De maan Enceladus van Saturnus stoot voortdurend enorme hoeveelheden ijsdeeltjes uit in de ruimte, afkomstig uit de oceaan onder het oppervlak. Onderzoekers van de Universiteit van Stuttgart en de Freie Universität Berlin hebben nu chemisch geanalyseerd welke deeltjes rechtstreeks afkomstig zijn uit de ondergrondse oceaan van Enceladus. Hiervoor hebben ze gebruikgemaakt van gegevens van de ruimtesonde Cassini. Ze konden tussenproducten van mogelijk biologisch relevante organische moleculen detecteren, die daarmee voor het eerst werden ontdekt in ijskristallen uit een oceaan buiten de aarde.
Enceladus heeft een diameter van ongeveer 500 kilometer; het oppervlak is bedekt met een ijskorst met een gemiddelde dikte van ongeveer 25-30 kilometer. “In 2005 ontdekte het ruimtevaartuig Cassini van NASA een enorme wolk van gas- en ijsdeeltjes boven de zuidpool”, legt dr. Nozair Khawaja uit, die het onderzoek uitvoerde aan het Instituut voor Ruimtesystemen (IRS) van de Universiteit van Stuttgart en het Instituut voor Geologische Wetenschappen van de Vrije Universiteit Berlijn. Metingen van Cassini toonden later aan dat er zich een oceaan van vloeibaar water in de satelliet moet bevinden. Ze toonden ook aan dat de ijsdeeltjes organische moleculen bevatten. “De onderzochte deeltjes waren echter niet vers, maar cirkelden al enige tijd rond de maan”, benadrukt Khawaja, die inmiddels als onderzoeksgroepsleider naar de Freie Universität Berlin is verhuisd.
Vlucht naar de ijspluim
In 2008 vloog Cassini eenentwintig kilometer boven het maanoppervlak naar de rand van de ‘ijs- en gaspluim’. De gegevens die daarbij zijn verzameld, zijn dus afkomstig van verse ijsdeeltjes die enkele minuten eerder nog in het binnenste van de satelliet aanwezig waren. Khawaja, die het onderzoek leidde, heeft deze metingen nu geëvalueerd samen met doctoraatsstudent Thomas R. O'Sullivan, zijn collega uit Stuttgart, professor Ralf Srama van het IRS, en de werkgroep Planetaire Wetenschappen en Teledetectie onder leiding van professor Frank Postberg van de Freie Universität Berlin. Ook onderzoekers uit de VS en Japan hebben aan het onderzoek meegewerkt. “Onze analyse bevestigt de resultaten die zijn verkregen uit de analyse van andere Cassini-gegevens”, zegt Khawaja. "We kunnen er nu vrij zeker van zijn dat zowel de eenvoudige als de complexe verbindingen die in oudere ijskorrels in de E-ring van Saturnus zijn ontdekt, ook afkomstig zijn uit de oceaan van Enceladus. We vermoeden dat deze moleculen mogelijk zijn gesynthetiseerd in de zogenaamde hydrothermale velden op Enceladus, dit zijn openingen op de bodem van de oceaan waaruit heet water opstijgt. In de oceanen op aarde zijn er aanwijzingen voor leven rond soortgelijke hydrothermale openingen.
Organische stoffen die relevant zijn voor potentieel biologische moleculen
De betrokken wetenschappers identificeerden ook moleculen die nog nooit eerder waren gedetecteerd in ijsdeeltjes uit een oceaan buiten de aarde. Hiertoe behoren moleculen die kunnen dienen als bouwstenen voor complexe verbindingen. Dergelijke moleculen, waaronder bijvoorbeeld pyrimidines, zijn ook gedetecteerd op de asteroïden Bennu en Ryugu. Op aarde behoren pyrimidines tot de essentiële componenten van DNA. Sommige van deze verbindingen werden niet aangetroffen in de eerder geanalyseerde ijsdeeltjes. Een van de redenen voor dit verschil is waarschijnlijk dat Cassini met een bijzonder hoge snelheid naar de pluim reisde. Hierdoor kon een centraal meetinstrument aan boord van de ruimtesonde gemakkelijker betrouwbare gegevens over organische deeltjes verzamelen. Het instrument heet een “Cosmic Dust Analyzer” (CDA) en is een soort sensor die wordt bediend door de IRS onder leiding van Ralf Srama. Bij de inslag verliezen de fragmenten van chemische stoffen in ijskorrels elektronen en worden ze positief geladen. Ze worden aangetrokken door een negatief geladen elektrode en bereiken deze des te sneller naarmate ze lichter zijn.
Hoge vliegsnelheid onthult verborgen signalen in Cassini-gegevens
Door de transittijd van alle positief geladen fragmenten te meten, ontstaat een zogenaamd massaspectrum. Hieruit kunnen vervolgens conclusies worden getrokken over het oorspronkelijke molecuul. “Als de snelheid op het moment van botsing te laag is, kan er in sommige gevallen interferentie optreden in CDA-massaspectra”, legt Khawaja uit. “De sporen die de moleculen achterlaten, kunnen dan niet meer duidelijk worden geïnterpreteerd – ze worden als het ware gemaskeerd.” Cassini vloog echter met een zeer hoge snelheid toen hij in 2008 langs de ijs- en gaspluim vloog: de sonde vloog met bijna 65.000 km/u in plaats van de gebruikelijke 40.000 km/u of minder. Door de hoge energie die vrijkomt bij de botsing met de ijsdeeltjes bij deze snelheid, kunnen bepaalde storende invloeden in sommige CDA's van de massaspectra worden uitgesloten.
Veelbelovende onderzoeksresultaten voor toekomstige ruimtemissies
Cassini is in feite geschiedenis, de sonde is in 2017 opzettelijk neergestort. “Maar zelfs vandaag de dag leveren de gegevens die jaren geleden door de meetinstrumenten zijn geregistreerd nog steeds nieuwe inzichten op in de oceaan in de maan van Saturnus”, legt Frank Postberg van de Freie Universität Berlin uit. De onderzoeksresultaten over Enceladus zijn zo veelbelovend dat de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) al een vervolgmissie naar deze maan plant voor 2040. Aan boord zullen meetinstrumenten worden meegenomen die aanzienlijk meer informatie uit de ijsdeeltjes in de satelliet kunnen halen. “Onze resultaten zullen helpen bij het ontwerpen van deze instrumenten en het plannen van de ruimtemissie”, zegt Khawaja.
Bron: Freie Universität Berlin
