Strahlung auf Enceladus: Ursprung organischer Moleküle neu bewertet

HELSINKI / LONDON (IT BOLTWISE) – Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass einige der auf dem Saturnmond Enceladus entdeckten organischen Moleküle möglicherweise durch natürliche Strahlung entstanden sind. Diese Entdeckung wirft Fragen über die astrobiologische Bedeutung dieser Verbindungen auf und könnte die Interpretation zukünftiger Missionen beeinflussen.

Die Entdeckung organischer Moleküle in den Plumes des Saturnmondes Enceladus hat die wissenschaftliche Gemeinschaft in Aufregung versetzt, da sie Hinweise auf eine potenziell lebensfreundliche Umgebung unter der eisigen Oberfläche des Mondes geben könnten. Doch neue Laboruntersuchungen legen nahe, dass zumindest einige dieser Moleküle nicht aus dem unterirdischen Ozean stammen, sondern durch die Einwirkung von Weltraumstrahlung entstehen könnten.

Enceladus beherbergt einen globalen Ozean, der unter einer dicken Eisschicht verborgen liegt. Material aus diesem flüssigen Reservoir wird durch Risse in der Eisdecke in den Weltraum geschleudert und bildet Plumes aus eisigen Partikeln, die sich über Hunderte von Kilometern erstrecken. Während ein Großteil dieses Materials auf die Oberfläche zurückfällt, bleibt ein Teil in der Umlaufbahn und wird Teil des äußeren E-Rings von Saturn.

Zwischen 2005 und 2015 flog die NASA-Raumsonde Cassini wiederholt durch diese Plumes und entdeckte eine Vielzahl organischer Moleküle. Diese Entdeckung wurde als Beweis für eine chemisch reiche und potenziell bewohnbare Umgebung unter dem Eis angesehen. Doch die neue Studie bietet eine Erklärung, bei der Strahlung, nicht Biologie, hinter der Anwesenheit zumindest einiger dieser organischen Moleküle steckt.

Um die Rolle der Weltraumstrahlung zu testen, simulierte ein Forscherteam unter der Leitung der Planetenwissenschaftlerin Grace Richards die Bedingungen nahe der Oberfläche von Enceladus. Sie mischten Wasser, Kohlendioxid, Methan und Ammoniak, die Hauptbestandteile des Oberflächeneises auf Enceladus, kühlten die Mischung auf -200°C in einer Vakuumkammer ab und bombardierten sie mit Wasserionen, einem wichtigen Bestandteil der Strahlungsumgebung, die den Mond umgibt.

Die Strahlung induzierte eine Reihe chemischer Reaktionen, die eine Vielzahl von Molekülen produzierten, darunter Kohlenmonoxid, Cyanat, Ammonium und verschiedene Alkohole sowie molekulare Vorläufer von Aminosäuren wie Formamid, Acetylen und Acetaldehyd. Die Anwesenheit dieser einfachen Moleküle deutet darauf hin, dass Strahlung ähnliche Reaktionen auf Enceladus induzieren könnte.

Richards präsentierte diese Ergebnisse auf dem Europlanet Science Congress–Division for Planetary Sciences Joint Meeting (EPSC-DPS 2025) in Helsinki, Finnland. Sie und ihre Co-Autoren veröffentlichten auch einen detaillierten Bericht in der Fachzeitschrift Planetary and Space Science.

Die neuen Forschungsergebnisse werfen die Frage auf, ob die in den Plumes von Enceladus entdeckten organischen Moleküle tatsächlich aus dem vergrabenen Ozean des Mondes stammen, ob sie im Weltraum gebildet werden oder ob sie nahe der Oberfläche entstehen, nachdem die Plumes das Innere von Enceladus verlassen haben.

Während die Entdeckung die Möglichkeit eines bewohnbaren Ozeans auf Enceladus nicht ausschließt, mahnt Richards zur Vorsicht, wenn man einen direkten Zusammenhang zwischen der Anwesenheit dieser Moleküle in den Plumes, ihrem Ursprung und ihrer möglichen Rolle als Vorläufer der Biochemie annimmt.

„Ich denke nicht unbedingt, dass meine Experimente irgendetwas mit der Bewohnbarkeit von Enceladus widerlegen“, sagte Richards. „Aber wenn man versucht, die Zusammensetzung dieses Ozeans aus dem zu erschließen, was man im Weltraum sieht, ist es wichtig, alle Prozesse zu verstehen, die dieses Material verändern.“ Neben der Strahlung gehören dazu Phasenänderungen, Wechselwirkungen mit den Eiswänden des Mondes und Wechselwirkungen mit der Weltraumumgebung.

Planetenwissenschaftler Alexis Bouquet, ein Forscher am französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) an der Universität Aix-Marseille, der nicht an der Studie beteiligt war, betonte die Bedeutung solcher Experimente für die Planung zukünftiger Missionen zu Enceladus und für die Interpretation der mit Spannung erwarteten Daten von aktuellen Missionen zu den eisigen Monden des Jupiter. Diese Missionen sind die Europa Clipper der NASA, die Europa erkunden wird, und die Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), die alle drei Monde des Riesenplaneten mit unterirdischen Ozeanen besuchen wird: Ganymed, Kallisto und ebenfalls Europa.

Die intensive Strahlung um Jupiter macht diese Experimente besonders relevant. „Strahlenchemie für Europa oder die Jupitermonde im Allgemeinen ist ein großes Thema, ein größeres Thema als auf Enceladus“, sagt Bouquet.

Während Richards’ Arbeit den Ursprung organischer Verbindungen um Enceladus in Frage stellt, fügen Forscher weiterhin mehr Moleküle zum Puzzle hinzu. Nach einer neuen Analyse von Daten, die während eines der nahen Vorbeiflüge von Cassini an Enceladus im Jahr 2008 gesammelt wurden, berichteten Forscher unter der Leitung des Planetenwissenschaftlers Nozair Khawaja von der Freien Universität Berlin und der Universität Stuttgart von der Entdeckung neuer Arten organischer Moleküle, die scheinbar aus den eisigen Öffnungen stammen. Dazu gehören Ester- und Ethergruppen sowie Ketten und zyklische Spezies, die Doppelbindungen von Sauerstoff und Stickstoff enthalten.

Auf der Erde sind diese Moleküle wesentliche Glieder in einer Reihe chemischer Reaktionen, die letztendlich komplexe Verbindungen erzeugen, die für das Leben notwendig sind. Und obwohl diese Moleküle einen anorganischen Ursprung haben könnten, „erhöhen sie das Bewohnbarkeitspotenzial von Enceladus“, sagte Khawaja. Die Ergebnisse erschienen in Nature Astronomy.

Die Analyse von Khawajas Team legt nahe, dass komplexe organische Moleküle in frischen Eiskörnern vorhanden sind, die gerade aus den Öffnungen ausgestoßen wurden. Während seines letzten Vorbeiflugs kam Cassini bis auf 28 Kilometer an die Oberfläche des Mondes heran.

Nach der Modellierung der Plumes und der Aufenthaltszeiten der Eiskörner im Weltraum glauben sie, dass die von Cassini gesampelten Eiskörner nicht viel Zeit im Weltraum verbracht haben, wahrscheinlich nur „einige Minuten“, sagte Khawaja. „Es ist frisch.“

Diese kurze Dauer im Weltraum stellt in Frage, ob die Weltraumstrahlung genug Zeit hatte, um die von Khawaja entdeckten organischen Moleküle zu produzieren. Nur wenige Minuten wären nicht lang genug, um eine so komplexe Chemie zu ermöglichen, selbst in einer hochstrahlungsintensiven Umgebung.

„Große Körner, die von der Oberfläche kommen und voller Organik sind? Das ist viel schwerer durch Strahlenchemie zu erklären“, sagte Bouquet.

Während die von Richards durchgeführten Experimente „wertvoll sind und die Wissenschaft auf die nächste Stufe heben“, sagte Khawaja, „erzählen unsere Ergebnisse die andere Geschichte komplett.“

Beide Studien unterstreichen die Komplexität der Chemie von Enceladus und machen ihn zu einem Hauptziel bei der Suche nach außerirdischem Leben oder zumindest den Bausteinen des Lebens. Enceladus hat alle drei Voraussetzungen für Leben: flüssiges Wasser, eine Energiequelle und einen reichen Cocktail chemischer Elemente und Moleküle. Selbst wenn der unterirdische Ozean unerreichbar ist – er liegt mindestens einige Kilometer unter dem Eis nahe den Polen – bieten die Plumes die einzige bekannte Gelegenheit, einen außerirdischen flüssigen Ozean zu probieren.

Studien für eine potenzielle ESA-Mission, die sich Enceladus widmet, sind bereits im Gange, mit Plänen, die Hochgeschwindigkeitsvorbeiflüge durch die Plumes und möglicherweise einen Lander am Südpol umfassen. Die Erkenntnisse aus beiden jüngsten Studien werden den Forschern helfen, die Instrumentierung zu entwerfen und die Interpretation zukünftiger Ergebnisse zu leiten.

„Es gibt keinen besseren Ort, um nach [Leben] zu suchen als Enceladus“, sagte Khawaja.

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