Wijst methaan in de waterpluimen van Enceladus soms op microbacterieel leven?

Impressie van Cassini die door de waterpluimen van Enceladus vliegt. Credits: NASA/JPL-Caltech

Wetenschappers van de Universiteit van Arizona en de Paris Sciences & Lettres University hebben onderzoek gedaan naar de waterpluimen van de Saturnusmaan Enceladus en geconcludeerd dat er in de oceanen onder de dikke ijskorst van Enceladus een proces moet plaatsvinden dat methaan produceert en dat niet een bekend geochemisch proces is. In Nature Astronomy hebben ze er vandaag een vakartikel over gepubliceerd. Dat er op de polen van Enceladus grote geisers zijn, van waaruit pluimen met waterdamp spuiten, is al bekend sinds de scheervluchten van de NASA ruimteverkenner Cassini langs de maan. Cassini vond toen al in die waterdamp (waar een paar keer dwars doorheen werd gevlogen) moleculen zoals diwaterstof, methaan en kooldioxide, moleculen die we op aarde ook aantreffen bij heetwaterbronnen op de bodem van de oceanen. Alleen was de hoeveelheid methaan erg groot.

Voorstelling van de maan Enceladus, waar door scheuren in de ijskorst waterdamp via geisers naar buiten spuit. Credits: NASA/JPL

Vandaar dat Regis Ferriere (UA) en zijn team keken naar de mogelijkheid die we ook op aarde kennen, namelijk dat bepaalde microbacterieën, die we kennen als methanogens, het diwaterstof omzetten in methaan. Een reis naar Enceladus om die mogelijkheid te onderzoeken is voorlopig niet aan de orde, dus vandaar dat de onderzoekers het anders aanpakten: zij stelden wiskundige modellen op om te kijken of de gegevens die door Cassini zijn verzameld van de waterpluimen van Enceladus ook verklaard kunnen worden door eventuele methanogens in de vloeibare oceaan onder de ijskorst van Enceladus. Hun conclusie: de gegevens van Cassini zijn consistent met microbacteriële hydrothermale ventilatie-activiteit óf met processen waarbij geen levensvormen zijn betrokken, maar die verschillen van de processen die we op aarde kennen. Met de bekende niet-biologische processen kon men de hoeveelheid methaan niet verklaren. Bron: Universiteit van Arizona.

Ondergrondse oceaan op Saturnusmaan Enceladus lijkt stromingen te hebben

Foto van Enceladus gemaakt door Cassini. Credit: NASA/JPL/Space Science Institute

Het lijkt erop dat de oceaan van de maan Enceladus van Saturnus, die zich bevindt onder een 20 km dikke laag ijs, stromingen kent, welke vergelijkbaar zijn met de oceaanstromingen op aarde. Enceladus is een kleine bevroren bal met een diameter van ongeveer 500 kilometer (ongeveer 1/7e van de diameter van onze maan), de zesde grootste maan van Saturnus. Ondanks zijn kleine formaat trok Enceladus de aandacht van wetenschappers in 2014 toen een flyby van het Cassini-ruimtevaartuig bewijs leverde van zijn grote ondergrondse oceaan door foto’s te maken van uitbarstingen van geisers in het ijs bij de zuidpool.

De oceaan op Enceladus is volkomen anders dan die van de aarde. De oceaan van de aarde is relatief ondiep (gemiddeld 3,6 km diep), beslaat driekwart van het planeetoppervlak, is aan de bovenkant warmer door de zonnestralen en kouder in de diepten nabij de zeebodem, en heeft stromingen die worden beïnvloed door wind. Enceladus heeft echter een volledig ondergrondse oceaan, zich over de hele maan uitstrekkend, die minstens 30 km diep is en aan de bovenkant bij de ijsschil wordt gekoeld en aan de onderkant wordt opgewarmd door warmte uit de kern van de maan. Dat er door die temperatuursverschillen verticale menging is in de oceaan was al bekend, maar verder dacht men dat de oceaan van Enceladus homogeen zou zijn. Maar Ana Lobo (Caltech) en haar collega’s denken op basis van waarnemingen gedaan met NASA’s ruimteverkenner Cassini en van onderzoek van Andrew Thompson, hoogleraar milieukunde en engineering, dat er ook horizontale stromingen in de oceaan zijn. Die oceaancirculatie zou dezelfde oorzaak hebben als die op aarde: zout! Variaties in het zoutgehalte dienen als drijvende krachten achter de oceaancirculatie op Enceladus, net als in de Zuidelijke Oceaan van de aarde, die Antarctica omringt.

Impressie van de oceaan van Enceladus met spuitende geisers bij spleten in het ijs. Credits: NASA/JPL-Caltech

Zwaartekrachtmetingen en warmteberekeningen van Cassini hadden al aangetoond dat de ijslaag aan de polen dunner is dan aan de evenaar van Enceladus. Gebieden met dun ijs aan de polen worden waarschijnlijk geassocieerd met smelten en gebieden met dik ijs aan de evenaar met bevriezing, zegt Thompson. Dit heeft invloed op de stromingen in de oceaan, want wanneer zout water bevriest, komen de zouten vrij en wordt het omringende water zwaarder, waardoor het zinkt. Het tegenovergestelde gebeurt in smeltgebieden. De onderzoekers willen kijken of ze kunnen ontdekken welke delen van de ondergrondse oceaan het meest gastvrij zijn voor leven, zoals we dat nu kennen, zodat toekomstige missies (zoals de Dragon missie) om op Enceladus te zoeken naar tekenen van leven beter gericht kunnen worden. Hier het vakartikel over de waarnemingen aan Enceladus, verschenen in Nature Geoscience. Bron: Science Daily.

Vreemde molecuul ontdekt in Titan’s atmosfeer, een mogelijke bouwsteen van leven

De beste foto’s die we hebben van het oppervlak van Titan, gemaakt in infrarood met het Visual and Infrared Mapping Spectrometer instrument aan boord van NASA’s Cassini. Credits: NASA/JPL-Caltech/University of Nantes/University of Arizona.

Wetenschappers hebben in de atmosfeer van Titan, de grootste maan van Saturnus, een vreemd molecuul ontdekt, cyclopropenylidene (C3H2), ja ja dat is makkelijk te onthouden. Dit is een op koolstof gebaseerd molecuul dat mogelijk een bouwsteen is van leven. De ontdekking werd gedaan met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in het noorden van Chili en wel door een groep onderzoekers onder leiding van Conor Nixon en Alexander Thelen (NASA Goddard Space Flight Center). In het spectrum van het licht van Titan kwamen ze het signaal tegen van cyclopropenylidene, dat bestaat uit koolstof- en waterstofatomen. Het molecuul is in geen enkele andere atmosfeer in ons zonnestelsel waargenomen. Wel heeft men het eerder gedetecteerd in gas- en stofwolken van het interstellaire medium (ISM) in het Melkwegstelsel, zoals in de Tauruswolk, een grote, koude moleculaire wolk in het sterrenbeeld Stier (zie de afbeelding hieronder).

C3H2 in interstellaire gaswolken en in de atmosfeer van Titan. Credit: ESO/APEX/ Conor Nixon/NASA’s Goddard Space Flight Center

In Titan komt cyclopropenylidene voor in de bovenste delen van de atmosfeer. Het is een molecuul dat bekend staat als een ‘closed-loop molecule’, dat wil zeggen dat het de ‘ruggegraat van ringen’ (Engels: backbone rings) van DNA en RNA vormt, die op hun beurt weer de bouwstenen van leven vormen. Eerder werd ook al een ander closed-loop molecuul in de atmosfeer van Titan ontdekt, namelijk benzeen (C6H6). Er zijn daarmee dus twee moleculen ontdekt in de atmosfeer van Titan, die verband houden met DNA en RNA! De gegevens die met ALMA zijn verzameld zijn nog dubbel gecontrolleerd met de gegevens die Cassini heeft verzameld, het ruimtevaartuig dat maar liefst 127 scheervluchten langs Titan heeft gemaakt. Ook in de gegevens van de ‘mass spectrometer’ van Cassini kwam men (achteraf bekeken) een signaal tegen van een elektrisch geladen variant van C3H2.

Yep, there’s no place like Titan! Credit: Scott Woods

Aanvullend op dit nieuws is er nog ander vergelijkbaar nieuws over Titan, want een ander onderzoeksteam, dat onder leiding stond van Catherine Neish (University of Western Ontario) heeft gebruikmakend van gegevens van NASA’s Cassini missie ontdekt dat er in diverse inslagkraters op het oppervlak van Titan ook allerlei organische aterialen zijn ontdekt. Hier hun vakartikelen met alle bevindingen, verschenen in Astronomy & Astrophysics.

Impressie van Dragonfly. Credits: NASA/JHU-APL

De NASA heeft het plan om een missie naar Titan te sturen en daar te gaan zoeken naar aanwijzingen voor de aanwezigheid van leven, de Dragonfly missie. De Dragonfly is een door het John Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) ontworpen zelfstandig vliegende nucleaire quadcopter-drone die onderzoek zal verrichten op Titan. In 2034 moet de Dragonfly op Titan landen. NASA heeft om diverse redenen waaronder de budgetaire gevolgen van de coronacrisis echter verzocht om de doeldatum voor de lancering een jaar te verleggen. Dat zou betekenen dat de lancering in 2027 moet plaatshebben. Hieronder een video over Dragonfly.

Hier het vakartikel van Nixon et al over de ontdekking van het vreemde molecuul in de atmosfeer van Titan, vorige maand verschenen in the Astronomical Journal. Bron: NASA + Univ. Western Ontario.

Aanwijzingen dat ook het noordelijk halfrond van Enceladus ‘vers’ ijs heeft

Credit: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/LPG/CNRS/University of Nantes/Space Science Institute

Door gebruik te maken van gegevens die gedurende maar liefst 13 jaar verzameld zijn door het ruimtevaartuig Cassini van de NASA heeft men aanwijzingen gevonden dat mogelijk ook het noordelijk halfrond van de maan Enceladus van Saturnus ‘vers’ ijs heeft, ijs dat door geologische activiteit relatief jong is en dat telkens vernieuwd wordt. Met Cassini’s Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) en met z’n Imaging Science Sub-system (ISS) camera werd het oppervlakte van Enceladus in kaart gebracht en kon men een nieuwe spectrale kaart maken van de maan, waarvan eerder al is vastgesteld dat ‘ie actieve geisers heeft, waar waterdamp de ruimte in spuit. Dat er op de zuidpool van Enceladus vers ijs ligt was geen verrassing en dat zie je aan de foto’s hierboven. Je ziet op die pool vier grote strepen lopen, de bekende tijgerstrepen op Enceladus – rood is warm, blauw is koud.

De metingen laten zien dat er ook op het noordelijk halfrond van Enceladus vers ijs is en dat is voor de onderzoekers wel een verrassing. Geologische activiteit zorgt er voor dat het ijs vernieuwd. Dat kan gebeuren door geisers, die waterdamp en ijsdeeltjes uitspugen, maar het kan ook gebeuren door bewegend ‘kruipijs’, wat bij de scheuren in de ijskorst omhoog en omlaag gaat. Het is al langer bekend dat de ijskorst van Enceladus bij diens polen dunner is dan bij de evenaar – ja, je verwacht het niet. Dit komt door de baan van Enceladus om Saturnus en de baan van Saturnus om de zon, zodat er periodieke krimp en uitzetting optreedt [1]Aanvullend: De getijdenkrachten hebben de neiging om meer geconcentreerd te zijn aan de polen dan aan de evenaar. Hierdoor wordt aan de polen een beetje meer hitte gegenereerd, wat resulteert in het … Continue reading.

In het tijdschrift Icarus is een vakartikel verschenen over het onderzoek door Cassini aan Enceladus. Bron: NASA.

References[+]

References
1 Aanvullend: De getijdenkrachten hebben de neiging om meer geconcentreerd te zijn aan de polen dan aan de evenaar. Hierdoor wordt aan de polen een beetje meer hitte gegenereerd, wat resulteert in het smelten van een deel van de ijskorst. Hierdoor is de ijskorst van Enceladus dunner aan de polen dan aan de evenaar. Dit is ook bij Titan het geval.

Aanwijzingen gevonden voor vulkanische kraters op Titan

Geneste kraters op Titan (linksboven), Mars (rechtsboven) en de Aarde (onder). Credit: Planetary Science Institute.

Wetenschappers hebben aanwijzingen gevonden dat er op Titan, de grootste maan van Saturnus, vulkanische kraters zijn.  Charles A. Wood (Planetary Science Institute) en Jani Radebaugh of Brigham (Young University) hebben foto’s bestudeerd die gemaakt zijn met NASA’s Cassini ruimtevaartuig, die tussen 2004 en 2017 van nabij onderzoek deed aan Saturnus en z’n manen. Titan heeft weliswaar een dikke atmosfeer, die het zicht op het oppervlak belemmerd, maar dankzij de radarbeelden gemaakt door Cassini konden Wood en Radebaugh bij de noordpool van Titan toch talrijke morfologische structuren herkennen die wijzen op de aanwezigheid van vulkanische kraters. Dat zijn uiterlijke kenmerken in het landschap zoals geneste instortingen, verhoogde wallen, ‘halo’s’ en ‘eilanden’, waarvan in de foto hierboven enkele voorbeelden te zien zijn. Het tweetal denkt dat er een verband is tussen de meren van methaan op Titan en de vulkanische kraters. Vulkanische activiteit (niet van lava, maar van methaan, stikstof of andere gassen) zou gevolgd worden door instortingen, waar de meren en caldera’s een resultaat van zijn. Sommige kraters zien er nog zo ‘vers’ uit dat ze denken dat de vulkanische activiteit van recent is of zelfs vandaag de dag nog door gaat. In het tijdschrift the Journal of Geophysical Research schreven ze er dit vakartikel over. Credit: PSI.

‘Sneeuwkanon’ Enceladus zorgt ook op andere Saturnusmanen voor sneeuwval

De maan Enceladus, in 2008 gefotografeerd door Cassini. Credit: NASA/JPL/Space Science Institute

Radarwaarnemingen aan drie manen van Saturnus – Mimas, Enceladus en Tethys – laten zien dat Enceladus als een soort van sneeuwkanon werkt en dat ‘ie niet alleen over zichzelf, maar ook over Mimas en Tethys verse deeltjes waterijs strooit, waardoor hun reflecterend vermogen toeneemt en ze een glimmend uiterlijk hebben. Verder blijkt uit die waarnemingen ook dat er onder het oppervlak van Enceladus boemerang-achtige structuren zitten, die de microgolfstraling van de maan nog verder versterkt hebben, straling welke is opgevangen door de Cassini ruimteverkenner. Tussen 2004 en 2017 onderzocht Cassini Saturnus en z’n manen en zestig keer heeft ‘ie radarwaarnemingen aan de manen gedaan. Een internationaal team onder leiding van Alice Le Gall (LATMOS-UVSQ, Parijs) onderzocht de gegevens en ontdekte dat de radarsignalen twee keer zo sterk waren als men eerst dacht. De manen hebben geen atmosfeer, dus de ‘sneeuw’, die door Enceladus’ geisers wordt geproduceerd kan na een reis door de ruimte gemakkelijk op andere manen vallen.

Saturnus en een aantal van z’n manen. Credit: NASA/JPL/Space Science Institute

Men schat in dat de sneeuwlaag op de drie manen enkele tientallen centimeters denk moet zijn. Enceladus heeft een ondergrondse vloeibare oceaan en via z’n geisers, die ook door Cassini eerder al zijn ontdekt, spuit ‘ie constant waterijsdeeltjes de ruimte in. De sneeuwlaag van Enceladus, Mimas en Tethys kan niet geheel hun hoge radarhelderheid verklaren, dus men vermoedt dat ze nog een meters diepe ijslaag hebben onder het oppervlak. De resultaten van Le Gall en haar groep werden gepresenteerd tijdens een congres van de Euro Planet Society en de Division for Planetary Sciences van de American Astronomical Society, die afgelopen week in Genève plaatsvond. Hier is het artikel van Le Gall et al, dat op dat congres werd gepresenteerd. Bron: Europlanet.

Meren op Titan mogelijk veroorzaakt door ondergrondse stikstofexplosies

Voorstelling van een methaanmeer bij de Noordpool van Titan. Credit: NASA/JPL-Caltech.

Dat Titan, de grootste maan van Saturnus, meren vol met vloeibaar methaan heeft, is al lang bekend, sinds het onderzoek ernaar met de Amerikaanse Cassini ruimteverkenner. Met radarbeelden gemaakt door Cassini zijn die meren duidelijk te zien als grote donkere gebieden.
Sommige van die methaanmeren blijken scherp begrensd te zijn, met steile oevers, randen die soms uitstijgen tot ver boven het gemiddelde ‘zeeniveau’ van Titan. Voor die laatste klasse van meren is er nu een verklaring gekomen en wel door een groep onderzoekers onder leiding van Jonathan Lunine (Cornell University). Zij denken dat de kraters ontstaan zijn door ondergrondse explosies van stikstofgas. Titan heeft periodes gekend in z’n verleden waarin de atmosfeer weinig of geen methaan bevatte. Toen moest er stikstof in overvloed zijn geweest, dat als regen neerdaalde op het oppervlak en terechtkwam in holtes onder het oppervlak. Door verhitting door geothermische processen kan de druk van dat onderaardse stikstof toenemen en dan kunnen explosies plaatsvinden. In latere methaanrijke periodes zouden de ontstane kraters dan gevuld zijn met methaan. Bron: Eurekalert.

Rotatiesnelheid Saturnus door Cassini nauwkeurig bepaald dankzij z’n ringen

Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.

Wetenschappers zijn er dankzij waarnemingen gedaan met de Cassini ruimteverkenner in geslaagd om heel nauwkeurig de rotatiesnelheid van Saturnus te bepalen. Dat was altijd lastig omdat Saturnus als gasplaneet geen vast oppervlak heeft met opvallende landschapskenmerken die gebruikt kunnen worden om de rotatie te meten. Ook heeft ‘ie een ‘afwijkend’ magnetisch veld [1]Bij de aarde en Jupiter is de as van het magnetisch veld afwijkend van de rotatieas. De magnetische as draait rondjes door de draaiing van de rotatieas en dankzij radiometingen van het magnetisch … Continue reading, dat verhinderd dat z’n binnenste rotatietijd kan worden bepaald. Maar dankzij Cassini is de rotatiesnelheid nauwkeurig bepaald en wel op 10 uur, 33 minuten en 38 seconden. En dat dankzij… de ringen van Saturnus.

Impressie van Cassini die tussen Saturnus en z’n ringen vliegt. Credit: NASA/JPL-Caltech

In die ringen zijn namelijk met Cassini golfpatronen gedetecteerd, die verbonden blijken te zijn met trillingen in het binnenste van Saturnus. Die trillingen zijn van invloed op het zwaartekrachtsveld van Saturnus en dat is op zijn beurt weer van invloed op de ringen. Net als seismometers reageren op trillingen van aardbevingen in de aarde, zo registreren de ringen de trillingen in Saturnus’ binnenste – ‘ring seismology’ heet het in dit vakartikel. En dankzij Cassini’s waarnemingen aan die golfpatronen was sterrenkundestudent Christopher Mankovich (UC Santa Cruz, VS) in staat de rotatiesnelheid van Saturnus te bepalen. Die 10 uur, 33 minuten en 38 seconden is korter dan de eerdere bepaling van de rotatiesnelheid (10:39:23), die dateert uit 1981 op grond van metingen aan het magnetisch veld, gedaan door de Voyager. Bron: NASA/JPL.

References[+]

References
1 Bij de aarde en Jupiter is de as van het magnetisch veld afwijkend van de rotatieas. De magnetische as draait rondjes door de draaiing van de rotatieas en dankzij radiometingen van het magnetisch veld kan men op die manier van Jupiter nauwkeurig z’n rotatie bepalen. Probleem bij Saturnus is dat diens magnetische as vrijwel samenvalt met z’n rotatieas.

Saturnus’ ringen zijn nog jong – naar schatting tussen 10 en 100 miljoen jaar oud

Impressie van Cassini die tussen Saturnus en z’n ringen door vliegt. Credit: NASA/JPL-Caltech.

Op basis van gegevens van de laatste scheervluchten van de ruimteverkenner Cassini van de NASA tussen Saturnus en z’n ringen hebben wetenschappers een schatting kunnen maken van de massa van de ringen en op basis daarvan konden ze een inschatting van de ouderdom van de ringen maken. Die vluchten vonden september 2017 plaats en vanaf de aarde hield men de baan van Cassini nauwlettend in de gaten, waarbij gekeken werd in hoeverre de baan beïnvloed werd door de zwaartekracht van de ringen. In eerste instantie vond men waardes die sterk afweken van theoretische modellen, maar het bleek dat er in de equatoriale gebieden diep in de atmosfeer van Saturnus – op pakweg 9000 km diepte gemeten vanaf de buitenste lagen van de atmosfeer – sterke winden waaien, die óók invloed hadden op de baan van Cassini. Daarmee rekening houdend kwam men tot een goede inschatting van de massa van de ringen. Die blijkt ongeveer 40% van de massa van Mimas te zijn, een maan van Saturnus die 2000 keer kleiner is dan de maan van de aarde. Eerdere schattingen, gemaakt op basis van metingen aan dichtheidsgolven die door de ringen een bewegen, gaven een massa van ongeveer de helft tot een derde van Mimas’ massa. Men denkt dat de ringen ontstonden toen een komeet of een Kuipergordelobject te dicht bij Saturnus kwam en toen werd ingevangen, waarbij het object fragmenteerde. De ringen stammen dus niet uit de tijd dat Saturnus zelf ontstond, zo’n 4,5 miljard jaar geleden, zoals eerder werd gedacht. Bron: Science Daily.

Saturnus verliest z’n ringen met een “Worst-Case-Scenario” snelheid

Saturnus en z’n ringen, op 25 april 2016 gefotografeerd door Cassini. Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.

Nieuw onderzoek van de NASA heeft bevestigd wat waarnemingen met de Voyager 1 en 2 lang geleden al lieten zien, namelijk dat Saturnus met een hoge snelheid z’n de ringen aan het verliezen is. Met zijn zwaartekracht trekt Saturnus aan die ringen en dat levert een regen van ijsdeeltjes op, die onder invloed van het magnetisch veld van Saturnus neerdaalt in z’n dichte atmosfeer. Schattingen zeggen dat die regen ieder half uur een olympisch zwembad zou kunnen vullen. Met dit tempo zouden de ringen in minder dan honderd miljoen jaar verdwenen kunnen zijn – een korte periode als je ’t vergelijkt met de levensduur van Saturnus, die meer dan vier miljard jaar is.

Al lang is er een debat over de vraag hoe oud de ringen precies zijn, of ze uit de tijd stammen dat Saturnus zelf ontstond of dat ze van latere tijd zijn. De recente waarnemingen, die gedaan zijn met de Cassini ruimteverkenner, wijzen uit dat de laatste optie het meest reëel blijkt. Ze zouden niet ouder dan 100 miljoen jaar zijn, de tijd die de C-ring minstens nodig heeft om te evolueren tot wat ze nu is, mits ze in het begin dezelfde dichtheid had als de B-ring. De ringen zouden daarmee dus ongeveer op de helft van hun levensduur zijn, een toevallige omstandigheid. Dat betekent wel dat ringen kennelijk een tijdelijk verschijnsel zijn en dat ook andere grote planeten als Jupiter, Uranus en Neptunus een groot ringenstelsel kunnen hebben gehad, die wij gemist hebben – of dat ze dat in de toekomst nog krijgen.

Het ontstaan van de ringen zou te maken kunnen hebben met botsingen van kleine, ijzige manen die om Saturnus draaien. Misschien dat een passerende planetoïde of komeet de banen van de manen uit balans bracht en ze een ‘collision-course’ kregen. Bron: NASA.