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Astronomie+Physik

Enceladus produziert Makromoleküle

Enceladus
Der Saturnmond Enceladus speiht nicht nur Eis und Wasserdampf, sondern auch organische Moleküle. (Grafik: NASA/JPL-Caltech)

Der Saturnmond Enceladus sorgt einmal mehr für Überraschung. Denn Daten der NASA-Raumsonde Cassini belegen, dass es auf dem eisigen Mond komplexe organische Moleküle gibt. Den chemischen Analysen zufolge enthalten die Wasserdampf- und Eisfontänen von Enceladus sowohl ringförmige Kohlenwasserstoffverbindungen, als auch Kohlenwasserstoffketten. Solche Makromoleküle könnten ein weiterer Hinweis darauf sein, dass der subglaziale Ozean dieses Mondes alle wichtigen Zutaten für die Entwicklung von Leben besitzt.

Der Saturnmond Enceladus gilt als einer der Orte im Sonnensystem, die möglicherweise außerirdisches Leben beherbergen könnten. Denn unter der dicken Eiskruste des Mondes liegt ein Ozean aus flüssigem Wasser. Daten der Raumsonde Cassini deuten darauf hin, dass das Wasser in diesem subglazialen Ozean alkalisch ist und wahrscheinlich von hydrothermalen Quellen angewärmt und mit Mineralien angereichert wird. Der Ozean selbst ist weder für Raumsonden noch für Teleskope direkt erforschbar, aber die weit ins All hinausschießenden Eisfontänen des Enceladus liefern Proben aus der tiefe quasi „frei Haus“. Die aus Rissen im Eis ausgeschleuderten Eiskristalle bergen in ihrem Innern Spuren von Molekülen, die aus dem Eis und teilweise auch aus dem Ozean stammen. Ein großer Teil dieser Kristalle hat sich im Laufe der Zeit zudem im E-Ring des Saturn verteilt.

Benzol, Phenyl und Co

Die Raumsonde Cassini ist zwar im September 2017 nach fast 20 Jahren im All kontrolliert in den Saturn gestürzt. Ihr reicher Schatz an Daten aber ist noch längst nicht komplett ausgewertet und liefert daher weiterhin neue und überraschende Erkenntnisse. So auch im aktuellen Fall. Für ihre Studie hatten Frank Postberg von der Universität Heidelberg und seine Kollegen Daten ausgewertet, die die Analyseinstrumente der Sonde bei Flügen durch die Eisfontänen und den E-Ring des Saturn gesammelt hatten. Der Cosmic Dust Analyser (CDA) und das Massenspektrometer INMS hatten Proben winziger Eiskristalle auf ihre chemische Zusammensetzung hin analysiert. „Frühere Messungen hatten gezeigt, dass rund 25 Prozent der Eiskörnchenspektren aus dem E-Ring die Präsenz von organischem Material anzeigen“, berichten die Forscher. Woraus dieses Material besteht, haben Postberg und sein Team nun herausgefunden.

Die Cassini-Daten enthüllten, dass die Eisfontänen des Enceladus nicht nur simple Moleküle enthalten, sondern auch deutlich größere und komplexere organische Verbindungen. „Wieder einmal schafft es Enceladus, uns zu überraschen“, sagt Co-Autor Christopher Klein vom Southwest Research Institute in San Antonio. „Schon die Identifikation einfacher Verbindungen mit nur ein paar Kohlenstoffatomen war spannend, aber jetzt haben wir sogar Moleküle mit mehr als 200 atomaren Masseneinheiten gefunden – sie sind damit gut zehnmal schwerer als Methan.“ Eine atomare Masseneinheit entspricht einem Zwölftel der Masse eines Kohlenstoffatoms.

Nähere Auswertungen ergaben, dass viele dieser Makromoleküle zu der Gruppe der ringförmigen Kohlenwasserverbindungen gehören. „Ein prominenter Peak deutet auf häufige kationische Formen von Benzolringen, Phenylen und Benzenium hin“, berichten die Forscher. Aber auch kettenförmige Kohlenwasserstoffe mit bis zu vier Kohlenstoffatomen ließen sich in den Eisfontänen des Enceladus nachweisen. Aus den Massenspektrometer-Daten schließen die Wissenschaftler, dass viele dieser organischen Moleküle sogar Fragmente anderer, noch komplexerer und größerer Verbindungen sein müssen.

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Organische Schicht auf dem Ozeanwasser?

Allerdings ist bisher unklar, woher diese organischen Moleküle genau stammen. „Dieses Material wurde in salzarmen Eiskristallen gefunden, die sich nicht direkt aus Gischt des subglazialen Ozeans gebildet haben können“, erklären Postberg und seine Kollegen. „Die Moleküle waren demnach nicht im Salzwasser des Ozeans gelöst, als sie von den Kristallen eingeschlossen wurden.“ Auch aus Wasserdampf sind diese Verbindungen nach Angaben der Forscher nicht kondensiert. Sie vermuten stattdessen, dass die organischen Moleküle eine dünne, möglicherweise teilweise wasserunlösliche Schicht auf der Oberfläche des subglazialen Ozeans bilden. Diese Schicht liegt unmittelbar unter der Eiskruste und wird in den Zonen aktiver Eisfontänen mit nach oben durch die Eisspalten gerissen. In diesen eisigen Schloten werden die organischen Verbindungen von gefrierendem Eis umhüllt und treten dann als Eiskörnchen zutage, so die Hypothese der Wissenschaftler.

„Mit komplexen organischen Molekülen und seinem flüssigen Ozean ist dieser Mond der einzige bekannte Himmelskörper außer der Erde, der gleichzeitig alle grundlegenden Voraussetzungen für Leben, wie wir es kennen bietet“, sagt Glein. „Wir sollten zwar vorsichtig sein, aber dennoch ist es spannend darüber zu spekulieren, ob eine biologische Synthese dieser organischen Moleküle auf Enceladus möglich wäre.“ Die Wissenschaftler hoffen nun, dass Raumsonden mit noch besseren Analysegeräten künftig die organischen Moleküle genauer bestimmen können. Das könnte mehr Aufschluss über ihre Herkunft liefern.

Quelle: Frank Postberg (Universität Heidelberg) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-018-0246-4

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