Artist's concept of Cassini and Enceladus

Cassini will complete its final close flyby of Saturn’s active moon Enceladus on Dec. 19. (Credits: NASA/JPL-Caltech)

Weit entfernt von der Sonne zieht der Saturn-Mond Enceladus seine Bahnen, seine Oberfläche ist mit Eis gepanzert.
Saturn hat eine ganze Reihe von Monden, der mit Abstand größte ist Titan mit 5150 Kilometern Durchmesser. Alle weiteren stehen weit dahinter zurück und haben nur Durchmesser zwischen 200 und 1500 Kilometern, Enceladus ist mit 502 Kilometern recht klein. Vor der Cassini-Mission betrachteten Wissenschaftler  den kleinen Saturn-Trabanten im E-Ring als eher uninteressanten Eisball.

Seit Cassinis spektakulären, unerwarteten Daten ist Enceladus nun – wie auch der Jupitermond Europa – ein extrem interessanter Kandidat für eine exobiologische Erkundung geworden.

Ein extraterrestrischer Ozean ist ein meertext-Thema!
Der größte Teil dieses Beitrags stammt aus dem hervorragenden Vortrag „Hydrothermalquellen im äußeren Sonnensystem? Die Raumsonde Cassini erforscht den spektakulären Saturnmond Enceladus“ von PD Dr. Frank Postberg am 13.12.2016 auf der Starkenburg-Sternwarte.
Weitere Details stammen aus dem Beitrag (Scientific American Article (in October 2016 issue) von Frank Postberg, Gabriel Tobie and Thorsten Dambeck – s. u.) und einigen Publikationen (die Quellen kommen am Schluß des 2. Teils).

Wie findet man einen außerirdischen Ozean?

Illustration of the interior of Saturn's moon Enceladus showing a global liquid water ocean between its rocky core and icy crust

Illustration of the interior of Saturn’s moon Enceladus showing a global liquid water Ocean between its rocky core and icy crust. Thickness of layers shown here is not to scale (Bild: NASA/JPL-Caltech)

Die Dichte eines Himmelskörpers lässt sich im Vorbeiflug messen, aus der Ablenkung der Sonde durch die Anziehungskraft. Enceladus hat eine geringe Dichte von 1.61 Gramm/Kubikmeter. Dieser kleine Mond kann unmöglich aus massivem Gestein bestehen. Der Gesteinskern misst etwa 320 bis 420 Kilometer im Durchmesser und ist wahrscheinlich porös.
Und woraus besteht der Rest? Bei Himmelskörpern im äußeren Sonnensystem ist Eis der häufigste Baustoff. Auch bei Enceladus war das wahrscheinlich.
Allerdings kam schon 2005 eine Diskussion über mögliche flüssige Ozeane auf. Cassini hatte nämlich am tektonisch aktiven Südpol  Fontänen aus Wasserdampf und Eis beobachtet.
Diese Eis-Fontänen sind sehr schwierig zu photographieren, weil die Eispartikel sehr klein sind. Das macht sie in direktem Licht unsichtbar, nur in diffusem Licht werden die zarten Schleier aus Eis und Wasserdampf sichtbar.
Zunächst war auch noch nicht sicher, ob in den Fontänen Eis zu flüssigem Wasser schmilzt oder ob das Eis sofort sublimiert. Cassini hat beim Durchfliegen der eisigen Säulen dann aber ganz klar flüssiges Wasser nachgewiesen. Dazu kamen noch Gase wie 95% Wasserdampf und kleinere Anteile von CO2 und NH3.

Der Cosmic Dust Analyzer, mit dem Frank Postberg seit 2004 arbeitet, hat Staubkörner der besonderen Art nachgewiesen: Eispartikel. Alle kleinen Partikel fallen unter die Definition kosmischer Staub, Eispartikel bleiben genauso im CDA hängen wie andere kleine Teilchen. Die Analyse im Massenspektrometer hat ergeben, dass einige der Teilchen auch salzreich waren: Natriumchlorid (Kochsalz), Hydrogenkarbonat, Natriumcarbonat (Soda) und Kaliumchlorid. Solche Salze sind niemals in Eis zu finden, sondern nur in flüssigem Wasser, das Kontakt mit Gesteinsflächen hat. Das Wasser wäscht die Salze aus dem Gestein, sie bleiben dann gelöst in der Wassersäule. Diese Salze waren der stärkste Hinweis auf einen Ozean und dessen Gesteinsboden.

Fontänen aus Wasserdampf, Nano-Eis, Salzen und Silizium-Verbindungen am Südpol

Unter dem Eis des kleinen Mondes schwappt also ein Ozean aus flüssigem Salzwasser. Durch das dicke Eis geschützt vor der absoluten Kälte des Weltraums.
Doch wie lässt sich erforschen, was in der Tiefe eines extraterrestrischen Meeres brodelt?
In diesem Fall hilft Enceladus bei der Probennahme selbst mit und schleudert Ozean-Proben in den Weltraum.

Die Eispartikel sind winzig klein, zwischen 2 und unter 10 Nanometern. Wegen der geringen Größe der eisigen Staubpartikel haben die Wissenschaftler es für ungefährlich gehalten, Cassini direkt durch einen Geysir aus Wasserdampf, Eispartikeln und anderen Bestandteilen hindurch fliegen zu lassen, um noch bessere Daten einzufangen.

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Kommentare (38)

  1. #1 Aveneer
    19. Dezember 2016

    Hatte auch kurz: Hydrothermalquallen auf dem…
    gelesen und wer weiß… ;-))

    • #2 Bettina Wurche
      19. Dezember 2016

      @Aveneer: Wenn so etwas mal entdeckt wird, kommt es garantiert auf “Meertext” : ) Zurzeit sind noch keine Hydrothermalquallen bekannt.

  2. #3 rolak
    19. Dezember 2016

    Oh, wie aufregend… Kann der verschämten Bildunterschrift ganz oben entnommen werden, daß heute mit dem letzten nahen Enceladus-Vorbeiflug ein weiterer Schritt der Abschiedsvorstellung vollzogen wird?

    (Soda)

    Auch wenn nurmehr Partikel von Haaren gespalten werden: Na₂CO₃ nennt sich Waschsoda, Soda an sich ist irgendein¹ Hydrat davon.
    Und wenn hinter NaCl ‘Kochsalz’ steht, gehört imho hinter SiO₂ auch ‘Quarzsand’ ;‑)

    _____
    ¹ nicht etwa jedes beliebige, aber das ·xH₂O wird nicht nachgeschlagen

  3. #5 tomtoo
    19. Dezember 2016

    Klingt ja Chemisch geradezu nach einem
    Enceladus Heilwasser.
    Ich sehe schon den Werbespot. Mineralreich aus den Tiefen des Alls. 😉
    Super spannend ! Danke.

  4. #6 RPGNo1
    19. Dezember 2016

    @tomtoo
    Bedenke aber, dass zuviel basisches Wasser zu einer überhöhten Magensäureproduktion führen kann. Nix gut für die Gesundheit. 😉

    @Rolak
    Kein Problem. Es werden noch 10 zusätzliche Wassermoleküle als Kristallwasser bei Soda eingebunden. :)

  5. #7 tomtoo
    19. Dezember 2016

    @RPGNo1
    Sollste ja nicht jeden Tag trinken (denk mal an die Transportkosten!). Hilft evtl. sogar gegen akutes Sodbrennen. 😉

  6. #8 tomtoo
    19. Dezember 2016

    Die Druckverhältnisse dort würden mich echt interessieren. Ist ja ein kleiner Mond. Aber ich finde nichts im Netz. Schade.

  7. #9 RPGNo1
    19. Dezember 2016

    @tomtoo
    Meinst du die Druckverhältnisse im Ozean oder der Atmosphäre?
    Laut Wiki existiert eine sehr dünne Wasserdampf-Atmosphäre am Südpol, die vermutlich ständig durch geothermische Aktivitäten erneuert wird, da die Schwerkraft des Mondes zu gering ist, um sie festzuhalten. Der Druck wird dort sehr wahrscheinlich extrem niedrig sein.
    Zum Ozean wird nichts gesagt.

  8. #10 tomtoo
    19. Dezember 2016

    @RPGNo1
    Ja im Ozean. Direkt unter der Eisschicht.
    Mache mir schon die ganze Zeit Gedanken , komme aber auf kein Ergebniss. Also der Druck an der Grenze.

    • #11 Bettina Wurche
      19. Dezember 2016

      @tomtoo: Das hängt jeweils von der Entfernung dieser Grenzschicht vom Ozeanboden ab. Und die kennen wir nicht sicher. Auf jeden Fall ist aufgrund der geringen Größe und Masse des Mondes der Druck wesentlich geringer als im irdischen Ozean. Wobei auch im irdischen Ozean der Druck nicht das limitierende Moment ist.

  9. #12 tomtoo
    19. Dezember 2016

    @Bettina,@all

    Übrigens eine nette klein SF Geschichte auf die ich eben gerade gestohsen bin.
    http://m.heise.de/forum/heise-online/News-Kommentare/Saturnmond-Enceladus-Unterirdischer-Ozean-ist-global/Alternative-Erklaerung-fuer-Fluessigbleiben-des-Ozeans/posting-23717243/show/

    Manchmal stehen die Dinge einfach Kopf. 😉

  10. #13 tomtoo
    19. Dezember 2016

    Ich hab was gefunden.
    http://www.space.com/28978-enceladus-europa-ganymede-alien-life.html
    50-100 Bar am Grund ? Kann dass sein ?
    Angenehm Temperiertes Wasser bei 50-100 Bar Druck ?
    Urlaubsziehl für so einige Meeresbewohner bei uns oder ?

  11. #14 Bettina Wurche
    20. Dezember 2016

    Noch zwei Anmerkungen: Die Oberflächentemperatur des Wassers liegt bei 0°C. Bei der Salinität muss es natürlich Prozent und nicht Promille heißen.

  12. #15 tomtoo
    20. Dezember 2016

    Ich war gestern noch neugierig (du bist Schuld 😉 ).
    Der Ph Wert wird auf 11 bis 12 geschätzt.
    Doch ganz schön basisch. Aber so gesehen alles andere als ein extremer Ort für Leben oder ?

    • #16 Bettina Wurche
      20. Dezember 2016

      @tomtoo: Das kann schon sein, dass verschiedene Arbeitsgruppen zu unterschiedlichen Schätzungen kommen. Frank hatte einen pH von 8,5 bis 11 angegeben.
      Wenn diese basische Umgebung der Normalfall ist, würden sich die Organismen dementsprechend entwickeln bzw. anpassen.
      Vielleicht gäbe es dann keine Organismen mit Kalkschalen. In den irdischen Ozeanen ist die Ozeanversauerung eine ökologisch Katastrophe, weil es sich um eine extrem schnelle Veränderung handelt. D. h., unsere ganze Kalkschalen tragenden Tiere und Pflanzen haben nicht den Hauch einer Chance, sich anzupassen.
      In der Geschichte der Erde hat es immer wieder sehr unerschiedliche Riffe gegeben, die überwiegend aus Kalk aufgebaut waren: Schwämme, Bakterien, Würmer, Muscheln und verscheidene Korallen sind Riffbauer. Einige Schwämme bauen allerdings mit Kieselsäure (SiO2) ihre Nadeln und sind dann auch nicht so anfällig für saure oder basische pH-Werte. In sauren oder basisichen Umgebungen könnte man sich auch Lebensformen mit Schleim-Schutzschichten oder anderen Schutzschilden vorstellen. Schließlich leben in extremen Gewässern oft Bakterien, Nematoden, …, die mit ihrer Umgebung keine Probleme haben.

      Neugierig geworden durch meertext-Lesen? Klasse, das freut mich : )

  13. #17 Luk
    20. Dezember 2016

    @tomboo
    Die Rechnung ist eigentlich einfach.
    Auf der Erde sind 10 m => 1 bar
    Auf Enceladus ist die Oberflächenbeschleunigung 0.114 m/s^2 statt 9.81 m/s^2 wie auf der Erde, also ca. 1.2 %.
    Um denselben hydrostatischen Druck zu erzeugen muss man also ca. 1/0.012 = ca. 85 mal so tief runtergehen (als Näherung).

    Somit sind 850 m => 1 bar.

    Bei 5-35 km dickem Eispanzer => 6 – 41 bar.
    Am grund bei 70 km => 82 bar.
    Auf der Erde beträgt der Druck im durchschnittlich 3500 m tiefen Ozean ca. 350 bar, die Drücke auf Enceladus sind also geradezue moderat.

    • #18 Bettina Wurche
      20. Dezember 2016

      @luk: Danke fürs Rechnen.

  14. #19 Dwon
    20. Dezember 2016

    Drückt der Eispanzer überhaupt? Da dieser komplett um den Mond geht könnte er sich doch (teilweise) selbst tragen.

    • #20 Bettina Wurche
      20. Dezember 2016

      @Dwon: Der Eispanzer ist nicht stabil. Zumindest am Südpol ist er dünn und hat Risse, dort dürfte er sich keinesfalls selbst tragen. (Darüber mehr im 2. Teil)

  15. #21 Alderamin
    20. Dezember 2016

    @Bettina

    Zunächst war auch noch nicht sicher, ob in den Fontänen Eis zu flüssigem Wasser schmilzt oder ob das Eis sofort sublimiert. Cassini hat beim Durchfliegen der eisigen Säulen dann aber ganz klar flüssiges Wasser nachgewiesen.

    Wie geht das? Im Vakuum kann flüssiges Wasser bekanntlich nicht bestehen, es kocht, während es gefriert. Reicht der geringe Salzgehalt dafür aus, dass das Wasser flüssig bleiben kann? Oder liegt hier ein Missverständnis vor?

  16. #22 Bettina Wurche
    20. Dezember 2016

    @Alderamin: “Solche Salze sind niemals in Eis zu finden, sondern nur in flüssigem Wasser, das Kontakt mit Gesteinsflächen hat.” Die Salze frieren nicht oder nur zu einem sehr kleinen Teil zu Eis, der größte Teil der Salze wird beim Gefrieren ausgefällt. Ist in der Antarktis auch so: Meereis ist nicht salzig, stattdessen bilden die herausgelösten Salze direkt unter dem Meereis hypersaline Bereich im Meer.

  17. #23 tomtoo
    20. Dezember 2016

    @Bettina
    Meertext macht mich immer neugierig.
    Gibt so viel zu lernen , kommste ja garnicht nach. 😉
    Ich denke natürlich unwissenschaftlich , so in die Richtung , gibt es einen Organismus auf der Erde, der dort leben könnte ? Dann sind mir Anerobe Alkaliphile in den Sinn gekommen. Aber die passen wohl auch nicht so ganz. Ich such weiter : )

  18. #24 Alderamin
    20. Dezember 2016

    @Bettina

    Also ist das so zu verstehen, dass Cassini nachgewiesen hat, dass das Wasser flüssig aus dem Planeteninneren kommen muss, weil es ansonsten (bei Sublimation) kein Salz enthalten würde. Aber dennoch war das Wasser, als Cassini es auffing, natürlich gefroren.

    Ich hatte Deine Textpassage so gelesen, als ob Cassini keine Eiskristalle, sondern Tröpfchen flüssigen Wassers im Durchflug durch die Fontänen eingesammelt hätte.

    • #25 Bettina Wurche
      21. Dezember 2016

      @Alderamin: Das flüssige, salzhaltige Wasser ist als Fontäne nach oben geschleudert worden. Erst dort sind dann die Wassertropfen/-spritzer zu Eispartikeln gefroren. Dann sind die Eiskörnchen als Staubpartikel auf den CDA getroffen.

  19. #26 tomtoo
    21. Dezember 2016

    @Bettina
    Bin ganz Stolz 😉 glaub hab was gefunden
    das sich dort evtl. ganz wohl fühlen könnte. Bei der Ernährung muss ich noch schauen.

    http://web.mst.edu/~microbio/BIO221_2008/M_frigidium.html

    • #27 Bettina Wurche
      21. Dezember 2016

      @tomtoo: Klasse! Genau dort, in den Seen unter dem Eis der Arktis und Antarktis, gucken Exobiologen nach extremophilen Organismen, die ganz anders ticken und unter ganz anderen Bedingungen leben : )
      Den Astrobiologen Dale Andersen, der in der Antarktis taucht, hatte ich dazu mal interviewt. Da steht auch mehr über die ungewöhnlichen, aus der Zeit gefallenen Ökosysteme dort:
      http://blog.meertext.eu/2011/05/24/mikroben-megacities-unter-dem-ewigen-eis/

  20. #28 tomtoo
    21. Dezember 2016

    @Bettina
    Super ! Werde ich gleich verschlingen. Vielen Dank !

    Hab noch was gefunden.
    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4695842/

    Finde ich voll spannend das ein Lebewesen von Erde dort evtl. überleben könnte.

    • #30 Bettina Wurche
      22. Dezember 2016

      @tomtoo: Das ist kien SPAM – sondern Begeisterung : ) Danke für die Ergänzungen

  21. #31 Alderamin
    22. Dezember 2016

    @tomtoo

    Na ja, überleben können unsere härtesten Organismen sicher schon auf solchen Eiswelten, aber die spannende Frage ist, ob sie da auch entstehen können. Denn dafür müssen zunächst sehr komplexe chemische Reaktionen ablaufen, deren Zwischenprodukte möglicherweise nicht so hart im Nehmen sind, und unter welchen Bedingungen das welche Reaktionen sind, weiß ohnehin noch kein Mensch.

    Es gibt aber z.B. ganz gute Chancen für einen Meteoriten, der bei einem größeren Einschlag auf der auf einer Planetenoberfläche ins All katapultiert wird, zwischen den inneren Planeten wechseln zu können, und Bakteriensporen würden auch das und die jahrtausende lange Reise zum Ziel überstehen, wie man weiß. Es könnte sein, dass vom Mars Mikroben zur Erde gelangten und hier erst unser Leben hervor brachten. Oder umgekehrt. Auch auf der Venus war es wahrscheinlich einmal ganz angenehm.

    Bis zu Europa oder Enceladus ist der Weg dann aber doch schon sehr weit von hier unten im Gravitationstrichter der Sonne. Das dürfte für etwaiges Leben eine Einbahnstraße zur Sonne hin sein.

  22. #32 tomtoo
    22. Dezember 2016

    @Aldmarin
    Ich hab ja gesagt ich gehe da unwissenschaftlich ran und hab die Besiedelung im Auge. Exobiologen würden mich bestimmt inhaftieren lassen. 😉
    Natürlich ist die Frage ob das Leben in unserem Sonnensystem evtl. 2 mal entstanden ist die wichtigere. Aber man wird doch auch ein bischen rumspinnen dürfen ;-).Ausserdem könnte es ja auch Hilfreich sein mal zu schauen was uns evtl. erwarten könnte. Also z.b sich genauer den Methangehalt anzuschauen usw.

  23. #33 tomtoo
    22. Dezember 2016

    @Alderamin
    Sry kleine Ergänzung. Ist gar nicht so einfach für unser Leben dort an der Eisschicht zum Ozean. Kein Licht, Kein Sauerstoff, hoher Ph Wert,Temperatur um 0 Grad Celsius. Und was als Nahrung evtl. Wasserstoff ? Da gibts nicht viel Auswahl. Aber es gibt denoch etwas hier auf unserem Planeten, das zumindest so ähnlich leben kann. Das ist für mich superspannend.

    • #34 Bettina Wurche
      22. Dezember 2016

      @tomtoo: Es gibt viele Organismen, die weder Licht, noch Sauerstoff brauchen, niedrige Temperaturen mögen, und auch mit hohem oder niedrigem pH keine Probleme haben.
      Gerade bei den Mikroorganismen wie Archaeen, die Alderamin ansprach, gibt es da viele.
      Auch so einige Cyanobakterien sind hart im Nehmen:
      http://scienceblogs.de/meertext/2015/12/27/seetomaten-giftige-quasi-aliens-aus-groenland/
      Viele dieser Organismen sind Extremophile, darunter findest Du mehr Informationen. Der deutsche Mikrobiologe Karl Stetter ist da ein Experte, es gbt auch Filme mit ihm. Vielleicht wirst Du auf Youtube fündig. Das meiste ist auf Englisch, es gibt aber auch ein paar deutschsprachige Quellen.

  24. #35 Alderamin
    22. Dezember 2016

    @tomtoo

    Es gibt Archaeen, die leben kilometertief im Gestein. Die könnten auch auf dem Merkur überleben.

    Du hast ja auch bestimmte Organismen rausgesucht, und ich sprach von den härtesten. Klar, das gemütliche Grüne Augentierchen von nebenan wäre ziemlich schnell erledigt in diesen Eisozeanen. Höheres Leben sowieso.

  25. #36 tomtoo
    22. Dezember 2016

    Das ist ja mein Gedanke. Gibt es etwas bei uns, das dort leben könnte ? Das die Grundlage (futter) für weiteres Leben von der Erde sein könnte. Die von mir genannten sind dicht dran. Dann könnte man bei den Bakterien schauen die sich von Ihnen ernähren. Und so weiter. Sozusagen (spass) bis Goldfische dort schwimmen. Leben von der Erde auf einen anderen Planeten (Mond) gebracht. SF? Klar ! Aber spannend. Und jetzt bitte nich fragen “warum?”. 😉

  26. #37 Alderamin
    22. Dezember 2016

    @tomtoo

    Die von mir genannten sind dicht dran. Dann könnte man bei den Bakterien schauen die sich von Ihnen ernähren. Und so weiter. Sozusagen (spass) bis Goldfische dort schwimmen.

    Auch wenn’s Spaß war: komplexe, mehrzellige Lebewesen brauchen vermutlich tatsächlich Sauerstoff. Die Entwicklung höheren Lebens ging auf der Erde jedenfalls erst los, nachdem sauerstoffbildende Blaualgen die Atmosphäre ‘vergiftet’ hatten (Große Sauerstoffkatastrophe).

    Mit Mikroben würde ich auf Europa oder Enceladus vielleicht rechnen, mit Getier dann doch eher nicht.

    Hier noch was relativ aktuelles zu möglichem Leben im Erdmantel (nicht -kruste, -mantel!). Solches müsste auf bzw. in allen Gesteinsplaneten überdauern können (wenn auch nicht entstehen). So könnte das erste Leben auch das Late Heavy Bombardment überstanden haben. Es gab neulich mal in irgendeinem Blog hier (Florian?) eine Diskussion, ob LUCA (der letzte gemeinsame Vorfahre aller heute lebenden Wesen) eine Archaee war. Darauf gibt es wohl Hinweise.

  27. #38 tomtoo
    22. Dezember 2016

    @Bettina
    Danke für den Namen !
    @all
    Es gibt gibt da auch Untersuchungen bzgl. Mars und den Methanogenic Archaea . Die sind echt genügsam.
    Wie gesagt könnten sie dort leben würden sie auf die dauer die Atmosphere mit Methan anreichern. Genauso wie ja evtl. möglich bei dem Ozean auf Encelados. Ich denke halt expansiev. 😉
    Ist SF aber guter SF, da relativ greifbar.