De waterpluimen van Enceladus bevatten mogelijk bouwstenen voor leven. En nu hebben onderzoekers bewijs geleverd dat we deze kunnen detecteren wanneer ruimtevaartuigen monsters nemen.
In de speurtocht naar buitenaards leven richten veel optimistische blikken zich op Enceladus, de ijskoude maan van Saturnus. En met goede reden. Ondanks het ijzige oppervlak herbergt deze kleine maan een vloeibare, ondergrondse oceaan. Bovendien ontsnappen er uit scheuren in het ijzige oppervlak grote waterpluimen, die een verscheidenheid aan organische verbindingen bevatten. Tot nu toe was het echter onduidelijk of de organische verbindingen in die pluimen bestand zouden zijn tegen de snelheid waarmee deze omhoog schieten. Maar een nieuwe studie stemt nu hoopvol.
In de voortdurende zoektocht naar leven elders in het universum, speuren onderzoekers vaak naar drie cruciale elementen: water, energie en organisch materiaal. En er zijn aanwijzingen dat Enceladus een ‘oceaanwereld’ is die alle drie bevat. Enceladus spuit namelijk regelmatig krachtige waterpluimen de ruimte in, waarbij vloeibaar water uit de oceaan onder de ijskorst van de maan omhoog wordt geschoten. Deze pluimen kunnen soms tot wel honderd kilometer boven het oppervlak reiken. Eerdere onderzoeken naar deze pluimen hebben aangetoond dat 98 procent voornamelijk uit water bestaat, ongeveer 1 procent waterstof is, en de rest een mengeling van andere moleculen bevat, zoals koolstofdioxide, methaan en ammoniak. Opmerkelijk is dat de pluimen ook organische verbindingen bevatten, die stikstof en zuurstof dragen. Deze verbindingen spelen een cruciale rol bij de productie van aminozuren, de complexe moleculen die fungeren als bouwstenen voor eiwitten en vaak als bouwstenen voor leven worden beschouwd.
Gedurende zijn missie van twee decennia ontdekte de Cassini-ruimtesonde van NASA dat Enceladus waterpluimen met een snelheid van ongeveer 400 m/s uit zijn oppervlak spuwt. Deze uitbarstende pluimen creëren een uitstekende kans om monsters te verzamelen en de samenstelling van de oceanen van Enceladus te onderzoeken, om zo te bepalen of deze maan mogelijk leven herbergt. Maar zoals gezegd was het tot nu toe onzeker of organische stoffen wel intact zouden blijven wanneer ze met zulke hoge snelheden worden weggeschoten.
Aerosol-impact-spectrometer
Om dit te onderzoeken, maakten wetenschappers gebruik van een bijzondere aerosol-impact-spectrometer. Deze is ontworpen om de botsingsdynamica van afzonderlijke aerosolen en deeltjes bij hoge snelheden te bestuderen. “Dit specifieke apparaat is wereldwijd uniek omdat het in staat is individuele deeltjes te selecteren en ze te versnellen of vertragen naar vooraf bepaalde eindsnelheden,” legt onderzoeker Robert Continetti uit. “We kunnen het gedrag van de deeltjes onderzoeken over verschillende groottes, variërend van enkele micron in diameter tot honderden nanometers. Dit geldt voor diverse materialen. Bovendien kunnen we bestuderen hoe de deeltjes verstrooien en hoe hun structuren veranderen bij een botsing.”
Het experiment
Voor het experiment maakten de onderzoekers eerst ijskorrels met elektrospray-ionisatie. Hierbij wordt water door een naald geperst die onder hoge spanning staat, waardoor het water in steeds kleinere druppels uiteenvalt. Deze druppels werden vervolgens in een vacuüm gebracht, waar ze bevroren. Het team mat de massa en lading van de ijskorrels, volgden ze terwijl ze door de spectrometer bewogen en timede vervolgens het exacte moment van impact tot op de nanoseconde.
Intact
Uit de bevindingen blijkt dat aminozuren zelfs intact blijven bij botsingen met snelheden tot 4,2 km/s. Dit betekent dat deze belangrijke moleculen ongeschonden uit de waterpluimen op Enceladus kunnen komen. Ze blijken opgewassen tegen de enorme snelheid waarmee de waterpluimen uit het oppervlak schieten. En dat ondersteunt het idee dat ze gedetecteerd kunnen worden wanneer ruimtevaartuigen monsters nemen. “Om te begrijpen welk soort leven mogelijk is in ons zonnestelsel, is het belangrijk om te weten of de moleculen in de monsters wel of niet beschadigd zijn,” verklaart Continetti. “Op die manier kunnen we eigenschappen herkennen die wijzen op wat het tot een op zichzelf staande levensvorm maakt. Ons werk toont aan dat dit mogelijk is met de waterpluimen van Enceladus.”
De bevindingen hebben ook implicaties voor de aanstaande Europa Clipper missie, die in 2024 wordt gelanceerd en op Jupiter zal afstevenen. Europa, een van de grootste manen van Jupiter, is ook een oceaanwereld en heeft een vergelijkbare ijzige samenstelling als Enceladus. Wetenschappers hopen dat Europa Clipper of toekomstige missies naar Saturnus een specifieke set moleculen in de ijskorrels kunnen identificeren die kunnen wijzen op het bestaan van leven in de ondergrondse oceanen van deze manen. Daarom is het van groot belang dat deze moleculen intact blijven ondanks hun snelle uitstoting van de maan, en dat ze succesvol worden verzameld door een ruimtesonde. En zoals nu blijkt, kunnen tekenen van leven dus inderdaad succesvol op deze ijskoude manen worden gedetecteerd. Dat brengt ons weer stap dichter bij het ontrafelen van die ene fascinerende vraag: bestaat er buitenaards leven?
De Europa Clipper zal een cruciale rol spelen bij het vergroten van ons begrip van deze maan. Het ruimtevaartuig zal talloze scheervluchten langs Europa maken om de oceaan onder de dikke ijskorst grondig te onderzoeken. Uitgerust met diverse instrumenten zal de sonde niet alleen het oppervlak bestuderen, maar ook de stof en gassen die naar boven worden gestuwd. De hoop is om meer te ontdekken over deze intrigerende, verre wereld, die mogelijk levensvormen zou kunnen herbergen zoals wij die kennen. Een dieper inzicht in de bewoonbaarheid van Europa kan wetenschappers vervolgens helpen om beter te begrijpen hoe het leven zich op aarde heeft ontwikkeld en om meer te leren over mogelijke levensvormen elders in het heelal.
