Wissenschaftler finden auf Enceladus Hinweise auf komplexe organische Moleküle

Der Saturnmond Enceladus verbirgt unter seiner Eiskruste einen globalen Ozean aus flüssigem Wasser. Ein Detektor der Raumsonde Cassini hat nun von Enceladus ins All geschleuderte Eisteilchen aufgespürt, die organische Substanzen in hohen Konzentrationen enthalten. Sie weisen die typischen Strukturen von sehr komplexen makromolekularen Verbindungen auf. „Dies ist der erste Nachweis großer organischer Moleküle einer außerirdischen Wasserwelt. Sie können nur durch ebenfalls komplexe chemische Prozesse erzeugt werden“, so der Planetologe Privatdozent Dr. Frank Postberg, der Leiter der Studie und Wissenschaftler am Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg ist. Die Forschungsergebnisse wurden in „Nature“ veröffentlicht.

Enceladus gilt als eines der vielversprechendsten Objekte in unserem Sonnensystem, um nach außerirdischem Leben zu suchen. Der Saturnmond schleudert Eisteilchen in Form von mehreren hundert Kilometer großen Eisfontänen ins All, die vermutlich mit warmen Hydrothermalsystemen im Kern des Mondes in Verbindung stehen. Dabei werden aus dem Gesteinskern auch organische Verbindungen ausgewaschen, die sich im Wasserozean ansammeln und dann an die Oberfläche transportiert werden. Die Ozeanoberfläche befindet sich – in Spalten der Eiskruste – nur wenige hundert Meter unter der eisigen Oberfläche von Enceladus.

Links: Das Innere des Saturnmondes Enceladus. Die Grafik zeigt die eisige Kruste, die in den Polarregionen dünner ist; darunter befindet sich ein Ozean. Der Mond hat einen porösen felsigen Kern. In den Kern eindringendes Wasser wird durch den Kontakt mit dem Gestein im durch Gezeiten aufgeheizten Inneren erwärmt. Das erwärmte Wasser gelangt über hydrothermale Quellen unter den Polen in den Ozean. Komplexe organische Stoffe und Gesteinspartikel werden mit dem hydrothermalen Fluss ausgeschwemmt. Gasbläschen, die durch den Ozean aufsteigen, sammeln organisches Material an ihrer Oberfläche und transportieren es zum Eiskruste. Mitte: Der ozeanische Wasserspiegel liegt innnerhalb von Rissen in der südpolaren Eiskruste. Gasbläschen helfen, organisches Material an die Ozeanoberfläche zu bringen, wo es einen dünnen Film bildet. Rechts: Wenn die Bläschen an der Oberfläche platzen, zerstäuben sie einen Teil der organischen Stoffe, zusammen mit einem Sprühnebel aus salzigem Ozeanwasser. Tröpfchen dieses versprühten organischen Materials bekommen eine Eiskruste, wenn Wasserdampf auf ihrer Oberfläche gefriert. Sie werden zusammen mit dem gefrorenen salzigen Ozeanwasser in den Eisfontänen ausgestoßen und dann von Cassini detektiert. Die Einschübe in der Mitte und rechts sind um 180 Grad gegenüber der Gesamtansicht links gedreht. (Ill.: ESA)

Wie Dr. Postberg erläutert, sind die großen organischen Moleküle allerdings nicht wasserlöslich. Sie bestehen aus komplexen Mischungen ringfömiger (aromatischer) und linearer (aliphatischer) Bestandteile mit funktionellen Gruppen, die Sauerstoff und vermutlich Stickstoff enthalten, und werden teilweise aus Hunderten von Atomen gebildet. „Wahrscheinlich sorgen Gasbläschen für ihren Transport an die Ozeanoberfläche, wo sie einen organischen Film bilden“, so Dr. Nozair Khawaja, der die begleitenden Laborexperimente mit organischen Substanzen leitete.

„Es scheint, als würde Enceladus sein organisches Inventar so aus den Tiefen des Ozeans in stark erhöhten Konzentrationen an die Wasseroberfläche bringen. Von dort aus wird es mit Ozeantröpfchen ins Weltall geschleudert.“

Mit den Daten des Cassini-Detektors konnten die Heidelberger Forscher nicht nur die Zusammensetzung des Ozeans von Enceladus, sondern auch die komplexe organische Chemie in seinen Tiefen untersuchen. „Die Entdeckung makromolekularer Verbindungen, die aus einer moderat warmen Wasserumgebung stammen, wird das Interesse an solchen Eismonden als mögliche Habitate extraterrestrischen Lebens weltweit befeuern“, sagt Prof. Dr. Mario Trieloff vom Klaus-Tschira-Labor für Kosmochemie, das am Institut für Geowissenschaften angesiedelt ist. Die vorliegenden Cassini-Daten allein erlauben jedoch keine definitive Antwort auf die Frage, ob diesen großen organischen Molekülen hydrothermale oder sogar biogene Prozesse zugrunde liegen. „Dies ließe sich allerdings relativ leicht mit einer zukünftigen Enceladus-Raummission klären“, erläutert der Wissenschaftler.

Die amerikanisch-europäische Cassini-Huygens-Mission wurde 1997 als gemeinsames Projekt der NASA und der ESA sowie der italienischen Raumfahrtagentur ASI gestartet. Von 2004 an befand sich Cassini im Saturnsystem und wurde im September 2017 kontrolliert in der Saturnatmosphäre zum Absturz gebracht, wo die Raumsonde verglühte. Die Daten, mit denen die Heidelberger Forscher gearbeitet haben, sind Bestandteil eines Datensatzes, der über 13 Jahre gesammelt wurde und die Wissenschaft noch eine Weile beschäftigen wird.

Veröffentlichung: F. Postberg, N. Khawaja et al.: Macromolecular organic compounds from the depths of Enceladus. Nature, doi: 10.1038/s41586-018-0246-4

Quelle: off. Pn der Uni Heidelberg