Leben im Saturn-System? Cassini hat gezeigt, dass es möglich ist
Die komplexe Choreographie der zahlreichen Saturnmonde zeigt eine schöne Physik, aber nur wenige der Welten mögen lebensfreundlich sein.
Ozeane aus flüssigem Wasser, tief unter den eisigen Krusten von drei natürlichen Saturn-Satelliten, könnten die Bedingungen für 'Leben, wie wir es kennen', erfüllen, sagen Wissenschaftler. Die kleinen, hellweißen Enceladus und Dione und der riesige, orangefarbene, von Dunst umhüllte Titan enthalten wahrscheinlich jeweils solche unterirdischen Meere. Aber die einzigartige Struktur und der Inhalt jedes Ozeans stellen eine andere mögliche Lösung der Lebensgleichung dar.
Die Cassini-Huygens-Mission – eine Zusammenarbeit der NASA, der Europäischen Weltraumorganisation und der italienischen Weltraumorganisation – war ein produktiver Pionier der Saturnmonde. Als die Mission 1997 startete, waren 18 Monde bekannt, die den Planeten umkreisten, und 13 weitere wurden vermutet. Aber die Zahl der bestätigten Monde liegt jetzt bei 53, weitere neun sind als „bedingt“ gekennzeichnet. Cassinis Daten enthüllten sieben völlig unbekannte Monde, die von der Erde aus nicht beobachtbar sind. [Die Ringe und Monde des Saturn in Bildern]
Dieses ausgeklügelte Mondsystem bildet ein komplexes Uhrwerk von Gravitationsresonanzen; Sie stören sich gegenseitig in ihren Bahnen und formen ständig Saturns Ringe . Und der massive Planet stört die Monde gravitativ und erwärmt einige von ihnen so weit, dass sie möglicherweise Leben unter ihrer Oberfläche wickeln.
Die ersten Hinweise, dass etwas Wunderbares unter der Oberfläche des kleinen Mondes Enceladus vor sich gehen könnte, kamen 1981 während der Vorbeiflug-Mission der NASA Raumschiff Voyager 2 . Enceladus erschien bemerkenswert hell und ungewöhnlich glatt, mit vergleichsweise wenigen Kratern. Dieser 505 Kilometer breite Mond erwies sich als das weißeste Objekt im Sonnensystem.
Im Jahr 2005 sorgten Cassinis Magnetometer-Messungen von Enceladus für Aufsehen bei den Forschern: Die magnetische Signatur des Mondes ähnelte eher der eines Kometen als der eines typischen kugelförmigen Satelliten. Die Feldlinien schienen sich um den Südpol von Enceladus zu biegen. Auf einem Pass, auf dem Enceladus vor dem schwarzen Hintergrund des Weltraums zu sehen war, erfassten Cassinis Kameras Wasserwolken, die von dieser Polarregion ausgingen.
Mehrere Vorbeiflüge von Cassini bestätigten, dass das Gebiet etwa 100 Grad Celsius wärmer war als der Rest der Mondoberfläche. Die Wärmequelle wurde auf vier markante „Tigerstreifen“-Merkmale ausgerichtet. Es stellte sich heraus, dass es sich dabei um Risse handelte – Risse in der eisigen Kruste, durch die Geysire Wasser mit etwa 800 mph (etwa 1.300 km/h) ins All schießen.
Geysire aus Tigerstreifenspalten: Dieses Mosaik aus zwei Cassini-Bildern zeigt Wasserfahnen, die aus vier Rissen in der Oberfläche der südlichen Polarregion des Saturnmondes Enceladus austreten. Von links nach rechts heißen die Brüche Alexandria, Kairo, Bagdad und Damaskus.(Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/SSI)
Cassini segelte am 12. März 2008 innerhalb von 50 km um den Südpol von Enceladus. Während dieses Vorbeiflugs untersuchte die Sonde die Plumes und stellte fest, dass sie aus Wasser bestanden, das mit Ammoniak, Methan und Kohlendioxid versetzt war. Weitere Vorbeiflüge waren geplant. Im April 2014 war klar, dass einige der Geysirpartikel salzig waren, mit Kalium und Natrium aromatisiert waren, sehr ähnlich der irdischen Meeresgischt. In den Düsen wurde Wasserstoffgas nachgewiesen, ebenso wie Silikatkristalle, die sich nur in kochendem Wasser gebildet haben könnten, sagten Wissenschaftler. [ Fotos: Enceladus, Saturns kalter, heller Mond ]
Zusammengenommen deuten diese Beweise auf das Vorhandensein eines salzigen Ozeans aus flüssigem Wasser unter dem Eis hin, der mit einem heißen, felsigen Meeresboden in Kontakt steht, durch den mineralhaltiges heißes Wasser fließt. Es ist leicht vorstellbar hydrothermale Quellen dort , sehr ähnlich den „Schwarzen Rauchern“ und „Weißen Rauchern“ auf dem Grund der Ozeane der Erde, wo sie Oasen für Lebensgemeinschaften bilden.
Enceladus scheint uns zu bitten, mit Instrumenten zurückzukehren, die Aminosäuren, Fettsäuren und langkettige Kohlenstoffmoleküle nachweisen können – und vielleicht sogar bildgebende Geräte, um mögliche Mikroorganismen selbst zu fotografieren.
Titan, das zehnmal breiter als Enceladus ist, ist auch eine Welt der Flüssigkeiten. Aber die Flüssigkeiten, die auf Titans Oberfläche fließen, sind Kohlenwasserstoffe, kein Wasser. Bei Titans Oberflächentemperatur ist Wasser steinhart. Aber Methan, Ethan und Propan schwappen in allen drei Zuständen herum: fest, flüssig und gasförmig. Die Oberfläche dieses Mondes ist bei visuellen Wellenlängen vom Weltraum aus fast unmöglich zu sehen; dicker, orangefarbener Smog durchdringt den Ort. Diese dunstige Atmosphäre ist reich an organischen Verbindungen.
Glücklicherweise kann Cassini in Infrarot- und Radarwellenlängen sehen. Und der Cassini-Orbiter trug einen Lander namens Huygens, der im Januar 2005 auf der Oberfläche von Titan landete. Huygens trug Kameras durch die Atmosphäre. Und bei einer sanften Landung am Ufer eines Kohlenwasserstoffsees schickte es Nahaufnahmen von abgerundeten Kieselsteinen, die wahrscheinlich aus Wasser bestanden. Die Landschaftsformen auf Titan sind unheimlich vertraut; Sie sehen Küstenlinien und Flusslandschaften auf der Erde sehr ähnlich.
Auch Titan muss innen warm sein. Dieser Mond ändert seine Form, wenn er Saturn alle 16 Tage umkreist. Cassini maß die Gezeitenwölbung der Titan und stellte fest, dass die Oberfläche in der Größenordnung von 9 Metern ansteigt und abfällt. Wenn Titan vollständig fest wäre, wären diese Gezeiten mindestens zehnmal weniger ausgeprägt, sagten Wissenschaftler.
Ein Stück Titan: Radiowissenschaftliche Studien mit Cassini-Signalen, die an das Deep Space Network der NASA gesendet wurden, legen nahe, dass dieser Mond einen globalen Ozean beherbergt, der zwischen einer gefrorenen Wassereiskruste oben und einer Hochdruckeisschicht unten liegt. Der Silikatkern von Titan ist wahrscheinlich auch mit Wasser infundiert.(Bildnachweis: A. Tavani / NASA)
Aber der Boden des unterirdischen Ozeans von Titan könnte verdichtet und gefroren sein, nicht warm, sagten Wissenschaftler. Dies könnte verhindern, dass warmes flüssiges Wasser zumindest von unten die komplexe Mischung aus Mineralien erhält, die zum Entstehen des Lebens notwendig ist. Daher ist es wichtig zu wissen, ob die organisch-reiche Oberfläche von Titan mit den unterirdischen Meeren „kommunizieren“ kann.
Ein großes Geheimnis um Titan ist, wie viel Methan an seiner Oberfläche vorhanden sein kann. Methan wird schnell abgebaut, also muss es etwas wieder auffüllen. Wenn es tiefe Risse oder kryovulkanische Schlote gibt, durch die Ammoniak aus einem salzigen unterirdischen Ozean aufsteigen kann, würde Sonnenlicht die Moleküle zersetzen und so viel Methan freisetzen. Derselbe Weg könnte Oberflächenmaterial und atmosphärisches organisches Material in das darunterliegende Wasser sickern oder abgleiten lassen. In diesem Fall kann Leben im inneren Ozean von Titan möglich sein, selbst wenn sein Boden gefroren ist. [ Erstaunliche Fotos: Titan, der größte Mond des Saturn ]
Wie Enceladus und Titan unterliegen die Saturnmonde Dione und Tethys den Verwindungs- und Dreheffekten der Gezeitengravitation des Saturn. Und beide Welten zeigen helle, relativ glatte und grob kreisförmige Oberflächenflecken, auf denen Teiche mit flüssigem Wasser über Kratern gefroren zu sein scheinen. Sie würden schöne Schlittschuhbahnen machen. Diese Ereignisse ereigneten sich auf geologischen Zeitskalen wahrscheinlich erst vor relativ kurzer Zeit.
Dione vor Saturn: Cassinis Weitwinkelkamera hat drei Bilder – durch Blau-, Grün- und Infrarotfilter – aufgenommen, als die Raumsonde 39.000 km vom Mond entfernt flog, um dieses Foto zu produzieren.(Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/SSI)
Dione ähnelt Enceladus, ist aber mit 1.100 km Durchmesser etwa doppelt so groß. Die eisige Kruste von Dione ist viel dicker als die von Enceladus und verfügt über 100 km kristallisiertes Wasser. Aber a Kürzlich durchgeführte Studie basierend auf Cassinis Gravitationsmessungen legt nahe, dass eine enorme Menge an flüssigem Wasser unter dieser Hülle schwappt.
Der Boden von Diones unterirdischem Ozean ist laut der Studie wahrscheinlich der felsige Kern des Mondes selbst. Eine zukünftige U-Boot-Sonde könnte viele Wärmequellen und mineralische Nährstoffe finden, um das Leben zu erhalten, wenn die Biologie dort jemals begann – oder aus der Ferne gesät wurde. Diones Wasser war wahrscheinlich während des größten Teils der Mondgeschichte flüssig und fügte der Biologie das entscheidende Element der Zeit hinzu, um sich zu entwickeln und zu differenzieren, sagten Forscher.
Schneekugelwelten: Beobachtungen der Cassini-Huygens-Mission deuten darauf hin, dass drei Saturnmonde unter ihren eisigen Hüllen Ozeane mit flüssigem Wasser beherbergen.(Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)
Solche „Schneekugelwelten“ – Körper mit kalten Kristallaußenseiten, die warme, flüssige Ozeane voller Partikel enthalten, die sich kaskadieren und vermischen – gibt es nicht nur bei Saturn.
Der Zwergplanet Pluto könnte einen solchen Ozean umschließen. Pluto und sein größter Mond Charon, der etwa halb so breit ist wie der Zwergplanet selbst, können als Doppelsternsystem betrachtet werden. Ihre gegenseitige Anziehung könnte ihr Inneres aufheizen, und Teile von Pluto scheinen in der jüngsten Vergangenheit wieder aufgetaucht zu sein, sagten Wissenschaftler.
Der riesige Jupiter übt massive Gezeitenkräfte auf die vier großen Monde aus, die vor vier Jahrhunderten erstmals von Galileo Galilei bemerkt wurden. Der innerste dieser Monde, Io, scheint sich fast umzudrehen. Mehr als 400 aktive Schwefelvulkane sprengen die Eingeweide dieses Mondes ins All. Sein Kern aus geschmolzenem Eisen versengt die Oberfläche von unten. Von den Welten in unserem Sonnensystem mag Io den klassischen Vorstellungen von der Hölle am ähnlichsten sein. Es ist das trockenste Objekt im Sonnensystem, das längst alles Wasser verloren hat.
Auf Io gibt es keine Wasserozeane. Aber jedes seiner drei Geschwister – Europa, Ganymed und Callisto – umschließt ein Meer unter seiner Oberfläche.
Europa , das etwas kleiner als der Erdmond ist, enthält eine dünne Sauerstoffatmosphäre. Diese Welt weist die glattste Oberfläche im Sonnensystem auf, mit sehr wenigen Einschlagskratern, was darauf hindeutet, dass sie von innen mit Wassereis erneuert wird, sagten Wissenschaftler. Astronomen, die das Hubble-Weltraumteleskop der NASA verwenden, haben Hinweise auf Wasserdampfwolken entdeckt, die von Europa ausgehen und den 'Kryogysatoren' von Enceladus ähneln könnten.
Die ozeanischen Monde des Saturn erhalten die meiste Presse, aber die vielen trockenen Satelliten des beringten Planeten sind an sich schon faszinierend. Jeder Saturnmond ist ein einzigartiges Juwel in der Halskette des majestätischen Planeten.
Einige dieser Monde, wie Pantomimen , sehen aus wie die Ergebnisse alter, katastrophaler Kollisionen. Die zwielichtige Phoebe schüttet mit ihrer tintenschwarzen Oberfläche Materie ins All. Es färbt die Ringe und färbt eine Hemisphäre von Iapetus, dem 'nächsten Mond in' in Richtung Saturn, mit dunkelroten Schattierungen. Sparky Hyperion ist leicht und schwammig – fast wie ein riesiges Stück vulkanischer Bimsstein – und elektrisch aktiv. Ein paar Monde sind anscheinend eingefangene Asteroiden, Besucher aus dem Weltraum, die zu nahe gekommen sind. Und Cassini hat klumpige Kokons in den Ringen entdeckt, in denen winzige zukünftige Monde wachsen könnten. Zusammen bilden die vielen Saturnmonde ein spannendes Exponat der Kreativität der Natur.
Für einen tieferen Einblick in alles, was Cassini in seinen 13 Jahren im Saturn-System gefunden hat, sehen Sie sich die 73-minütige Dokumentation an. Königreich Saturn – Cassinis epische Suche ,' erhältlich bei Amazon XiveTV.
Der Autor @DavidSkyBrody ist der Autor und Regisseur von ' Königreich Saturn – Cassinis epische Suche , ' ein dokumentarischer Rückblick auf die Mission, verfügbar bei Amazon XiveTV. Dave Brody war zuvor Executive Producer bei Purch, der Muttergesellschaft von guesswhozoo.com und Live Science.
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