http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...m-dick20160622/


Neue Modellberechnungen zeigen, dass der Eispanzer des Saturnmondes Enceladus über dem darunter verborgenen Ozean am Südpol weniger als fünf Kilometer dick (blau) ist.
Copyright: LPG-CNRS-U. Nantes/U. Charles, Prague
Nantes (Frankreich) – Dass es unter der tiefgefrorenen Oberfläche des Saturnmondes Enceladus einen flüssigen Wasserozean gibt, in dem Wissenschaftler sogar auf außerirdisches Leben hoffen, gilt mittlerweile als nachgewiesen (…GreWi berichtete). Die Dicke des diesen Ozean abschirmenden Eispanzers könnte bislang allerdings falsch berechnet worden sein. Der potentielle Lebensraum auf Enceladus würde damit in deutlich nähere Reichweite für eine Erkundung und Suche nach dortigem Lebensformen rücken, als bislang gedacht.

Wie ein internationales Astronomenteam aktuell im Fachjournal „Geophysical Research Letters“ (DOI: 10.1002/2016GL068634) berichtet, zeigen Neuberechnungen bisheriger Modelle, dass Enceladus‘ Eiskruste über dem dortigen Südpol nur wenige Kilometer dick ist. Auch dieser Umstand lege nahe, dass es „im Innern des Saturntrabanten eine starke Wärmequelle und damit einen weiteren lebensförderlichen Faktor gibt“.

Frühere Schätzungen gingen hingegen von einer durchschnittlichen Dicke von 30 bis 40 Kilometern am Südpol und bis zu 60 Kilometern entlang des Äquators aus. Diese Berechnungen konnten bislang allerdings noch nicht die Frage klären, ob sich der Enceladus-Ozean global oder nur teilweise ausdehnt. Erst die Entdeckung leichter Schwankungen in der Rotation des Mondes (…GreWi berichtete) legte zunächst eine deutlich dünnere Eiskruste von durchschnittlich 20 Kilometern Dicke nahe. Allerdings widersprachen diese Werte noch den Daten zur Gravitation und Topografie des Mondes.

Vor dem Hintergrund dieser Unstimmigkeiten schlagen die französischen, belgischen und tschechischen Astrophysiker nun ein neues Modell vor, in dem die obersten 200 Meter der Eisdecke wie eine elastische Kruste wirken. Demnach besteht Enceladus aus einem felsigen Kern mit einem Radius von 185 Kilometern und einem darüberliegenden 45 Kilometer tiefen Ozean, der von einer durchschnittlich 20 Kilometer dicken Eisschicht isoliert wird, die jedoch über dem Südpol weniger als 5 Kilometer dick ist. Somit würde der verborgene Ozean rund 40 Prozent des Gesamtvolumens von Enceladus ausmachen, während sein Salzgehalt dem der irdischen Meere gleicht.

Die neuen Werte legen nun aber auch eine neue Vorstellung des Energiehaushalts von Enceladus nahe: „Eine dünnere Eisschicht isoliert weniger Wärme. Die Gezeitenkräfte von Saturn reichen damit nicht mehr aus, um alleine die gewaltigen Risse im Eispanzer am Südpol und den mit diesen einhergehenden Wärmefluss zu erklären“, erläutern die Forscher.

Stattdessen vermuten die Wissenschaftler, dass es tief im Innern von Enceladus eine starke Wärmequelle gibt, die möglicherweise hydrothermale Schlote am Ozeanboden befeuert.

Da auch schon komplexe organische Moleküle in den Eisfontänen aus dem Südpol des Saturnmondes Nachgewiesen wurden, spreche alles dafür, dass im Enceladus-Ozean die Bedingungen für die Entstehung von Leben gegeben sind, attestieren die Forscher abschließend. Hinzu vereinfache die nun neu ermittelte deutlich geringere Dicke des Eispanzers über dem Südpol eine Erforschung und Beprobung des darunter verborgenen Ozeans ungemein.

Zuvor schon hatten französische Wissenschaftler gezeigt, dass ein Enceldaus-Ozean hier schon seit Millionen von Jahren gedeihen und sich entwickelt haben könnte (…GreWi berichtete).

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http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...n-leben2060706/


Aufnahme der Titanoberfläche durch die US-europäische Sonde Huygens, die 2005 in die dichte Atmosphäre des Titan eintrat und Bilder von der Oberfläche übermittelte.
Copyright: ESA/NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona
Ithaca (USA) – Obwohl Wasser fehlt, finden sich auf der Oberfläche des größten Saturnmondes Titan die notwendigen chemischen Grundlagen für die Entstehung von Leben. Zu dieser Erkenntnis kommt eine aktuelle US-Studie.

Neben der Erde ist Titan der einzige bekannte Himmelskörper in unserem Sonnensystem, auf den es einen extensiven Flüssigkeitskreislauf mit Meeren, Seen Flüssen, Eis, Schnee und Regen gibt. Allerdings bildet auf Titan nicht Wasser sondern flüssige Kohlenwasserstoffe wie Methan und Ethan die Grundlage dieses Kreislaufs und formen die Oberfläche.

Anhand neuer Computermodellberechnungen konnte das Team um Martin Rahm und Jonathan Lunine von der Cornell University nun zeigen, dass die auf der Oberfläche von Titan vorhandenen Chemikalien die Grundlage für die Entstehung des Lebens bilden könnten – auch ohne Wasser. Auf Titan könnte demnach Zyanwasserstoff die Rolle des Beschleunigers von chemischen Reaktionen übernehmen.

Zyanwasserstoff kann demnach als Vorstufe von Amino- und Nukleinsäuren – den Bausteinen der Schlüsselmolekülen des irdischen Lebens, wie etwa Proteinen und DNA – dienen.

In früheren Experimenten konnten Wissenschaftler zeigen, dass Zyanwasserstoff-Moleküle sich oft zu sogenannten Polyimiden verbinden, die – so können die Forscher um Rahm und Lunine nun zeigen – Eigenschaften besitzen, die präbiotische Chemie gerade unter den extrem kalten Temperaturen auf Titan ermöglichen können.

So haben Polyimiden die Fähigkeit ein weites Spektrum des Sonnenlichts zu absorbieren, darunter auch Wellenlängen, die selbst noch die dichten Titanwolken durchdringen können. Auf diese Weise stünde dann auch noch auf der Titanoberfläche genügend Sonnenenergie für chemische Reaktionen zur Verfügung. Durch ihre hohe Flexibilität können sich Polyimide auch an verschiedene Formen anpassen und so ebenfalls chemische Reaktionen erleichtern.

Die Forscher, die ihre Ergebnisse aktuell im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS, DOI: 10.1073/pnas.1606634113) veröffentlicht haben, unterstreichen jedoch, dass de Ergebnisse noch kein Nachweis dieser Prozesse oder gar von von Leben auf Titan darstellen. „Unsere Arbeit zeigt lediglich, dass auf Titan die Grundlagen für die Entstehung von Leben gegeben sind“, so Lunine gegenüber „Space.com“. Bislang könnten die beschriebenen Polyimide der Entdeckung durch Sonden entgangen sein, da sie durch die dichte Titan-Atmosphäre nur schwer zu identifizieren sind. Zukünftige Missionen könnten nun aber gezielt danach suchen um so mehr über die möglicherweise exotische Biochemie auf Titan zu erfahren.

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http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...-dione20161005/

Astronomen finden Hinweise auf potentiell lebensfreundlichen
Wasserozean auch auf Saturnmonde Dione:


Cassini-Aufnahme des Saturnmonds Dione.
Copyright: NASA/JPL-Caltech
Ukkel (Belgien) – Unser Sonnensystem wird immer nasser – auch deutlich außerhalb der sogenannten habitablen Zone, innerhalb derer ein Planet seinen Stern umkreisen muss, damit aufgrund gemäßigter Temperaturen auf seiner Oberfläche Wasser in flüssiger Form existieren kann. Nachdem Ozeane bereits auf den Saturn- und Jupitermonden Enceladus, Titan, Europa und Ganymed mit großer Wahrscheinlichkeit nachgewiesen werden konnten, haben belgische Wissenschaftler nun auch Hinweise auf einen verborgenen Ozean auf dem viertgrößten Saturntrabanten Dione entdeckt, in dem es sogar Leben geben könnte.

Wie das Team um Mikael Beuthe von der Königlichen Sternwarte von Belgien aktuell im Fachjournal „Geophysical Research Letters“ (DOI: 10.1002/2016GL070650) berichtet, haben sie Gravitationsvermessungen des Mondes durch die Sonde „Cassini“ von 2015 in geophysikalische Modelle übertragen, wie sie bereits zum Nachweis des Enceladus-Ozeans verwendet wurden. Das Ergebnis: Unter einer rund 100 Kilometer dicken Eisschicht birgt Dione wahrscheinlich einen rund 62 Kilometer tiefen Ozean flüssigen Wassers.

Wie die Forscher weiter erläutern, dürfte dieser Ozean bereits seit der Entstehung des Mondes existieren und einen Kern aus Felsgestein umgeben. Der Kontakt des Wassers mit eben diesem Gestein ist es denn auch, der die Wissenschaftler auch über mögliches außerirdisches Leben im Dione-Ozean spekulieren lässt: „Durch den Kontakt zwischen Wasser und Gestein könnten Nährstoffe und Energiequellen gelöst werden, wie sie für die Entstehung von Leben notwendig sein könnten.“

Während auch die aufgrund schroffer Klippen und glatten Ebenen kontrastreiche Oberfläche von Dione ebenfalls Hinweise auf den darunterliegenden Ozean darstellen, vermuten die Forscher radioaktive Prozesse im Innern des Mondes, durch den der Ozean warm genug und damit flüssig gehalten wird: „Gäbe es keinen verborgenen Ozean, so würden wir in der Eiskruste des Mondes deutlich mehr Dehnungsrisse sehen. Diese sind aber kaum vorhanden.“

Sollte sich die Datenauswertung der belgischen Astronomen bestätigen, wäre Dione neben Titan, Enceladus und Mimas bereits der vierte Saturnmond auf dem Wissenschaftler entweder bereits direkte Beweise oder Hinweise für verborgene Ozeane gefunden haben.

Zuvor schon konnten weitere Beobachtungen eine dünne Sauerstoffatmosphäre und geologische Aktivität auf Dione nachweisen.

Neben Titan, Enceladus, Mimas, Dione, Ganymed und Europa vermuten Wissenschaftler verborgenen flüssige Wasserozeane mittlerweile auch auf dem Neptunmond Triton und auf dem Zwergplaneten Pluto nachgewiesen werden.

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http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...-mimas20170303/

Saturns „Todesstern“: Doch kein Ozean im Innern von Saturnmond Mimas:


Cassini-Aufnahme des aufgrund seines charakteristischen Riesenkraters und in Anlehnung an „Star Wars“ auch als „Todesstern“ bezeichnete Saturnmond Mimas.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Tempe (USA) – Noch 2014 berichteten US-Astronomen, dass ein leichtes Wackeln des Saturnmondes Mimas, der aufgrund eines besonders großen Kraters gerne auch als Saturns „Todesstern“ bezeichnet wird, auf einen unter der äußeren Eiskruste verborgenen flüssigen Wasserozean hindeuten könnte. Jetzt haben neue Analysen ergeben, dass die alternative Erklärung für das Wackeln des Mondes die wohl Wahrscheinlichere ist.

„Die Cassini-Daten zeigen uns, dass irgendetwas im Innern von Mimas nicht so ist, wie es eigentlich sein sollte“, kommentierte Radwan Tajeddine vom Forschungsteam der NASA-Saturn-Mission „Cassini“ an der Cornell University 2014 und erklärte, dass von zahlreichen unterschiedlichen Erklärungen, nur ein verborgener Ozean oder aber ein gefrorener football-förmiger Kern das leichte Wackeln des Mondes erklären könnten. (…GreWi berichtete).

Wie das Team um Alyssa Rose Rhoden von der Arizona State University aktuell in der Fachzeitschrift „Journal of Geophysical Research“ (DOI: 10.1002/2016JE005097) berichtet, haben sie anhand von Computermodellen errechnet, wie angesichts des 2014 errechneten 24 bis 32 Kilometer tiefen Ozeans, die Oberfläche des Mondes aussehen sollte.

Sollte Mimas in seinem Innern einen Ozean aus flüssigem Wasser verbergen, dann sollten sich auch an seiner Oberfläche Anzeichen dafür finden lassen. Diese Zeichen wurden bislang aber noch nicht entdeckt.

Mit einem Durchmesser von 396 Kilometern ist Mimas allerdings selbst zu klein, um sozusagen aus eigener Kraft innere Hitze erzeugen zu können, durch die der Ozean genügend erwärmt und somit flüssige gehalten werden könnte. Stattdessen könnte jedoch die derzeitig elliptische Umlaufbahn des Mondes für genügend wirkende Gezeitenkräfte sorgen, um so den Ozean zu verflüssigen.

Doch genau diese Gezeitenkräfte müssten – das zeigen die neuen Berechnungen – auch in der Oberfläche von Mimas gewaltige Risse und Gräben hinterlassen, wie sie etwa für die Ozeanmonde Europa und Enceladus charakteristisch sind – ja deren Gräben und Spalten noch deutlich übertreffen.

Da aber genau diese Oberflächenmerkmale nicht vorhanden sind, und die Mimasoberfläche mit Ausnahme seines auffallenden fast schon äquatorialen Kraters und der zahlreichen anderen Krater geradezu eben erscheint, schlussfolgern die Forscher, dass das Szenario eines inneren Ozeans auf Mimas als Erklärung für das leichte Wackeln des Mondes ausgeschlossen werden kann.

Mimas selbst entstand wohl vor etwas mehr als 4 Milliarden Jahren. Vor diesem Hintergrund sollte sich der Kern mittlerweile zu einem kugelförmigen Gebilde „entspannt“ haben. „Wenn der Kern nun aber ovoid ist, so würde dies bedeuten, dass er in einer Art urzeitlichen Zustand verblieben ist“, erläuterte Tajeddine schon 2014. Und auch das wäre eine faszinierende Schlussfolgerung.

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http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...eladus20170314/

Saturnmond: Cassini-Sonde ortet Wärme am Südpol von Enceladus:


Detailansicht der Südpolregion des Saturnmondes Enceladus.
Copyright: NASA/JPL/Space Science Institute
Paris (Frankreich) – Aufgrund seines unter einem kilometerdicken Eispanzer verborgenen Ozeans flüssigen Wassers gilt der Saturnmond Enceladus als ein der wichtigsten Kandidaten für die Suche nach außerirdischem Leben im Sonnensystem. Jetzt zeigen neue Analysen der Daten der NASA-Saturnsonde „Cassini“, dass Regionen am Südpol des Mondes wärmer sind und der dortige Eispanzer dünner und somit der Enceladus-Ozean an diesen Orten für Forschungsmissionen leichter erreichbar ist als bislang gedacht.

Wie das Team um Alice Le Gall vom Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS) und der Université Versailles Saint-Quentin (UVSQ), aktuell im Fachjournal „Nature Astronomy“ (DOI: 10.1038/s41550-017-0063) berichtet, ist die südliche Polarregion schon wenige Meter unterhalb der eisigen Oberfläche wärmer als vermutet: „Das legt nahe, dass der Eispanzer an diesen Stellen nur wenige Kilometer tief ist und der flüssige Ozean damit sehr viel näher an der Oberfläche liegt als bislang gedacht.“

Die überschüssige Wärme trete besonders über drei Spalten auf, die den sogenannten Tigerstreifen ähnlich sind, die den Pol überziehen, aus denen immer wieder gewaltige Eisfontänen austreten (s. Abb.), die derzeit aber nicht aktiv zu sein scheinen.

Doch gerade die derzeitige Ruhe der Spalten und Risse im Eispanzer direkt über deutlich wärmeren Regionen im Untergrund und über dem im der Tiefe verborgenen flüssigen Ozean sprechen für die Forscher eindeutig für einen weiterhin dynamischen Charakter der Geologie der Eiskruste des Saturnmondes: „Jetzt vermuten wir, dass Enceladus mehrere Perioden von Aktivität an unterschiedlichen Orten an seiner Oberfläche durchlaufen hat.“

Tatsächlich stimmt die neuste Entdeckung aber schon mit den Ergebnissen einer Studie von 2016 überein, in der ein Wissenschaftlerteam unabhängigen von den aktuellen Autoren die Dicke der Enceladus-Eiskruste eingeschätzt hat und von einer durchschnittlichen Tiefe von 18 bis 22 Kilometern aber lediglich 5 Kilometern über dem Südpol ausgeht (…GreWi berichtete).

„Der Umstand, dass wir nun solche Temperaturwerte unter drei derzeit inaktiven Spalten am Südpol von Enceladus vorfinden, trägt zu den faszinierenden Merkmalen des Saturntrabanten bei“, kommentiert die Cassini-Missionswissenschaftlerin Linda Spilker vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA und führt weiter aus. „Wie sieht dieser warme Untergrundozean wirklich aus und könnte darin Leben entstanden sein und sich fortentwickelt haben? Alle diese Fragen können nur von einer zukünftigen Mission in diese Welt beantwortet werden.“

„Sollte der Enceladus-Ozean hier wirklich derart nahe an der eisigen Oberfläche des Mondes liegen, wie es unsere Ergebnisse nahe legen, dann könnte er von den Instrumenten zukünftiger Missionen auch direkt geortet werden“, zeigt sich Gall abschließend überzeugt.

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http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...gseite20170428/

Einzigartige Beobachtung: Saturnmond Titans Nachtseite strahlt heller als seine Tagseite:


Aufnahme der Cassini-Sonde der beleuchteten Sichel des Titan mit Enceladus hinter den Ringen des Saturn.
Copyright: NASA/JPL/Space Science Institute
Berlin (Deutschland) – Titan, der größte aller Saturnmonde, verblüfft nicht nur aufgrund seiner erdartigen Eigenschaften wie einer dichten Atmosphäre, einem Flüssigkeitskreislauf mit Regen, Schnee, Flüssen und Meeres aus Kohlenwasserstoffen, verkehrt ausgerichteten Dünen und einem wahrscheinlich unter seiner Kruste verborgenen Wasserozean, auch Tag und Nacht erscheinen auf Titan gänzlich anders als auf den sonstigen Himmelskörpern unseres Sonnensystems. Die Entdeckung liefert auch interessante Perspektiven für die Suche nach außerirdischem leben außerhalb des Sonnensystems.

Wie Astrophysiker Dr. Antonio García Muñoz vom Zentrum für Astronomie und Astrophysik an der Technischen Universität Berlin aktuell im Fachjournal „Nature Astronomy“ (DOI: 10.1038/s41550-017-0114) zeigen, konnten sie bei Titan aufzeigen, dass die Nachtseite des zweitgrößten Mondes im Sonnensystem heller strahlt als seine von der Sonne beschienene Seite.

Insbesondere die Dämmerungszone an der Grenze zwischen Tag- und Nachtseite trage zur außerordentlichen Helligkeit der Nachtseite bei und ist – das zeigen Modellberechnungen bis zu 200-fach heller ist als die Tagseite.

Die Titanatmosphäre besteht aus vielen übereinanderliegenden Dunstschichten, die sich Hunderte von Kilometern hoch erstrecken: UV-Aufnahme von der Nachtseite aus (Cassini, 2004). Um nahezu natürliche Farben zu erreichen, wurde die Aufnahme nachkoloriert.
Copyright: NASA

Erklärt werden kann das sonderbare Verhalten des Lichts auf Titan durch dessen ausgedehnte Atmosphäre, innerhalb derer Dunstteilchen das Sonnenlicht zudem auf besonders effektive Art und Weise streuen: „Kein anderer Mond oder Planet im Sonnensystem zeigt ein ähnliches Verhalten“, so die Forscher.

„Dies ist eine höchst interessante Perspektive auch für die Erforschung von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, den Exoplaneten“, bestätigt Prof. Dr. Heike Rauer vom TU-Zentrum für Astronomie und Astrophysik, die gleichzeitig Leiterin der Abteilung „Extrasolare Planeten und Atmosphären“ am Deutschen Institut für Planetenforschung (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) ist und in deren Arbeitsgruppe Muñoz forscht. Rauer beschäftigt sich mit der Modellierung der Atmosphären von Exoplaneten: „Würde man dieses Phänomen bei einem extrasolaren Planeten finden, könnte man dessen Atmosphäre genauer charakterisieren, etwa die atmosphärische Schichtung oder die Dunstglocke, die den Planeten umgibt.“

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http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...-titan20170728/

Cassini-Sonde findet „Lebensmolekül“ auf Saturnmond Titan:


Cassinis Blick in die Titan-Atmosphäre.
Copyright: University College London/ESA/NASA
London (USA) – Daten der Saturnsonde Cassini belegen die Existenz eines Molekülstyps in der dichten oberen Atmosphäre des größten Saturnmonds Titan, wie er auf der Erde wahrscheinlich die Grundlage zur Entstehung der Bausteine des Lebens darstellte.

Wie das Team um Ravi Desai und Professor Andrew Coates von University College London (UCL) aktuell im Fachmagazin „Astrophysical Journal Letters“ (DOI: 10.3847/2041-8213/aa7851) berichtet, handelt es sich um negativ geladene Kohlenstoffkettenanionen, die für die Entstehung von komplexem organischem Material verantwortlich sind.

Wie die Forscher weiter berichten, war die mit Hilfe des Plasma-Spektrometers der Sonde (CAPS) gemachte Entdeckung eine Überraschung, da die Molekülketten höchst reaktiv sind und deshalb innerhalb der dichten Titanatmosphäre eigentlich nicht lange überdauern sollten, bevor sie sich mit anderen Materialien kombinieren: „Diese Entdeckung in 950–1300 Kilometern Höhe unsere bisherige Vorstellung von der Titan-Atmosphäre vollständig“, erläutert Desai.

Interessanterweise zeigen die Daten, dass besagte Kohlenstoffketten mit zunehmender Nähe zur Titanoberfläche zusehends verdünnt werden, während die Vorgänger größerer Aerosolmoleküle hier ein stetiges Wachstum durchlaufen. „Und das legt eine enge Verbindung zwischen den beiden nahe, innerhalb derer die Kohlenstoffketten die größeren Moleküle anreichern, die dann – so vermuten Forscher – absinken und sich auf der Oberfläche des Mondes ablagern.“

Damit, so zeigen sich die Forscher überzeugt, haben sie den „ersten eindeutigen Nachweis von Kohlenstoffketten in einer planetenartigen Atmosphäre“ erbracht, von der Wissenschaftler glauben, dass es sich um einen bedeutenden Schritt bei der Entstehung von größeren und komplexren organischen Molekülen sind, wie sie die größten Partikel innerhalb der dichten Titan-Atmosphäre darstellen.

„Hierbei handelt es sich auch um einen wichtigen Vorgang im sog. interstellaren Medium, also jenen größeren molekularen Wolken, aus denen Sterne entstehen. Jetzt sehen wir diesen Prozess in einer völlig neuen Umgebung. Damit könnte es sich also um einen universellen Prozess bei der Entstehung komplexer organischer Moleküle handeln. Damit stellt sich auch die Frage, ob dieser Vorgang auch auf anderen Stickstoff- und methanreichen Atmosphären, wie etwa auf Pluto oder dem Neptunmond Triton oder Exoplaneten mit ähnlichen Eigenschaften, stattfinden kann“, so Desai.

Titan selbst besitzt eine dichte Atmosphäre aus Stickstoff und Methan, mit einer der komplexesten chemischen Zusammensetzungen im gesamten Sonnensystem. Deshalb sehen einige Wissenschaftler in Titan auch eine Art Modell der Atmosphäre der jungen Erde, bevor diese durch Sauerstoff angereichert wurde, und erhoffen sich vom Studium der Titanatmosphäre Erkenntnisse über genau jene chemischen Reaktionen, wie sie dann zur Entstehung des Lebens auf der Erde und vielleicht auch auf anderen Planeten führten.

„Damit könnte diese Entdeckung auch Auswirkungen auf die Suche nach Leben im Universum haben“, erläutert Professor Coats und führt dazu weiter aus: „Titan ist ein nahes Beispiel für eine wirklich erstaunliche und exotische Chemie, von der wir noch einiges lernen können.“

„Während wir auf Titan bislang noch kein Leben selbst gefunden haben, so stellt die Entdeckung komplexer organischer Moleküle nicht nur auf Titan, sondern auch in Kometen und im interstellaren Medium doch einen Hinweis dafür dar, dass wir der Entdeckung der Vorgänger des Lebens ein gutes Stück näher gekommen sind“, zeigt sich auch der Cassini-Projektwissenschaftler Dr. Nicolas Altobelli abschließend von der Entdeckung begeistert.

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https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...-leben20171107/

Enceladus: Ozean auf Saturnmond ist alt genug für dortiges Leben:


Echtfarbversion einer Cassini-Aufnahme der Wassereisfontänen am Südpol des Saturnmondes Enceladus.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/SSI/Kevin M. Gill
Nantes (Frankreich) – Gewaltige Fontänen am Südpol des Saturnmondes Enceladus, verraten einen darunter verborgenen ausgedehnten Ozean flüssigen Wassers. Vorausgesetzt der Mond besitzt einen porösen Kern, so würden auch die auf Enceladus einwirkenden Gezeitenkräfte stark genug, um für mehrere Milliarden Jahre hydrothermale Aktivität am Grunde dieses Ozean aufrecht zu erhalten. Ausreichend Zeit also für die Entstehung und Evolution von Leben im Saturnsystem. Ein neues Instrument soll zudem schon bald im Wasser der Enceladus-Fontänen nach Signaturen von Leben suchen.

Wie Astronomen um Gaël Choblet von der Université de Nantes aktuell im Fachjournal “Nature Astronomy” (DOI. 10.1038/s41550-017-0289-8) berichten, sprechen die Daten der im September beendeten Cassini-Mission, für einen Salzwasserozean unter der 20-25 Kilometer dicken Eisschicht, die sich über der Südpolregion jedoch auf nur noch 5-1 Kilometer verdünnt und das Wasser hier durch Spalten und Risse mit hohem Druck an die Oberfläche gepresst wird.

Schon zuvor konnte die Cassini-Sonde mit Salzen und Kieselsäure Bestandteile des Ozeanwassers identifizieren, die daraufhin deuten, dass es sich bei der Quelle um mindesten 90 Grad Celsius heißes Wasser handelt, das mit dem Grundgestein eines porösen Kerns interagiert. (…GreWi berichtete).

Hintergrund
NASA will mit hochsensiblem Instrument Zusammensetzung der Enceladus-Geysire analysieren und Leben darin suchen

NASA-Ingenieure haben Pläne für ein hochsensibles neues Radioinstrument vorgestellt, mit dem sie die chemische Zusammensetzung der Enceladus-Geysire noch genauer analysieren wollen. Anhand dieser Daten erhoffen sich die Wissenschaftler dann auch konkrete Rückschlüsse auf mögliches Leben im Ozean des Saturnmondes ziehen zu können.


So stellen sich die NASA-Wissenschaftler das Innere von Enceladus auf der Grundlage der Cassini-Daten vor (Illu.).
Copyright: NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute

Wie das Team um Gordon Chin vom Goddard Space Flight Center der NASA berichtet, handelt es sich um bei dem “Submillimeter Enceladus Life Fundamentals Instrument” (SELFIE) um ein Fernmess-Instrument, dessen Fähigkeit weit übe die derzeitiger Instrumente herausragen soll.

“Der Submillimeterbereich des hochfrequenten Radiospektrums ermöglicht es uns, die Quantität zahlreicher unterschiedlichr Moleküle in kalten Gasen zu bestimmen”, so Chin. “Wir können auf diese Weise die Enceladus-Fontänen scannen und so bestimmen, was da alles aus dem Innern des Mondes herauskommt. (…) Wasserdampf und andere Moleküle können uns viel über die chemische Zusammensetzung des Ozeans verraten und uns die besten Orte aufzeigen, um für noch genauere Messungen eine Sonde genau durch diese Fontänen zu steuern.”

Für SELFIE stellen Moleküle (u.a. von Wasser und Kohlenmonoxid) eine Art “kleiner Radiosender dar, die auf ganz bestimmten Frequenzen senden und uns sagen, ‘hallo ich bin da und ich bin Wasser’. SELFIE sucht nun nach diesen ‘Sendern’ und kann mittels einer Spektralanalyse genau deren Menge bestimmen und analysieren, um was es sich handelt, und um was nicht”, erklärt der Chefingenieur Paul Racette.

Auf diese Weise soll SELFIE zeitgleich 12 Molekülarten orten und analysieren können, darunter Wasser in verschiedenen isotopischen Formen, wie auch Methanol, Ammoniak, Ozon, Wasserstoffperoxid, Schwefeldioxid und Natriumchlorid (Kochsalz).

Auf der Grundlage dieser Beobachtungen haben die Forscher berechnet, dass es auf Enceladus eine gewaltige Wärmequelle geben muss, die 100 mal mehr Wärme erzeugt, als diese etwa durch den natürlichen Zerfall radioaktiver Elemente im Kern des Mondes erzeugt werden könnte.

Somit bleiben als Wärmequelle nur noch die Gezeitenkräfte des Saturns, die aufgrund der elliptischen Umlaufbahn von Enceladus um Saturn unterschiedlich stark wirken und die Eiskruste verformen. Doch auch die Reibung der Eiskruste selbst reicht nicht aus, um den Hitzerverlust des Ozean langfristig auszugleichen. Ohne eine weitere Wärmequelle wäre der Enceladus-Ozean innerhalb vom rund 30 Millionen Jahren gänzlich zugefroren. Die bis heute aktiven Geysire am Südpol von Enceladus sprechen aber für einen immer noch extrem aktiven Untergrund.

Um die Frage nach der weiteren Wärmequelle zu lösen, haben sich die Forscher um Choblet dem vermutlich porösen Kern des Mondes angenommen und simuliert, wie dieser auf die saturnschen Gezeitenkräfte reagiert.

In ihren Simulationen eines noch nicht gänzlich verfestigten Kerns aus leicht verformbarem, porösem Gestein, zeigen die Wissenschaftler, wie kaltes flüssiges Wasser aus dem Ozean in diesen Kern eindringen kann, hier nach und nach durch die Gezeitenreibung im hiesigen Gestein und mit zunehmender Tiefe erwärmt bzw. regelrecht erhitzt wird.


Schaubild zum simulierten inneren Aufbau des Saturnmondes Enceladus (Illu.)
Copyright: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute; interior: LPG-CNRS/U. Nantes/U. Angers. Graphic composition: ESA

Das Wasser zirkuliert sodann im Kern und steigt – weil es heißer ist als seine Umgebung – auch wieder auf. Auf diese Weise wird Hitze direkt zum Ozeanboden transportiert, wo es durch Schlote mit dem dortigen Gestein und dem umgebenden kälteren Wasser interagiert. Am Boden des Enceladus-Ozeans könnten auf diese Weise sogenannte Hotspots entstehen, von denen schon ein einziger rund 5 GW an Energie abgibt. Das allein entspricht der jährlich von ganz Island genutzten geothermalen Wärmeleistung.

Dadurch gelangt das warme Wasser nicht nur bis zur Eisdecke, wo es diese von unten anschmelzen kann und durch die Spalten und Risse darin an die Oberfläche gepresst wird, sondern das Wasser transportiert über Wochen und Monate auch Kleinstpartikel vom Ozeanboden, die ebenfalls mit den Geysiren ausgestoßen und hier dann analysiert werden können.

“Unsere Simulationen erklären zugleich die Existenz eines globalen Ozeans aufgrund des enormen Wärmetransports zwischen dem tiefen Inneren des Mondes und seiner Eiskruste, als auch die Konzentration der Aktivität in einer relativ engen Region rund um den Südpol von Enceladus und damit die von Cassini entdeckten Hauptmerkmale des Mondes”, erläutert die Mitautorin der Studie, Gabriel Tobie ebenfalls von der Université de Nantes.

Auf die beschriebene Weise könnten die auf Enceladus einwirkenden und den Mondkern regelrecht massierenden Gezeitenkräfte über viele Millionen bis Milliarden von Jahren hinweg bis zu 30 GW an Wärmeenergie erzeugen. Lang egenug also, damit Leben entstanden sein und sich entwickelt haben könnte.

Von zukünftigen Messungen mit Instrumenten, die die Genauigkeit von Cassini um ein Vielfaches übertreffen sollen (siehe Infokasten “Hintergrund”) erhoffen sich die Wissenschaftler dann auch direkte Informationen darüber, ob im warmen Enceladus-Ozean auch Leben entstanden ist.

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https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...edacht20180119/

Saturnmond Titan noch erdähnlicher als bislang gedacht


Das Ligeia Mare ist das zweitgrößte Meer in der nördlichen Polarregion des Saturnmonds Titan.
Klicken Sie auf die Bildmitte, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell
Ithaca (USA) – Obwohl fast eine Milliarde Kilometer von der Erde entfernt, gleicht der größte Saturnmond Titan unserer Erde in vielen Aspekten: Neben einer dichten Atmosphäre ist Titan auch der einzige Himmelskörper im Sonnensystem mit einem Flüssigkeitskreislauf an der Oberfläche, innerhalb dessen sich allerdings statt Wasser die flüssige Kohlenwasserstoffe Methan und Ethan als Regen und Schnee in Flüsse, Seen und Meere ergießen. Selbst Leben halten Astrobiologen auf Titan für möglich. Neue Beobachtungsdaten zeigen nun, dass der Saturnmond unserer Erde noch ähnlicher ist als bislang angenommen und – wie die Erde – über einen globalen, von Gezeiten abhängigen Meerespsiegel verfügt.

Wie das Team um Alex Hayes von der Cornell University kürzlich im Fachjournal “Geophysical Research Letters” (DOI: 10.1002/2017GL075518 / 10.1002/2017GL075468) berichtete, basiert ihre Studie auf Daten der kürzlich beendeten Cassini-Mission. Der aufgezeigte Umstand stelle erneut die beeindruckenden Ähnlichkeiten zwischen den beiden Himmelskörpern heraus: “Um einen durchschnittlich gleichen Meeresspiegel stabiler Oberflächenflüssigkeiten zu erhalten, muss es einen aktiven Austausch zwischen den ‘Flüssigkeitskörpern’ geben.”

Ähnlich wie auf der Erde, liegt der Wasserspiegel kleinerer Seen auf Titan einige hundert Meter über dem allgemeines Meeresspiegel. Diese Höhenunterschiede seien auch wichtig, da die Flüssigkeitskörper auf Titan offenbar unterhalb der Oberfläche miteinander durch ein Grundwasser-artiges System verbunden sind.

Die flüssigen Kohlenwasserstoffe scheinen also im Titan-Untergrund ganz ähnlich zu fließen, wie das Wasser auf der Erde durch poröses Gestein und Kies auf der Erde, wodurch einander nahe gelegenen Seen regelrecht miteinander kommunizieren und einen gemeinsamen Wasserspiegel aufweisen.

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Biologen: “Wir könnten bereits Hinweise auf Leben auf Saturnmond Enceladus entdeckt haben”:


Echtfarbversion einer Cassini-Aufnahme der Wassereisfontänen am Südpol des Saturnmondes Enceladus.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/SSI/Kevin M. Gill
Wien (Österreich) – Signaturen von Methan, wie sie bereits in den gewaltigen, von einem unter der Eiskruste verborgenen Ozean gespeisten Wassereisfontänen des Saturnmondes Enceladus nachgewiesen wurden, könnten ein Hinweis auf in diesem Ozean existierende Mikroorganismen aus der Gruppe der Archaen sein. Zu diesem Schluss kommen österreichische Biologen nach Experimenten mit den extremophilen Mikroben.

Wie das Team um Simon Rittmann von der Universität Wien aktuell im Fachjournal “Nature Communications” (DOI: 10.1038/s41467-018-02876-y) berichtet, gingen sie in ihrer Studie der Frage nach, ob mikrobielles Leben, ähnlich wie wir es von der Erde her kennen, auch auf anderen Himmelskörpern möglich ist – konkret auf dem Saturnmond Enceladus, der einen unterirdischen Wasserozean hat.

Hierzu setzten sie die methanogenen Mikroben (Methanothermococcus okinawensis) aus einem in der japanischen Tiefsse vorkommenden Archaea-Stamm, einer an die vermuteten Bedingungen im Enceladus-Ozean Umgebung aus, da diese Wasserstoff und Kohlendioxid verstoffwechseln sowie hohe Temperaturen und Druck aushalten können. Das Ergebnis zeigt, dass besagte Archaen prinzipiell auch unter den möglichen Eismond-Bedingungen gedeihen können.

Zuvor schon hatte die im September 2017 erfolgreich beendete Cassini-Mission der NASA, die Zusammensetzung der Wassereisfontänen des Enceladus analysiert und gezeigt, dass im Inneren des Saturnmondes alle wesentlichen Zutaten für Leben – wie wir es von der Erde Kennen – vorkommen: Wasser, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel, zudem Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, molekularen Wasserstoff, Ammoniak und neben vielen weiteren Molekülen auch Methan entdeckt.


Schaubild zum inneren Aufbau des Saturnmondes Enceladus (Illu.)
Klicken Sie auf die Bildmitte, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute; interior: LPG-CNRS/U. Nantes/U. Angers. Graphic composition: ESA

Wasserstoff (H2), Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) sind für die Forscher von besonderem Interesse, da die untersuchten Methanogene H2 als Energiequelle und CO2 als Energie- und Kohlenstoffquelle zu CH4 metabolisieren können.

“Wir haben gezeigt, dass Methanogene unter Enceladus-ähnlichen Bedingungen vermehrungsfähig sind und ein Teil des in den Wassereisfontänen nachgewiesenen CH4 daher prinzipiell biologischen Ursprungs sein könnte”, so die Forscher und führen dazu weiter aus: “Man muss allerdings berücksichtigen, dass die im Labor nachgestellten Bedingungen nicht zwangsläufig denen des unterirdischen Wasserozeans auf Enceladus entsprechen müssen. Diese basieren auf Extrapolationen, die von den Cassini-Daten abgeleitet wurden und naturgemäß fehlerbehaftet sind.”

Sollte es im Enceladus-Ozean tatsächlich methanogenes Leben geben, so könnte dieses durch typische Biosignaturen wie z.B. Lipide oder bestimmte Isotopenverhältnisse von CO2 und CH4 nachgewiesen werden. In ihrer Studie weisen die Forscher abschließend aber auch auf einen weiteren Aspekt hin: “Die Daten zeigen, dass möglicherweise eine Gefahr der Kontamination solcher Eismonde mit irdischen Organismen durch Raumsonden von der Erde besteht.”

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Wo sollte man auf Titan nach Leben suchen?


Cassini-Aufnahme des Menvra-Katers auf dem Saturnmond Titan
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London (Kanada) – Der Saturnmond Titan gilt als hoffnungsvoller Kandidat für außerirdisches Lebens im Sonnensystem. Er ist neben der Erde der einzige bekannte Himmelskörper mit einem Flüssigkeitskreislauf in Form von Methan-Regen, -Flüssen und -Meeren innerhalb einer dichten Atmosphäre, die Wissenschaftler mit der der jungen Erde vergleichen – auch die biochemischen Bausteine des Lebens und Energie sind vorhanden. Beste Voraussetzungen also für die Entstehung von Leben. Wo genau jedoch für zukünftige Missionen die Wahrscheinlichkeit solches Leben zu finden am größten ist, darüber haben sich nun Wissenschaftler Gedanken gemacht.

Wie das Team um Catherine Neish von der University of Western Ontario aktuell im Fachjournal „Astrobiology“ (DOI: 10.1089/ast.2017.1758) berichtet, haben sie untersucht, wo die Wahrscheinlichkeit für biologische Moleküle auf Titan am höchsten ist. „Obwohl bislang noch kein Leben auf Titan gefunden wurde, sind hier alle Voraussetzungen gegeben, damit zumindest erste Schritte hin zur Entstehung von Leben zu erwarten wären“, kommentiert der Astrobiologe Dr. Dirk Schulze-Makuch von der Technischen Universität Berlin in einem Artikel im „Air&Space Magazin“ der Smithonian Institution.

Obwohl einige Wissenschaftler auch schon Alternativen diskutiert haben (…GreWi berichtete), gehen Neish und Kollegen in ihrer Studie weiterhin davon aus, dass es für die Entstehung und Entwicklung von Leben auch auf Titan flüssiges Wasser notwendig ist und konzentrieren sich deshalb hauptsächlich auf zwei Szenarios, wo es auf dem eisigen Saturnmond dieses flüssige Wasser trotz Tiefsttemperaturen zumindest kurz- bis mittelfristig geben könnte.

Die Forscher sehen im der Eisschlamm-Lava sogenannter Kryovulkane als auch in frischen Einschlagskratern hierfür die besten Chancen. Aus ersteren treten statt flüssigem Gestein ein meist zähflüssiges Gemisch aus Wasser, Ammoniak und Methan an die Oberfläche. Obwohl es im Umfeld dieser Eisvulkane auf Titan also zu aus astrobiologischer Sicht zu interessanten chemischen Reaktionen und Verbindungen kommen könnte, vermuten die Wissenschaftler, dass die Zeit, während derer flüssiges Wasser zur Verfügung steht für die Entstehung komplexer, präbiotischer Verbindungen nicht ausreicht.

Stattdessen bevorzugen die Autoren junge Einschlagskrater auf dem Mond. Mit einem Durchmesser von knapp 400 Kilometern ist der Menvra-Krater der größte Einschlagskrater auf Titan. Schon in den 1970er Jahren vermutete der Astronom Carl Sagan, dass sich hier durch die Einschlagsenergie Wasser für mehr als eine Million Jahre lang in flüssiger Form erhalten haben könnte.

Zuvor hatte Schulze-Makuch gemeinsam mit David Grinspoon schon 2005 vorgeschlagen, am Boden der Kohlenwasserstoff-Seen und Meere auf Titan nach Ausflüssen von warmen Wasser-Ammoniakquellen zu suchen, durch die hier eine für präbiotische Chemie günstige Umwelt entstehen könnten. „Angesichts eines derart exotischen Ortes wie Titan muss man auch jenseits des Konventionellen denken. Deshalb bräuchte es für unseren Vorschlag auch eine Tauchsonde“, kommentiert Schulze-Makuch und führt abschließend weiter aus: „Der Vorschlag von Neish und Kollegen hat hingegen den Vorteil, dass das Innere von Einschlagskratern – technologisch betrachtet – wesentlich einfacher zu erreichen wäre.

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Cassini-Daten belegen komplexe organische Moleküle auf Saturnmond Enceladus:


Grafische Darstellung der hydrothermalen Aktivität im Kern von Enceladus und der Aufstieg organisch angereicherter Bläschen (Illu.).
Copyright: ESA
Heidelberg (Deutschland) – Anhand der Daten der Raumsonde „Cassini“ haben Wissenschaftler große, kohlenstoffreiche organische Moleküle in den Wassereisfontänen auf dem Saturnmond Enceladus nachgewiesen. Die Entdeckung erhöht einmal mehr die Wahrscheinlichkeit für Leben im unter einem dicken Oberflächeneispanzer verborgenen flüssigen Wasserozean auf dem Saturnmond und macht diesen zu einer der Hauptkandidaten bei der Suche nach außerirdischem Leben im Sonnensystem.

Wie das Team um Dr. Frank Postberg vom Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg aktuell im Fachjournal „Nature“ (DOI: 10.1038/s41586-018-0246-4) berichtet, entdeckten sie die sehr komplexen makromolekularen Verbindungen in den Daten der Sonde.

Allerdings seien die großen organischen Moleküle allerdings nicht wasserlöslich. Sie bestehen aus komplexen Mischungen ringfömiger (aromatischer) und linearer (aliphatischer) Bestandteile mit funktionellen Gruppen, die Sauerstoff und vermutlich Stickstoff enthalten, und werden teilweise aus Hunderten von Atomen gebildet.


Schematische Darstellung des Inneren Aufbaus des Saturnmondes Enceladus (Illu.)
Copyright: NASA/JPL-Caltech (dt. Version: grewi.de)

Zwar wurden schon zuvor einfache organische Moleküle in den Enceladus-Geysiren nachgewiesen (…GreWi berichtete), doch waren diese mit einer Atommasse von gerade einmal 50 Einheiten vergleichsweise leicht und beinhalteten nur wenige Kohlenstoffatome. Die jetzt nachgewiesenen Moleküle haben eine Atommasse von 200 – zehn Mal mehr also als Methan. „Mit diesen komplexen organischen Molekülen, die offenbar aus dem flüssigen Wasserozean stammen, erfüllt Enceladus als einziger bislang bekannter Himmelskörper neben der Erde wirklich alle grundlegenden Anforderungen für Leben, wie wir es kennen“, kommentiert Chrostopher Glein vom Southwest Research Institute (SwRI).

Hintergrund
2015/17 entdeckten Wissenschaftler in den Cassini-Daten molekularen Wasserstoff in den Enceladus-Fontänen und damit eine mögliche Quelle durch die das Ozeanwasser mit dem Gestein des Ozeanboden in Form hydrothermaler Quellen interagieren könnte.


Hydrothermale Quellen vor dem Azoren.
Copyright: MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen

Dieser Prozess ist bereits von irdischen Ozeanböden in Form hydrothermaler Quellen, sog. heißer Schlote bekannt, durch die Wärme in das umgebende Wasser gelangt. Auf der Erde sind es eben diese Schlote, die einer Vielzahl von Organismen fernab der energiereichen Sonne einen Lebensraum bieten.

„Wasserstoff liefert die Quelle für chemischen Energie, von der rund um irdische hydrothermale Quellen Bakterien zehren“, erläutert Dr. Huntre Waite vom SwRi. „Wenn man einmal eine potentielle Nahrungsquelle für Mikroben ausgemacht hat, stellt sich als nächstes die Frage, was die Natur der nun entdeckten komplexen organischen Moleküle im Enceladus-Ozean ist.“

Die Wissenschaftler vermuten, dass die Moleküle mit Gasbläschen an die Ozeanoberfläche gelangen, wo sie einen organischen Film bilden (s. Titelabbildung): „Es scheint, als würde Enceladus sein organisches Inventar so aus den Tiefen des Ozeans in stark erhöhten Konzentrationen an die Wasseroberfläche bringen. Von dort aus wird es mit Ozeantröpfchen ins Weltall geschleudert“, kommentiert Dr. Nozair Khawaja, der die begleitenden Laborexperimente mit organischen Substanzen leitete.

Ob diesen großen organischen Molekülen hydrothermale oder sogar biogene Prozesse zugrunde liegen, geht aus den Daten selbst zwar noch nicht hervor. Allerdings ließe sich diese Frage relativ leicht mit einer zukünftigen Enceladus-Sonde klären: „Eine zukünftige Mission könnte direkt und gezielt durch die Fontänen fliegen und diese mit einem hochauflösenden Massenspektrometer auf die komplexen Molekülen hin untersuchen. Bislang müssen wir mit voreiligen Schlussfolgerungen noch sehr vorsichtig sein, aber es ist schon faszinierend darüber nachzudenken, ob diese Ergebnisse nicht auch das Ergebnis einer biologischen Synthese organischer Moleküle (durch Organismen) auf Enceladus sind.“

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Cassini-Daten offenbaren zweites Sturm-Sechseck auf Saturn:


Helligkeitskarten des sechsseitigen Wirbels in der Saturn-Stratosphäre von August 2013-2017. Klicken Sie auf die Bildmitte, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen. Copyright: NASA/JPL-Caltech/University of Leicester/GSFC/L.N. Fletcher et al. 2018
Leicester (Großbritannien) – Seit seiner Entdeckung sorgt das sogenannte Saturn-Hexagon, ein gewaltiger sechseckiger Wolkenwirbel über dem Nordpol des Ringplaneten Saturn, für Rätselraten selbst unter Planetenwissenschaftlern. In den Daten der „Cassini“-Sonde haben Wissenschaftler eine ganz ähnliche und nicht weniger rätselhafte Struktur nun auch in der deutlich höheren Stratosphäre des Planeten entdeckt.

Das große Saturn-Wolkenhexagon wurde bereits Anfang der 1980er Jahre auf Aufnahmen Voyager-Sonde entdeckt und später auf den Cassini-Bildern 2004/2006 bestätigt. Damals befand sich die südliche Hemisphäre im Saturn-Sommer. Eine Langzeitstudie der Stratosphären-Beobachtungen der Nordpolregion mit Cassini offenbarte nun einen ganz ähnlichen, sechsseitigen Wirbel, der sich mit dem über der Nordhemisphäre einsetzenden Sommer in der Hochatmosphäre, also hunderte von Kilometren oberhalb der das große Hexagon bildenden Wolken in der Stratosphäre des Planeten befindet.

„Die Seiten dieses neuentdeckten Wirbels erscheinen ebenso hexagonal (sechsseitig) wie jene des großen Hexagons, das wir in der tieferen Atmosphäre beobachten können“, berichten Leigh Fletcher von der University of Leicester und Kollegen aktuell im Fachjournal „Nature Communications“ (DOI: 10.1038/s41467-018-06017-3).

Obwohl die Wissenschaftler schon zuvor damit gerechnet hatten, mit steigenden Temperaturen auch hier einen Wirbel beobachten zu können, waren sie von der ebenfalls sechsseitigen Ausformung doch überrascht:

„Entweder hat sich hier ebenso spontan ein identisches Wirbelhexagon in zwei völlig unterschiedlichen Höhen gebildet – eine in den oberhalb der Wolken und eines in der Stratosphäre, oder diese Hexagone sind in Wirklichkeit eine gewaltige Struktur, die mehrere hundert Kilometer in emporragt“, so Fletcher.

Hintergrund
Da ein Saturn-Jahr knapp 30 Erdenjahre lang dauert, setzte der nördliche Saturn-Sommer erst 2009 ein, woraufhin sich die nördliche Hemisphäre des Saturn seither nach und nach erwärmt.

Die Beobachtungen zeigen, dass sich die beiden Saturnpole sehr unterschiedlich verhalten: „So gab es während des südlichen Sommers weder in den dichten Wolkenschichten noch in der Stratosphäre einen hexagonal geformten Wirbel über dem Südpol. Der (normale) südliche polare Wirbel ist wärmer und weist eine andere Dynamik auf als sein nördliches Gegenstück.“ Laut den Forschern spricht dies für eine grundlegende (atmosphärische) Asymmetrie zwischen den beiden Polen, die bislang noch kaum erklärt ist.

Sollte sich über den Saturn-Nordpol also tatsächlich eine mehrere hundert Kilometer hohe sechsseitige Wirbelstruktur erheben, müsste man davon ausgehen, dass sich auch die dortigen Windrichtungen mit zunehmender Höhe kaum ändern. Die Beobachtung wiederspricht auch atmosphärischen Modellen, wonach sich Wellen wie jene des großen Hexagons eigentlich nicht nach oben fortsetzten und eigentlich auf ihren Ausgangshöhen verharren sollten.


Das Wolken-Sechseck in der unteren Saturn-Atmosphäre. Copyright: NASA/JPL-Caltech/SSI

„Ein Weg, wie sich diese ‚Wellen-Information‘ nach oben fortsetzten könnte, wäre der Prozess der sog. Dahinschwindens (evanescence). Hierbei verliert sich die Stärke einer solchen Welle mit zunehmender Höhe, ist aber gerade noch stark genug, um sich in der Stratosphäre abzuzeichnen“, vermutet Fletcher und fügt abschließend hinzu:

„Wir müssen einfach noch sehr viel mehr über den Saturn lernen. Tatsächlich ist es derzeit recht frustrierend, dass wir diese Struktur erst gen Ende der Cassini-Mission entdecken konnten.“

Von einem besseren Verständnis der Saturn-Hexagone und der Frage, wie diese ihre Form beibehalten können, erhoffen sich Wissenschaftler auch weitere Erkenntnisse darüber, wie Phänomene innerhalb der tieferen Saturn-Atmosphäre die oberen Schichten beeinflussen können und wie Energie innerhalb der planetaren Atmosphäre verteilt wird.

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Cassinis letzter Blick auf die nördlichen Meere und Seen auf Titan:


Mosaik der letzten Ansichten der nördlichen Titan-Oberfläche durch die Bordkamera der „Cassini“-Sonde vom 11. September 2017. Klicken Sie auf die Bildmitte, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/SSI
Pasadena (USA) – Vier Tage, bevor sie am 15. September 2017 absichtlich und gezielt in die Atmosphäre des Saturns gelenkt wurde, wo sie verglühte, nahm die NASA-Sonde „Cassini“ noch einmal den größten Saturnmond Titan ins Visier. Die jetzt veröffentlichten Aufnahmen zeigen den letzten Blick Cassinis auf die Landschaft der nördlichen Polarregion des Mondes mit seinen charakteristischen Meeren und Seen aus flüssigem Methan und Ethan, in denen Wissenschaftler auch Leben nicht ausschließen wollen.

Die Mosaikaufnahme zeigt unter anderem etwa im Zentrum das rund 390 Kilometer durchmessende Punga Mare, darunter das 500 Kilometer breite Ligeia Mare und in der linken Hälfte das rund 1.200 Kilometer ausgedehnte Kraken Mare. Die sich um diese Meere gruppierenden kleineren Seen sind in der rechten Bildhälfte zu sehen.

Die jetzt zum hier gezeigten Mosaik zusammengesetzten Bilder wurden mit der ISS-Engwinkelkamera an Bord der Sonde mit einem Spektralfilter für Licht im nahen Infrarotbereich (bei 938 Nanometer) aufgenommen. Sie zeigen die Oberflächenmerkmale in einer Distanz von ca. 140.000 Kilometern und damit in einer Auflösung von 800 Metern pro Pixel.

Das Mosaik stellt eine orthografische Projektion mit dem Mittelpunkt bei 67.19 Grad nördlicher Breite und 212.67 westlicher Länge dar. Es zeigt die Region also in etwa so, wie sie ein Betrachter mit einem Teleskop aus der Ferne sehen würde.

Neben dem immer noch unbeantworteten Fragen darüber, wie die Seen einst entstanden, stellt auch das Titan-Wetter die Wissenschaftler noch immer vor viele Rätsel. Tatsächlich ist Titan mit seinem Kreislauf aus den flüssigen Kohlenwasserstoffen Methan und Ethan der einzige bekannte Himmelskörper neben der Erde, auf dem es in unserem Sonnensystem einen Flüssigkeitskreislauf von Verdunstung, Wolkenbildung, Regen und Schnee, Abfluss in Form von Flüssen und der erneuten Ansammlung der Flüssigkeiten in Seen und Meeres gibt.

Während des Titan-Sommers über der südlichen Hemisphäre, beobachtete Cassini bereits Wolkenaktivität über dem Südpol des Saturnmondes (siehe: PIA06112 und PIA06109). Dennoch zeigten die typischen Cassini-Aufnahmen während des nördlichen Titan-Frühlings und -Sommer nur wenige kleinere Wolken, die sich auf dem jetzt veröffentlichten Mosaik (s. Abb.) als helle Strukturen unterhalb der Mitte des Mosaik und über dem Ligeia Mare.

„Zuvor hatten wir eine größere Symmetrie zwischen dem nördlichen und südlichen Sommer erwartet“, berichtet Elizabeth Turtle vom Johns Hopkins Applied Physics Lab und dem Cassini Imaging Science Subsystem (ISS) der NASA und führt weiter aus: „Jetzt aber sehen wir nur weniger bis keine der vorhergesagten atmosphärischen Sommerwolken über den nördlichen Breiten und das schon seit Jahren. Der Umstand, dass diese bis zum Ende der Mission also immer noch nicht erschienen sind, liefert uns einige interessante Informationen über den Methan-Ethan-Kreislauf und das Wetter auf Titan.“

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Sandstürme auf Saturnmond Titan:


Künstlerische Darstellung eines Sandsturms auf dem Saturnmond Titan (Illu.).
Copyright: IPGP/Labex UnivEarthS/Université Paris Diderot – C. Epitalon & S. Rodriguez
Paris (Frankreich) – Daten der Saturnsonde „Cassini“ zeigen erstmals, dass auch auf dem Saturnmond Titan Sandstürme toben. Damit ist Titan neben der Erde und dem Mars erst der dritte Himmelskörper im Sonnensystem auf dem derartige Stürme beobachtet werden konnten.

Wie das Team um Sebastien Rodriguez von der Université Paris Diderot aktuell im Fachjournal „Nature Geoscience“ (DOI: 10.1038/s41561-018-0233-2) berichtet, hilft die Beobachtung dabei, die faszinierende und dynamische Umgebung auf dem größten Saturntrabanten besser zu verstehen, wie er vielen Astrobiologen nicht nur als Modell der jungen Erde, sondern auch als einer der hoffnungsvollsten Kandidaten als Heimatwelt für außerirdisches Leben im Sonnensystem gilt.

„Titan ist ein sehr aktiver Mond. Wir wissen bereits, dass er über eine sehr aktive Geologie und einen exotischen Flüssigkeitskreislauf aus Kohlenwasserstoffen verfügt“, erläutert Rodriguez. Jetzt können wir noch eine weitere Analogie zu Erde und Mars hinzufügen: einen aktiven Sand- und Staubkreislauf, innerhalb dessen organischer Staub und Sand von den großen Dünenfeldern rund um den Titan-Äquator aufgenommen und emporgewirbelt wird.“

Hintergrund
Mit seinem Kreislauf aus den flüssigen Kohlenwasserstoffen Methan und Ethan ist Titan der einzige bekannte Himmelskörper neben der Erde, auf dem es in unserem Sonnensystem einen Flüssigkeitskreislauf von Verdunstung, Wolkenbildung, Regen und Schnee, Abfluss in Form von Flüssen und der erneuten Ansammlung der Flüssigkeiten in Seen und Meeren gibt.

Ebenfalls ähnlich wie auf der Erde, variiert das Wetter auf Titan mit den jeweiligen Jahreszeiten. Besonders rund um die Tagundnachtgleiche, wenn die Sonne den Titanäquator überquert, bilden sich gerade in den tropischen Regionen gewaltige Wolken und Methan-Stürme.


Die Animation aus Einzelaufnahmen (siehe u.) basiert auf Aufnahmen des Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) an Bord der NASA-Sonde „Cassini“, die den Titan 2009 und 2010 mehrmals passierte. Die hellen Flecken interpretieren Wissenschaftler als Belege für Sandstürme auf dem Saturnmond.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Université Paris Diderot/IPGP/S. Rodriguez et al. 2018

Als Rodriguez und Kollegen erstmals drei ungewöhnlich helle Flecken in der Äquatorregion auf den Infrarotaufnahmen von Cassini während der Tagundnachtgleiche 2009 entdeckten, vermuteten sie noch, dass es sich auch um Wolken aus Methan handele. Eine genauere Analyse der Daten zeigte dann aber, dass es sich um etwas ganz anderes handelte: „Basierend auf dem, was wir über die Wolkenbildung auf Titan wissen, können wir sagen, dass es zu dieser Jahreszeit physikalisch nicht möglich ist, dass sich solche ‚Wolken‘, wie sie die Aufnahmen auf etwas 10 Kilometern zeigten, bilden.“
Die Forscher konnten zudem ausschließen, dass es sich bei den hellen Flecken nicht um Merkmale an der Titanoberfläche handelte – etwa eine Form gefrorenen Methanregens oder Eis-Lava: „Solche Merkmale würden dann eine ganz andere chemische Signatur aufweisen und wären deutlich länger sichtbar gewesen, als jene 11 Stunden bis fünf Wochen, während derer wir die fraglichen hellen Flecken sehen konnten.“

Hinzu zeigen Modellberechnungen der hellen Flecken, dass es sich zwar um atmosphärische Erscheinungen handeln muss, diese sich aber in relativer Nähe zur Oberfläche befanden.

Die wahrscheinlichste Erklärung für die hellen Flecken stellt demnach die Vorstellung einer dünnen atmosphärischen Schicht aus kleinsten, festen organischen Partikeln dar, wie sie auch durch dem Umstand gestützt wird, dass sie sich unmittelbar über den Dünenfeldern rund um den Titan-Äquator gebildet hatten: also Sandstürme.


Die Zusammenstellung der Einzelaufnahmen der Cassini-Vorbeiflüge am Titan 2009 und 2010 zeigt drei Mal die fraglichen hellen Flecken über den äquatorialen Dünenfeldern des Saturntrabanten.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/Université of Arizona/University Paris Diderot/IPGP/S. Rodriguez et al. 2018

Die Sandstürme selbst bilden sich demnach, wenn durch die Wechselwirkung zwischen dem Sonnenlicht und dem reichlich auf Titan vorhandenen Methan organische Moleküle groß genug anwachsen und auf die Oberfläche fallen.

Auch wenn es sich nun um den ersten Nachweis für derartige Stürme auf Titan handele, so sei die Tatsache, dass es sie gibt, keine wirkliche Überraschung: „Wir glauben, dass schon die Huygens-Sonde, die 2005 auf der Titanoberfläche landete, bei ihrer Landung geringe Mengen organischen Sandes aufgewirbelt hatte. Was wir aber auf den Cassini-Aufnahmen sehen, ist deutlich weitflächiger. Die hierzu notwendigen Winde in Bodennähe müssen schon Sturmstärke aufweisen, um genügend Material aufwirbeln zu können – etwa fünf Mal so stark wie sie sonstigen durchschnittlichen Oberflächenwinde, wie sie von Huygens gemessen wurden.“

Die Existenz derartig starker Winde, wie sie solch gewaltige Sandstürme aufwirbeln können legt des Weiteren nahe, dass Sand und Staub auch heute noch in Bewegung geraten und die gewaltigen Dünen auf Titan immer noch aktiv und im Wandel begriffen sind. Die beschriebenen Winde könnten demnach also Staub und Sand von den Dünen über große Distanzen transportieren und auf diese Weise zum globalen Kreislauf organischen Sandes auf Titan beitragen und so ähnliche Effekte auslösen wie sie auch auf Erde und Mars zu beobachten sind.

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