Saturnusmaan Enceladus zet de stoffen uit zijn verborgen oceaan zelf klaar voor onderzoek. De ijskorrels die de maan de ruimte in schiet, sorteren en concentreren die stoffen, waardoor eventuele sporen van leven makkelijker te vinden zijn. Dat concluderen onderzoekers onder leiding van de Freie Universität Berlin. Een tweede studie toont bovendien dat een microbe uit de aardse diepzee het uithoudt in een nagebootste versie van de Enceladusoceaan.
Wie naar leven zoekt, kan zich geen beter scenario wensen. Leven er microben in de oceaan, dan belanden stukjes van hun cellen ook in het water dat de maan de ruimte in blaast. Door het sorteren zouden die resten maar in een fractie van de ijskorrels opduiken. Wel zouden ze daar dicht opeengepakt zitten, nauwelijks vermengd met andere stoffen.
“Toekomstige ruimtesondes zullen in de fonteinen veel afzonderlijke ijsdeeltjes moeten analyseren”, zegt hoofdonderzoeker Frank Postberg in een persbericht. “Maar stuiten ze op één deeltje met microbieel materiaal, dan kunnen ze daarin met bestaande technologie vrij makkelijk sporen van leven herkennen.”
Dat is geen loze belofte. In eerder labwerk toonde zijn groep al aan dat gespecialiseerde meettoestellen celresten in één enkel ijsdeeltje kunnen opsporen. Dat komt van pas voor de Europese ruimtevaartorganisatie ESA. Die bereidt een missie naar Enceladus voor die moet nagaan of daar iets leeft.
Een oceaan onder het ijs
Enceladus is een klein maantje. Het heeft een diameter van amper 500 kilometer, ongeveer de afstand van Amsterdam naar Parijs. Vanbuiten is het een witte bol van ijs. Onder die ijslaag gaat vermoedelijk een oceaan schuil, die op zijn beurt op een rotsachtige kern rust.
De sterkste aanwijzing daarvoor zit in de manier waarop de maan draait. Terwijl Enceladus rond Saturnus cirkelt, schommelt hij een beetje heen en weer. “Voor het bestaan van een globale oceaan onder een ijskorst hebben we meerdere overtuigende aanwijzingen”, zegt professor Tim Van Hoolst (Koninklijke Sterrenwacht van België en KU Leuven). “De eerste en belangrijkste daarvan is de waargenomen variatie in de rotatie, die alleen maar te verklaren is met zo’n oceaan.” Een korst die op water drijft, kan namelijk los van de kern bewegen. Van Hoolst geeft zelf aan dat hij hierin geen onafhankelijke stem is: hij ontwikkelde de theorie achter die draaimetingen mee.
Ook metingen van de zwaartekracht en de vorm van de maan wijzen op een oceaan. De ijskorst erboven is gemiddeld zo’n 20 kilometer dik. IJs en water samen zijn 50 à 80 kilometer dik, en volgens Van Hoolst blijft het water vloeibaar tot op de rotsachtige kern.
Op de zuidpool zit de ijskorst vol scheuren. Daaruit spuiten fonteinen van waterdamp en ijskorrels honderden kilometers hoog de ruimte in. Die fonteinen tonen dat er water is, maar op zich bewijzen ze nog geen oceaan rond de hele maan, aldus Van Hoolst.
De NASA-sonde Cassini cirkelde tussen 2004 en 2017 rond Saturnus. Ze dook meermaals door die fonteinen en proefde zo van de oceaan. Ze vond zouten, koolstofverbindingen en aanwijzingen voor hete bronnen op de zeebodem. Zo’n kans om rechtstreeks water uit een buitenaardse oceaan te bekijken, bestaat nergens anders.
Over die hete bronnen is er wel meer onzekerheid. Dat de fonteinen alleen op de zuidpool spuiten en de korst niet overal even dik is, wijst erop dat de maan plaatselijk flink wat warmte afgeeft. Warmtebronnen zijn volgens Van Hoolst dan ook erg waarschijnlijk. “Het is wel nog altijd onduidelijk wat de energiebronnen van Enceladus zijn en waar de meeste energie geproduceerd wordt.”
Traag bevriezen
Aan het oppervlak van de oceaan borrelen gasbelletjes op. Als ze openspatten, slingeren ze piepkleine druppels omhoog, zoals bij een glas bruiswater. Een stroom waterdamp sleurt die druppels vervolgens mee naar boven, door de spleten in het ijs.
Lang ging men ervan uit dat die druppels in een oogwenk bevriezen. Het team rond Postberg ziet dat anders. De onderzoekers combineerden oude Cassini-metingen met langdurige labproeven en rekenmodellen. Daaruit leiden ze af dat de druppels veel trager bevriezen dan gedacht.
Dat maakt een groot verschil. Laat je een fles fruitsap langzaam bevriezen, dan ontstaat eerst bleek, bijna zuiver ijs. Suiker en kleurstof hopen zich op in het laatste stukje dat nog vloeibaar is. In de druppels van Enceladus gebeurt iets vergelijkbaars. Terwijl het water bevriest, schuiven de opgeloste stoffen uit elkaar: de zouten komen op de ene plek terecht, de koolstofverbindingen op een andere.
Dan volgt stap twee. Onderweg naar boven gaat het hard: tot 1.000 kilometer per uur. Veel bevroren druppels knallen daarbij tegen de ijswanden en versplinteren tot gruis, vele malen fijner dan een mensenhaar. Omdat de stoffen vooraf al uit elkaar waren gegaan, draagt elk splintertje meestal maar één ervan mee, en dan wel in geconcentreerde vorm.
“Enceladus doet eigenlijk veel van het werk voor ons”, zegt Postberg. “Op aarde kost het in een chemisch labo flink wat moeite om stalen zo voor te bereiden.”
Dat verklaart meteen een eerder raadsel. Cassini zag dat de ijskorrels onderling sterk van samenstelling verschilden. Onderzoekers dachten daarom eerst dat ze van verschillende plekken kwamen, elk met een eigen chemie. Volgens Niels Ligterink (TU Delft) toont deze studie dat alle korrels uit dezelfde oceaan kunnen komen. Ze raken pas onderweg naar de ruimte van elkaar gescheiden.
Wil je niets van Scientias missen? Voeg Scientias toe als voorkeursbron op Google dan zie je al onze verhalen!
Een diepzeemicrobe voelt zich alvast thuis
Een tweede studie, van de Ludwig-Maximilians-Universität München, onderzocht of er in die oceaan überhaupt iets kan leven. Ook Postberg en zijn Berlijnse collega Nozair Khawaja staan mee op de auteurslijst.
In München mengden de onderzoekers een labversie van het Enceladuswater. Er zit amper zuurstof in, maar wel veel opgeloste zouten. Het is bovendien sterk basisch, het tegenovergestelde van zuur. Ook de wisselwerking tussen het water en de rotsbodem bootsten ze na. Daarbij komt waterstofgas vrij.
In dat water zetten ze een microbe uit de aardse diepzee. Het is een archaeon: een eencellig organisme dat op een bacterie lijkt, maar tot een aparte tak van het leven behoort. Deze soort leeft normaal rond hete bronnen op de oceaanbodem. Ze heeft geen zuurstof nodig. Ze leeft van waterstof en koolstofdioxide en scheidt methaan af.
In een standaard kweekvloeistof die even basisch was en weinig koolstofdioxide bevatte, groeide de microbe niet. In het nagebootste Enceladuswater wel. De waterstof die uit het gesteente vrijkwam, diende als brandstof. En de microbe wist rond te komen met het beetje koolstofdioxide dat er was. “Dit was echt een verrassing voor ons”, zegt Khawaja in het persbericht. “We hadden niet verwacht dat het experiment zo goed zou lukken.”
Methaan maken is een van de oudste vormen van stofwisseling op aarde. Volgens Postberg zouden de omstandigheden op Enceladus zo’n stofwisseling toelaten, zelfs in dat erg basische water.
Nog geen bewijs
Geen van beide studies toont echter aan dat er leven is op Enceladus. Dat benadrukken de onderzoekers zelf. Ze tonen hoogstens waar en hoe je het best zoekt. Het trage bevriezen is bovendien niet rechtstreeks waargenomen, maar gereconstrueerd uit metingen, labproeven en modellen. Dat een aardse microbe het uithoudt in nagebootst water, zegt ook niets over de vraag of daar ooit zelf leven is ontstaan. En de ESA-missie moet er nog komen: het duurt nog jaren voor een sonde de ijskorrels echt kan doorzoeken.
Ook een korrel vol celresten zou nog geen uitgemaakte zaak zijn. Volgens Ligterink is de chemische vingerafdruk van celmateriaal makkelijk te herkennen, zolang je al weet dat het er zit. Maar over Enceladus weten we zo weinig dat processen zonder leven misschien sporen kunnen maken die erop lijken. “Het is misschien onwaarschijnlijk, maar niet uit te sluiten”, zegt hij. “Sluitend bewijs zou ik het niet noemen zonder aanvullende metingen.”
Wat zou hem dan wel overtuigen? “Het meest overtuigende bewijs voor leven blijft voor mij nog steeds een filmpje waarin we een microbe rond zien zwemmen in materiaal dat net uit de oceaan van Enceladus is gekomen.” Zo’n meting is weinig realistisch, beseft hij. Een grote stap zou al zijn als een sonde in één staal tegelijk een rijke mix aan complexe moleculen vindt, samen met bouwstenen van leven zoals eiwitten en stukjes erfelijk materiaal. Hoe complexer en gevarieerder die moleculen, hoe kleiner de kans dat ze zonder leven zijn ontstaan.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Wetenschappers bouwen de oceaan van Enceladus na in het lab en doen verrassende vondst en Saturnus’ ijsmaan Enceladus straalt veel meer warmte uit dan gedacht. En dat maakt hem een stuk geschikter voor leven. Of lees dit artikel: Europa heeft waarschijnlijk geen actieve zeebodem en dat is slecht nieuws voor leven.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
