Op Enceladus, een van de manen die in een baan om Saturnus draaien, spuiten bloemvormige geisers van buitenaards zeewater een grote variëteit aan interessante stoffen de eindeloze ruimte in: niet alleen water en zout, maar ook silica en zelfs eenvoudige koolwaterstofverbindingen – waaronder talloze ingrediënten van het leven zoals wij dat kennen.
Wetenschappers die zich hebben gebogen over eerdere gegevens die door de niet meer bestaande sonde werden verzameld, hebben nu iets op Enceladus ontdekt dat nóg fascinerender is: zware organische bestanddelen met honderden atomen die in ring- en ketenvormen zijn gerangschikt. Het zijn de meest complexe organische moleculen die tot dusver op Enceladus zijn ontdekt, wat deze maan tot de meest veelbelovende plek maakt voor het vinden van buitenaards leven in ons zonnestelsel.
“Uit de gegevens die we nu hebben, kunnen we opmaken dat Enceladus een uitstekende plek is om naar leven te zoeken. Er kunnen daar in de oceaan nu microben leven,” zegt Jonathan Lunine van de Cornell University.
De ijzige geisers op Enceladus werden eind 2005 tijdens de expeditie van het ruimtevaartuig Cassini naar Saturnus ontdekt en waren voor de meeste wetenschappers een enorme verrassing. De geisers spuiten omhoog uit lange scheuren in het zuidpoolgebied en bevatten zeewater uit een wereldomspannende oceaan die onder een dikke schil van ijs ligt. In de loop der jaren hebben onderzoekers de geisers steeds beter kunnen bestuderen en het zoutgehalte en pH-waarde van de verborgen oceaan kunnen berekenen, organische bestanddelen als methaan in het geiserwater geïdentificeerd en vastgesteld dat de benodigde hitte en energie worden geproduceerd door hydrothermale bronnen op de bodem van de oceaan.
Door de pas ontdekte complexe moleculen neemt het verhaal van Enceladus een nieuwe wending. Wetenschappers vragen zich nu af of deze bestanddelen het resultaat zijn van gewone chemische reacties of op de aanwezigheid van buitenaards leven kunnen wijzen.
“We kunnen geen definitief antwoord op die alles beslissende vraag geven, maar uit de data blijkt dat daar zeker iets aan de hand is, dat er complexe organische verbindingen worden gevormd en dat we die vanuit de ruimte kunnen vaststellen,” zegt Frank Postberg van de Duitse Universität Heidelberg, hoofdauteur van het wetenschappelijk artikel in het tijdschrift Naturewaarin de nieuwe bevindingen deze week werden beschreven.
“Deze maan is erg royaal geweest in het bekendmaken van zijn arsenaal aan organische verbindingen aan Cassini. Het is een opmerkelijke ontdekking.”
Stofdetector
Hoewel Cassini zijn ontdekkingsreis rond Saturnus in september vorig jaar beëindigde door zich doelbewust in de atmosfeer van de reuzenplaneet te storten, bevat de enorme hoeveelheid gegevens die de sonde bij leven naar de aarde heeft verstuurd nog talloze wetenschappelijke schatten die wachten om ontdekt te worden. (Verken Cassini’s ‘Grand Tour’ door het Saturnus-stelsel met interactieve animaties.)
Daartoe behoort ook informatie die Cassiniop haar route langs de E-ring rond Saturnus verzamelde. Dit ijle en doorschijnende lint van ijs- en stofdeeltjes is ontstaan uit materiaal dat door Enceladus is uitgestoten. Toen Cassini vlak langs de rand van de E-ring scheerde, botsten sommige van deze deeltjes op een instrument aan boord dat specifiek was ontworpen om kosmische stofdeeltjes te bestuderen en de ingrediënten ervan te identificeren.
Postberg en zijn collega’s besloten de gegevens van Cassini’s vluchten langs de E-ring tussen 2004 en 2008 nader te analyseren. Dit was de periode waarin het instrument nog amper was vervuild door interplanetaire stofdeeltjes die van andere plekken in het zonnestelsel afkomstig zijn. Op vijftien verschillende rondgangen verzamelde de sonde ongeveer tienduizend stofdeeltjes en analyseerde deze aan boord. Ongeveer tien procent van die deeltjes wisten Postberg en zijn collega’s te identificeren als ‘handtekeningen’ van complexe organische verbindingen.
“Het was zoeken naar een naald in een hooiberg,” zegt hij.
De zware organische verbindingen zitten op korreltjes waterijs die door de geisers van Enceladus zijn uitgestoten. Bovendien zijn deze verbindingen waarschijnlijk fragmenten van nog grotere moleculen met een gewicht van duizenden atomaire massa-eenheden, aldus Postberg.
Drijvend vlies
Het is voor het eerst dat zulke zware organische verbindingen op Enceladus zijn geïdentificeerd. Eerder al had Cassini lichtere gasmoleculen als methaan en ethaan vastgesteld, met één of twee koolstofatomen en een cluster van waterstofatomen; dat soort moleculen weegt niet meer dan zo’n vijftien atomaire massa-eenheden.
Sommige van de nu ontdekte verbindingen hebben een gewicht van tweehonderd massa-eenheden en zijn opgebouwd uit zeven tot vijftien koolstofatomen, talloze waterstofatomen en daarnaast ook stikstof- en zuurstofatomen.
“Er zijn al eerder grote buitenaardse moleculen ontdekt, maar dit is de eerste keer dat ze afkomstig zijn uit een oceaan van vloeibaar water,” zegt Morgan Cable van het Jet Propulsion Laboratory van de NASA, die onderzoek doet naar levensvormen op zeer extreme plekken op aarde. (Onlangs vonden wetenschappers ook complexe organische verbindingen op de koude en kurkdroge planeet Mars.)
“Veel grote organische moleculen blijven in vloeibaar water niet lang stabiel, dus een van de vragen is waar deze organische verbindingen eigenlijk vandaan komen.”
Postberg en zijn collega’s denken dat het waarschijnlijk is dat onlangs gevormde zware organische verbindingen in de verborgen oceaan op deze maan naar boven drijven en terechtkomen in waterlagen onder de zuidpool, op plekken waar ook de geisers uitbreken. Daar hechten ze zich aan ijskorreltjes die door bellen uit de oceaanbodem naar de oppervlakte en vervolgens de ruimte in worden getransporteerd.
“Op de oceanen van de aarde drijft een heel dun laagje organische moleculen – een soort oliefilm, maar dan bestaande uit leven en de bijproducten ervan. Die laag bedekt aanzienlijke delen van de oceaan,” zegt Cable. “Het lijkt erop dat dit op Enceladus ook het geval is. Maar bestaat het uit leven?”
Wachten op antwoorden
Hoewel deze soep van koolstofrijke bestanddelen zeer veelbelovend is, is hij op zichzelf nog geen aanwijzing voor het bestaan van leven. Dit soort verbindingen kunnen niet alleen door het metabolisme van buitenaardse creaturen ontstaan, maar ook bij ‘gewone’ chemische processen.
“Ontstaan ze door abiotische processen op de bodem van de oceaan, waar rotsen in contact komen met het zeewater, of zijn het de afvalproducten van microben? Dat is de vraag – met een hoofdletter V,” zegt Lunine.
Uit deze moleculaire soep kunnen wetenschappers opmaken dat het milieu onder de ijzige schil van Enceladus in staat is tot het produceren van uiterst complexe chemische bestanddelen. Voorlopig blijven veel vragen onbeantwoord. Hebben deze bestanddelen iets met biologische processen te maken? Ontstaan ze uit chemische en geologische processen die onderdeel zijn van een ‘prebiotische’ mix waaruit ooit leven zou kunnen ontstaan? Worden er momenteel al buitenaardse microben gevormd? Of zijn ze afvalproducten van buitenaardse levensvormen die al in de oceaan op Enceladus aanwezig zijn?
“We zouden zo snel mogelijk naar Enceladus moeten terugkeren,” zegt Lunine. “Die maan draait daar op dit moment rond terwijl hij misschien allerlei microbiële uitwerpselen uitscheidt die we zouden kunnen analyseren.”
De instrumenten die nodig zouden zijn om antwoord op al deze vragen te krijgen zijn al ontwikkeld – alles wat nodig is, is een retourtje Saturnus. Lunine en zijn collega’s hebben een van de mogelijke expedities naar de reuzenplaneet ontworpen, met de naam Enceladus Life Finder. De missie had in de nabije toekomst uitgevoerd kunnen worden, maar de NASA heeft het project afgewezen.
Maar spoedig zal een vloot van ruimtevaartuigen naar een andere ijzige oceaanwereld vertrekken: Europa, een maan die in een baan rond Jupiter draait. Wetenschappers weten nog niet welke chemische reacties zich in de verborgen oceaan op die maan afspelen en of de ingrediënten die nodig zijn voor het leven zoals wij dat kennen daar ook zo alomtegenwoordig zijn als op Enceladus.
Voorlopig zal Enceladus moeten wachten. De wetenschappers blijven hopen dat ze in de nabije toekomst niet langer naar gegevens in bestaande databases hoeven te speuren om een antwoord te krijgen op een van de belangrijkste vragen van de mensheid, maar dat ze de geheimen van deze intrigerende maan met behulp van ter plekke aanwezige sonde kunnen onderzoeken.
