Complexe organische moleculen in het binnenste van Enceladus gevonden

Enceladus
De maan Enceladus, gefotografeerd door de Cassini-sonde. Credit: NASA/JPL

De Cassinimissie bij Saturnus kwam in september 2017 tot een einde maar voor die tijd verzamelde de ruimtesonde een schat aan informatie over de planeet, zijn ringen en het oppervlak en de atmosfeer van de grootste maan Titan. Ook werd er water ontdekt in de geisers die vanaf het zuidpoolgebied van de maan Enceladus de ruimte in blazen. De ontdekking van deze geisers leidde onder astronomen tot een stevige discussie over het mogelijke bestaan van leven in het binnenste van deze maan.

Deze discussie was deels gebaseerd op het bewijs dat de geisers helemaal doorlopen naar het binnenste van de maan, naar de grens van de kern en de mantel en dat ze elementen bevatten die noodzakelijk zijn voor leven. Met dank aan een nieuwe studie, onder leiding van astronomen van de universiteit van Heidelberg in Duitsland, is nu bevestigd dat die geisers complexe organische moleculen bevatten. Het is voor het eerst dat complexe organische moleculen zijn ontdekt in een object anders dan de Aarde. Deze bevinden versterken het idee dat er leven op Enceladus mogelijk is.

Het onderzoek, met als titel “Macromolecular organic compounds from the depths of Enceladus”, is onlangs verschenen in het tijdschrift Nature. Het onderzoek werd geleid door Frank Postberg en Nozair Khawaja van het Instituut voor Aardwetenschappen van de Universiteit van Heidelberg. Teamleden waren afkomstig van het Leibniz Institute for Surface Modification (IOM), het Southwest research Institute (SwRI), het Jet Propulsion Laboratory van de NASA en verschillende universiteiten.

Sinds 2005 wordt er gediscussieerd over een oceaan van vloeibaar water in het binnenste van Enceladus. Toen nam de Cassini ruimtesonde voor het eerst geisers waar die waterdamp bevatten en die vanuit scheuren in het oppervlak aan de zuidpool van Enceladus (Tijgerstrepen genoemd) materiaal de ruimte in slingeren. Uitgaande van metingen die door de Cassini werden gedaan bestaan de geisers voornamelijk uit waterdamp en komen er ook moleculair stikstof (N2), koolstofdioxide (CO2), methaan (CH4) en andere koolwaterstoffen in voor.

Enceladus - geisers
Enorme geisers op Enceladus die waterijs de ruimte in spuiten. Opname gemaakt door de Cassini ruimtesonde

Door data van verschillende instrumenten met elkaar te combineren kwam men tot de conclusie dat de waargenomen geisers aan de zuidpool afkomstig zijn uit onder druk staande ondergrondse kamers. Dit werd in 2014 bevestigd toen de Cassini zwaartekrachtsmetingen uitvoerde die wezen op het bestaan van een ondergrondse oceaan aan de zuidpool met een dikte van ongeveer 10 kilometer.

Kort voordat de Cassini ten onderging in de atmosfeer van Saturnus verkreeg de ruimtesonde gegevens die erop wezen dat de ondergrondse oceaan al een hele tijd moet bestaan. Met dank aan eerdere metingen die wezen op de aanwezigheid van hydrothermale activiteit in het binnenste van de maan en simulaties die het binnenste modelleerden concludeerden wetenschappers dat als de kern poreus genoeg was deze activiteit genoeg warmte opwekt om de ondergrondse oceaan miljarden jaren in stand te houden.

Echter, alle eerder studies van de gegevens die door de Cassini waren verzameld lieten alleen maar eenvoudige organische moleculen zien in het materiaal van de geisers. Deze moleculen hadden meestal een massa van minder dan 50 atomaire massa eenheden (amu). Tijdens het meest recente onderzoek werd gezocht naar organisch materiaal in de ijskorrels die een massa hebben van meer dan 200 amu.

Men heeft nu voor het eerst complexe organische moleculen aangetroffen op een object anders dan de Aarde. De onderzoekers vonden fragmenten van grote moleculen die typische structuren vertonen van erg complexe organische moleculen. Deze grote moleculen bevatten een complex netwerk dat vaak is opgebouwd uit honderden atomen van koolstof, waterstof, zuurstof en vermoedelijk stikstof bestaande uit ringvormige en ketenachtige substructuren.

De moleculen die werden gevonden waren het resultaat van uitgestoten ijskorrels die de met een snelheid van ongeveer 30.000 kilometer het stof analyserende instrument van de Cassini raakten. Het team denkt echter dat het fragmenten zijn van veel grotere moleculen die voorkomen onder het ijsachtige oppervlak van Enceladus. In hun onderzoek stellen ze dat de gegevens suggereren dat er een dunne film met veel organisch materiaal aanwezig is bovenop de ondergrondse oceaan.

Deze grote moleculen zouden dan het resultaat zijn van complexe chemische processen die te maken hebben met leven. Maar ze kunnen ook afkomstig zijn van oermateriaal vergelijkbaar met wat is gevonden in sommige meteorieten of (zoals het team zelf vermoedt) is opgewekt door hydrothermale activiteit.

Zoals een van de onderzoekers stelt is hydrothermale activiteit het meest voor de hand liggend. Door de hoge druk en warme temperatuur is het mogelijk dat er complexe organische verbindingen worden gevormd.

Zoals al eerder gezegd hebben recente simulaties aangetoond dat Enceladus met behulp van hydrothermale activiteiten voldoende hitte opwekt zodat een ondergrondse oceaan miljarden jaren kan blijven bestaan. Deze studie gaat hierop verder door aan te tonen hoe organisch materiaal door warmwaterkraters in de ondergrondse oceaan terecht kan komen. Dit is vergelijkbaar met wat er op Aarde gebeurt. Wetenschappers denken dat dit proces een belangrijke rol heeft gespeeld bij het ontstaan van leven op onze planeet.

Op Aarde kunnen organische substanties zich opeenhopen op de wanden van opstijgende luchtbellen die door onderwaterkraters worden gemaakt. Deze luchtbellen stijgen naar het oppervlak en worden verdeeld als de luchtbellen aan het oppervlak knappen. Wetenschappers denken dat een vergelijkbaar proces ook plaatsvindt op Enceladus waar bellen gas door de ondergrondse oceaan omhoogstijgen en daarmee organisch materiaal van uit de grens van de mantel en de kern naar het ijsachtige oppervlak brengen.

Als deze bellen aan het oppervlak knappen dan verdelen ze wat van deze organische verbindingen die dan als onderdeel van de zoutachtige nevel door de tijgerstrepen worden verspreid. Als deze nevel de ruimte bereikt bevriest deze als ijsdeeltjes waardoor ijs en organisch materiaal in het Saturnusstelsel wordt verspreid en waar het nu is gedetecteerd. Als het onderzoek juist is dan is een ander fundamenteel ingrediënt voor leven aanwezig in het binnenste van Enceladus en dat versterkt de mogelijkheden voor leven op deze fascinerende maan.

Dit onderzoek is het laatste in een lange serie van ontdekkingen die zijn gedaan met behulp van de Cassini ruimtesonde. Veel van deze ontdekkingen wijzen naar het mogelijk voorkomen van leven op of in enkele manen van Saturnus. Naast de bevestiging van de eerste organische moleculen in een waterwereld in het zonnestelsel heeft de Cassini ook overtuigend bewijs gevonden voor een rijk pro-biotische omgeving en organische chemie op de maan Titan.

Men verwacht dat in de toekomst nieuwe ruimtevaartmissies naar deze manen worden uitgevoerd om meer bewijs te verzamelen voor de mogelijkheden voor leven. Deze ruimtesondes zullen verder gaan waar de Cassini is gebleven en ze zullen dankbaar gebruik kunnen maken van alle data en kennis die de Cassinimissie ons heeft opgeleverd.

Meer lezen: ESA, Nature

 

Eerste publicatie: 1 juli 2018
Bron: diverse persberichten