Was bewirkt das Fliegen in Enceladus' Wolke?

Cassinis INMS, das Ion Neutral Mass Spectrometer, ist ein In-situ-Instrument, das die Neutral- und Plasmagaszusammensetzung dessen misst, was es aufnimmt. Es war für die Messung der Atmosphäre von Titan, des Magnetosphärenplasmas von Saturn, der Ringzusammensetzung und tatsächlich der Zusammensetzung von eisigen Satellitenabflüssen vorgesehen.

Hier ist eine gute Präsentation über die Grundlagen des INMS-Instruments .

Und ja, der Cosmic Dust Analyzer, CDA, ist auch ein In-situ-Instrument, das Eispartikel erkennt, während sie durch die Wolke fliegen. Der CDA war hauptsächlich zur Messung von Ringpartikeln gedacht. Der CDA ist empfindlich genug, um Partikelflüsse zu erkennen, die dem Raumfahrzeug keinen Schaden zufügen würden. Sonst hätte es wenig Sinn, ein solches Instrument zu haben.

Kurzfassung der Medien-Telekonferenz-Ankündigung vor dem Flyby :

Cassini-Wissenschaftler hoffen, dass der Vorbeiflug Erkenntnisse darüber liefern wird, wie viel hydrothermale Aktivität in Enceladus stattfindet und wie diese Heißwasserchemie die potenzielle Bewohnbarkeit des Ozeans für einfache Lebensformen beeinflussen könnte. Wenn das Ionen- und Neutralmassenspektrometer-Instrument (INMS) des Raumfahrzeugs molekularen Wasserstoff erkennt, während er durch die Wolke wandert, können Wissenschaftler die Messungen erhalten, die sie benötigen, um diese Fragen zu beantworten.

„Die Bestätigung von molekularem Wasserstoff in der Wolke wäre ein unabhängiger Beweis dafür, dass hydrothermale Aktivität im Enceladus-Ozean auf dem Meeresboden stattfindet“, sagte Hunter Waite, INMS-Teamleiter am Southwest Research Institute in San Antonio. "Die Menge an Wasserstoff würde zeigen, wie viel hydrothermale Aktivität vor sich geht."

Unter Verwendung des Cosmic Dust Analyzer (CDA)-Instruments von Cassini erwarten Wissenschaftler, dass der Vorbeiflug zu einem besseren Verständnis der Chemie der Wolke führen wird. Die geringe Höhe der Begegnung soll zum Teil den Zugang des Raumfahrzeugs zu schwereren, massiveren Molekülen – einschließlich organischer Stoffe – verbessern, als das Raumfahrzeug bei früheren Durchgängen in größerer Höhe durch die Wolke beobachtet hat. Das CDA-Instrument, das in der Lage ist, bis zu 10.000 Partikel pro Sekunde aus der Wolke zu detektieren, soll auch zeigen, wie viel Material die Wolke aus dem Ozean des Mondes in den Raum um den Saturn sprüht.

Eine ausführlichere Erklärung der wissenschaftlichen Erwartungen finden Sie auf dieser Enceladus Flyby 'E-21'-Seite :

Wichtige wissenschaftliche Erwartungen an diesen Vorbeiflug

Wissenschaftler freuen sich auf mehrere wichtige wissenschaftliche Ergebnisse des Vorbeiflugs am 28. Oktober. Diese Ergebnisse werden nicht sofort verfügbar sein – sie erfordern mehrere Monate sorgfältiger Analyse und würden in einer Fachzeitschrift mit Peer-Review veröffentlicht.

1. Bestätigen Sie das Vorhandensein von molekularem Wasserstoff (H2)

• Diese Messung wird mit Cassinis Sensor durchgeführt, der die Gase in der Wolke schnüffelt ( genannt INMS ) .
• Die Bestätigung von H2 wäre ein unabhängiger Beweis dafür, dass hydrothermale Aktivität im Enceladus-Ozean auf dem Meeresboden stattfindet

• Die Menge der H2-Cassini-Messungen würde zeigen, wie viel hydrothermale Aktivität im Ozean vor sich geht.

  • Dies hat Auswirkungen auf die Menge an Energie, die zur Schaffung einer bewohnbaren Umwelt im Ozean zur Verfügung steht

2. Besseres Verständnis der Chemie des Materials in der Wolke

• Cassinis Staubdetektor ( CDA genannt ) wird Spektren der schwereren Partikel erhalten, die nur in geringen Höhen näher an der Quelle der Wolke gefunden werden

  • Unter diesen schwereren Partikeln kann Cassini neue, komplexere organische Moleküle erkennen (allerdings mit nicht ausreichender Auflösung, um zu bestätigen, ob sie biologischer Natur sind).

  • Wissenschaftler glauben, dass diese schwereren Partikel Material aus dem Ozean unter der Oberfläche transportieren

  • Wissenschaftler führen Laborexperimente durch, um einen Katalog chemischer Fingerabdrücke (oder Spektren) für Fragmente komplexer organischer Moleküle zu erstellen, auf die sie sich beziehen können, die Cassini entdecken könnte

3. Bestimmen Sie die Natur der Plume-Quellen

• Besteht die Wolke aus engen, säulenartigen Jets oder vorhangartigen Eruptionen, die entlang der Länge der Tigerstreifenbrüche verlaufen (oder beides)?
• Wie viel eisiges Material sprühen die Schwaden tatsächlich aus? Wissenschaftler sind sich immer noch nicht sicher, und die Menge hat große Auswirkungen darauf, wie lange der Mond aktiv gewesen sein könnte.
• Diese Messung wird von einem Teil des CDA-Instruments von Cassini, dem so genannten High-Rate-Detektor, durchgeführt, der die auftreffenden Eispartikel aus der Wolke (über 10.000 pro Sekunde) in Echtzeit zählen kann.

Ich weiß, diesmal ziemlich trockene Berichterstattung* von mir, aber der Rest steht bereits in Marks Antwort. Ich dachte nur daran, dies zu teilen, da ich die Flyby-Telefonkonferenz vom 26. Oktober gesehen habe . Eine Aufzeichnung davon ist hier , begleitende Bilder hier .

*OK, OK, hier ist ein kontrastverstärkter Ausschnitt eines hübschen Bildes von Enceladus' relativ neuer Südpolwolkenaktivität, aufgenommen von Cassini am 14. Oktober 2015 ( N00249604 ) , zwei Wochen vor seinem Vorbeiflug mittendrin :

Die Wissenschaftler der Cassini Solstice Mission haben vielleicht ihre eigenen Erwartungen, aber ich hoffe auch auf einige fantastische Nahaufnahmen. :) Während der Telefonkonferenz wurde erwähnt, dass sie aufgrund der hohen Relativgeschwindigkeit (8,5 km/s) und der schlechten Lichtverhältnisse unter erheblichen Bewegungsverschmierungen leiden könnten, da die Südpolregion des Enceladus nur während des Vorbeiflugs vom Saturnschein beleuchtet wird , aber dass es möglich sein sollte , sie in der Nachbearbeitung digital zu verbessern und trotzdem einige schöne Ausblicke auf ihre Oberfläche zu erhalten.

Ein Update zu den "Leistungen" der Messung. Die aus der Analyse der Plume-Chemie gewonnenen Daten deuten nicht nur auf eine erneuerbare Energiequelle für potenzielle Mikroorganismen im Ozean von Enceladus hin, sondern helfen auch bei der Identifizierung von Merkmalen von Erdorganismen , die dort ebenfalls leben könnten, wenn sie (versehentlich) dorthin transportiert werden. Während die im Beispiel verwendeten methanogenen Archaea keine gewöhnlichen Kontaminanten sind, ist es ein Beweis für das Prinzip.

Daher macht die Plume-Analyse noch deutlicher, wie viel Vorsicht walten muss, um eine versehentliche Kontamination des „brühenden“ Ozeans von Enceladus zu vermeiden.

Ein kürzlich erschienenes und frei zugängliches Papier in Nature Biological methan production under putative Enceladus-like conditions beschreibt eine eingehende Analyse der Energiequellen im Enceladus-Ozean und legt nahe, dass molekularer Wasserstoff als H2 vorhanden und von einigen Organismen „essbar“ sein könnte, die dies derzeit tun Ähnliches hier auf der Erde, zB methanogene Formen der Archaea -Domäne einzellige Mikroorganismen. Aus der Einleitung:

Die prominenteste potenzielle H2-Quelle im Inneren von Enceladus könnte die Oxidation von nativem und eisenhaltigem Eisen im Verlauf der Serpentinisierung von Olivin im chondritischen Kern sein. Die Olivinhydrolyse bei niedrigen Temperaturen ist ein Schlüsselprozess für die Aufrechterhaltung des chemolithoautotrophen Lebens auf der Erde9, und wenn H2 in signifikanten Mengen auf Enceladus produziert wird, könnte es auch als Substrat für die biologische CH4-Produktion dienen.

Mehr über die Serpenisierung erfahren Sie in den Antworten auf die Frage Was ist Serpentinisierung im Zusammenhang mit dem Verschwinden von Oberflächenwasser auf dem Mars?

Abstrakt:

Der Nachweis von kieselsäurereichen Staubpartikeln als Hinweis auf anhaltende hydrothermale Aktivität und das Vorhandensein von Wasser und organischen Molekülen in der Wolke von Enceladus haben den eisigen Saturnmond zu einem Hot Spot bei der Suche nach potenziellem außerirdischem Leben gemacht. Methanogene Archaea gehören zu den Organismen, die möglicherweise unter den vorhergesagten Bedingungen auf Enceladus gedeihen könnten, wenn man bedenkt, dass sowohl molekularer Wasserstoff (H2) als auch Methan (CH4) in der Wolke nachgewiesen wurden. Hier zeigen wir, dass ein methanogenes Archaeon, Methanothermococcus okinawensis, unter physikalisch-chemischen Bedingungen, die für Enceladus extrapoliert wurden, CH4 produzieren kann. Bis zu 72 % Umwandlung von Kohlendioxid in CH4 wird bei 50 bar in Gegenwart potenzieller Inhibitoren erreicht. Außerdem, Kinetische und thermodynamische Berechnungen der Niedrigtemperatur-Serpentinisierung weisen darauf hin, dass es möglicherweise eine ausreichende H2-Gasproduktion gibt, um als Substrat für die CH4-Produktion auf Enceladus zu dienen. Wir schlussfolgern, dass ein Teil des in der Enceladus-Fahne nachgewiesenen CH4 im Prinzip von Methanogenen produziert werden könnte.