Cassini-gegevens onthullen de aanwezigheid van fosfor in oceaanpluimen op Enceladus

Een team van wetenschappers ontdekte met behulp van archiefgegevens van de nu gepensioneerde Cassini-missie de aanwezigheid van fosfor in enorme waterpluimen die uit de zuidelijke regio’s van Saturnusmaan Enceladus spuwen. Fosfor – een chemisch element dat essentieel is voor het leven en vaak wordt beschouwd als een fundamentele bouwsteen van het leven – zit opgesloten in de zoutrijke ijskorrels die in deze pluimen worden uitgespuugd.

Aangenomen wordt dat de pluimen zelf worden veroorzaakt door water uit de ondergrondse oceaan in Enceladus. Oceaanwater baant zich een weg naar de ruimte door verschillende scheuren in de zuidelijke oppervlaktegebieden van Enceladus. De resulterende pluimen zijn bestudeerd door veel ruimtevaartuigen – waaronder Cassini – en creëerden zelfs een ring rond Saturnus (bekend als de E-ring).

Cassini, die van 2004 tot 2017 in een baan rond Saturnus draaide, was een missie om Saturnus te ontdekken en enkele van zijn meest boeiende mysteries te ontdekken. Een van deze mysteries was het bestaan ​​van een ondergrondse oceaan onder de ijzige korst van Enceladus, bewijs waarvan Cassini vond toen het enorme geiserachtige pluimen ontdekte bij de zuidpool van Enceladus. Sinds de ontdekking van de pluimen hebben wetenschappers gegevens van Cassini gebruikt om vast te stellen dat als er inderdaad een ondergrondse oceaan zou bestaan, deze ongeveer 26 tot 31 kilometer diep zou zijn – veel dieper dan de 3,7 kilometer diepe oceanen van de aarde.

Om de samenstelling van de pilaren te bepalen, vloog Cassini verschillende keren door de pilaren, evenals de E-ring van Saturnus, terwijl hij op Saturnus was. Uit gegevens die zijn verzameld door Cassini’s vluchten, hebben wetenschappers kunnen vaststellen dat de ijskorrels die in de pluimen worden uitgeworpen een reeks mineralen en organische verbindingen bevatten die met het leven worden geassocieerd. Sommige van de aanwezige mineralen en organische verbindingen zijn componenten voor de vorming van aminozuren.

Wetenschappers hebben tot nu toe echter geen fosfor kunnen vinden in de verbindingen die aanvankelijk in de pluimen werden gedetecteerd.

Fosfor is een van de minst voorkomende elementen die essentieel zijn voor het leven – wat de ontdekking ervan des te spannender en indrukwekkender maakt. Fosfor is niet alleen een bouwsteen voor DNA en wordt aangetroffen in zoogdieren, celmembranen en oceanisch plankton, maar het is ook een belangrijk onderdeel van alle energiedragende moleculen in al het leven op aarde. Kortom, zonder fosfor zou leven niet mogelijk zijn.

We hebben eerder ontdekt dat de oceaan van Enceladus rijk is aan een verscheidenheid aan organische verbindingen. Maar nu onthult dit nieuwe resultaat de duidelijke chemische signatuur van grote hoeveelheden fosforzouten in de ijzige deeltjes die door de jonge pluim van de maan de ruimte in worden geworpen. “Het is de eerste keer dat dit essentiële element is gedetecteerd in een oceaan buiten de aarde”, zegt hoofdauteur Frank Postberg van Freie Universität in Berlijn, Duitsland.

Sinds er in de pluimen verbindingen zijn ontdekt die natrium, kalium, chloor en carbonaten bevatten, is Enceladus aangewezen als een van de vele ijsmanen in ons zonnestelsel die leven zouden kunnen herbergen. Specifiek voor Enceladus moet er leven bestaan ​​in zijn ondergrondse oceaan, die volgens computermodellen matig alkalisch is. De alkaliteit van de oceaan en de verbindingen die in de pluimen worden gedetecteerd, maken Enceladus tot een van de meest bewoonbare plaatsen in ons zonnestelsel buiten de aarde.

De afbeelding toont de uitgestrekte oceaan onder het oppervlak van Enceladus. (Credit: NASA/JPL-Caltech)

Zoals gezegd, Postberg et al. Fosfor gevonden in de pluimen door gearchiveerde Cassini-gegevens te analyseren. Ze kregen toegang tot de gegevens via NASA’s Planetary Data System, een langlopend archief van gegevens verzameld door verschillende NASA-planetaire wetenschappelijke missies.

Met name Postberg et al. Hij keek naar gegevens die waren verzameld door Cassini’s Cosmic Dust Analyzer (CDA), een instrument dat stofdeeltjes analyseerde door de lading, snelheid, grootte en oriëntatie van een deeltje te bepalen, en door een deeltje te breken om de samenstelling ervan te bepalen. In plaats van CDA-gegevens te analyseren van het moment waarop Cassini door de pluimen vloog, analyseerde het team CDA-gegevens van het moment waarop Cassini door de E-ring van Saturnus vloog, de ring gevormd door de pluimen van Enceladus. Interessant is dat het CDA meer ijsdeeltjes analyseerde toen Cassini door de E-ring vloog dan toen het ruimtevaartuig door de pluimen van Enceladus vloog.

In de E-ring-gegevens van het CDA, Postberg et al. Hij ontdekte een hoge concentratie natriumfosfaat in de ijspellets.

Aanvullende analyse van fosfor door teamleden in Europa en Japan toonde aan dat de oceaan van Enceladus waarschijnlijk fosfor bevatte in verschillende vormen van in water oplosbare fosfaten. Bovendien stelde het team vast dat fosfaten kunnen worden gevonden in concentraties die minstens 100 keer hoger zijn dan die van de oceanen op aarde.

Op deze opname van Cassini is Enceladus in het midden te zien, met de massieve E-ring die zich boven en onder de maan uitstrekt. (Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

De ontdekking van fosfaat in de pluimen van Enceladus en zijn aanwezigheid in de ondergrondse oceaan van de maan betekent dat andere ijzige oceaanmanen in ons zonnestelsel (zoals Ganymedes, Europa, enz.) Waarschijnlijk fosfor in hun oceanen bevatten. Als een ijzige maan zou ontstaan ​​uit oerijs dat kooldioxide bevat, neemt de kans dat die maan fosfor bevat exponentieel toe.

“Hoge fosfaatconcentraties zijn het resultaat van interacties tussen vloeibaar water dat rijk is aan carbonaten en rotsachtige mineralen op de oceaanbodem op Enceladus en kunnen ook voorkomen op een aantal andere oceaanwerelden. Deze sleutelcomponent zou overvloedig genoeg kunnen zijn om het leven in de buurt van Enceladus, co-auteur Christopher Glenn van Enceladus zei Southwest Research Institute “Dit is een verbazingwekkende ontdekking voor astrobiologen.”

Hoewel de ontdekking van fosfor op Enceladus zeker opwindend is, betekent de ontdekking niet dat er zelf leven op de maan is gevonden.

“De aanwezigheid van de componenten is noodzakelijk, maar het is misschien niet voldoende voor een buitenaardse omgeving om leven te huisvesten. Of het leven in de buurt van Enceladus is ontstaan, blijft een open vraag, “zei Glenn.

Enceladus, de ijzige maan van Saturnus, staat bekend om zijn geisers die uitbarsten met water uit de ondergrondse oceaan.

Wetenschappers hebben zojuist fosfor ontdekt – een onbekend element dat een essentiële bouwsteen is voor leven – in pluimen die door deze geisers worden gespoten: https://t.co/1XY5X2qtmF pic.twitter.com/2vPvLIvgZh

-NASA (@NASA) 15 juni 2023

Het onderzoek van Postberg et al is nog een ander voorbeeld van hoe de verbazingwekkende Cassini-missie planetaire wetenschap en astrobiologie blijft beïnvloeden. Cassini’s missie eindigde in 2017 toen het ruimtevaartuig opzettelijk de atmosfeer van Saturnus binnendrong en verbrandde. Hoewel wetenschappers al baanbrekende ontdekkingen hadden gedaan met Cassini-gegevens toen de missie van het ruimtevaartuig eindigde, had en heeft de wetenschappelijke gemeenschap nog steeds enorme hoeveelheden gegevens om te analyseren.

“Deze recente ontdekking van fosfor in de onderaardse oceaan van Enceladus heeft de weg geëffend voor wat het bewoonbaarheidspotentieel zou kunnen zijn voor andere ijzige oceaanwerelden in het hele zonnestelsel. Nu we weten dat veel van de ingrediënten voor het leven bestaan, wordt de vraag: het leven bestaat buiten de aarde, misschien in “Ik voel dat Cassini’s blijvende nalatenschap toekomstige missies zal inspireren die uiteindelijk deze vraag kunnen beantwoorden”, zegt Linda Spilker, Cassini-projectwetenschapper van NASA’s Jet Propulsion Laboratory.

Het onderzoek van Postberg et al. werd op 14 juni in het tijdschrift gepubliceerd natuur.

(Hoofdafbeelding: Cassini-afbeelding van de zuidelijke pluimen van Enceladus. Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)