetare Station Europa Clipper , die sich auf den Start zwischen 2022 und 2025 vorbereitet, mit einem Instrument wie SELFI auszustatten. Ein Spektrometer fragt bereits nach dem Toolkit der Station, aber ein verbessertes Gerät für Arbeiten mit Submillimeter- und Radiofrequenzen kann eine gründlichere Untersuchung der Brunnen in Europa ermöglichen. Diese Daten können eine jahrzehntelange Debatte darüber lösen, ob ihr Inneres in der Lage ist, das Leben zu unterstützen.

In den kommenden Jahrzehnten wird eine der größten Prioritäten der Weltraumforschung die Untersuchung der ozeanischen Welten des Sonnensystems auf Spuren des Lebens sein. Zu diesem Zweck entwickeln die NASA und andere Weltraumagenturen die notwendigen Werkzeuge, um chemische und biologische Indikatoren ausfindig zu machen. Bereits im nächsten Jahrzehnt könnte sich herausstellen, dass das Leben auf der Erde keine Ausnahme, sondern Teil der Regel ist.