Naar de content

Warmte in de diepzee van Saturnusmaan Enceladus

Hydrothermale bronnen kunnen micro-organismen van energie voorzien

NASA, vrijgegeven in het publiek domein via Wikimedia Commons.

Het lijkt een stijf bevroren witte knikker in de ruimte. Saturnusmaan Enceladus is van boven tot onder bedekt met een kilometers dikke ijslaag. Toch heeft ruimtevaartorganisatie NASA onder dat dikke pak ijs nu sporen gevonden van een mechanisme dat waterstof creëert in een enorme ondergrondse oceaan. Het kan bijna niet anders of er zijn warmtebronnen aan het werk.

De ontstaansgeschiedenis van de opmerkelijke ‘tijgerstrepen’

Sinds de eerste detailrijke foto’s die ruimtesonde Cassini van de relatief kleine ijsmaan Enceladus nam verbazen wetenschappers zich over vier lange barsten in het ijs op de zuidpool. Ze zijn ruim honderd kilometer lang en lopen parallel van elkaar, steeds op een afstand van zo’n 35 kilometer. Ze werden al snel de tijgerstrepen van Enceladus genoemd, maar niemand had een verklaring voor het ontstaan van de barsten.

Wetenschappers melden op 9 december 2019 in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Astronomy dat ze een verklarend model hebben. Het begint met de sterke zwaartekrachtinvloed van Saturnus. De grote planeet trekt als het ware continu aan de maan, waardoor er op de zuidpool een lange barst in het ijs ontstond. Computermodellen laten zien dat water dat door deze barst spuit vervolgens op het naastgelegen ijs terecht komt en door het gewicht voor parallelle barsten zorgt.

Het door de barsten opspuitende water gaf wetenschappers al eerder de mogelijkheid om de vloeibare oceaan onder het ijs te onderzoeken. Tijdens de meerdere duikvluchten door de geiserpluimen van Enceladus heeft ruimtesonde Cassini de afgelopen jaren sporen van relatief grote organische moleculen gevonden. Dat schrijven wetenschappers op 27 juni 2018 in het wetenschappelijk tijdschrift Nature. Zogenoemde massaspectrometers aan boord detecteerden moleculen met een molecuulmassa van meer dan 200 u, die waarschijnlijk zijn opgebouwd uit koolstof en waterstof.

Op aarde is het leven opgebouwd uit complexe organische verbindingen. Deze ontdekking betekent niet dat er ook leven op Enceladus is. Maar samen met de eerdere ontdekking dat er waarschijnlijk warmtebronnen in de diepzee van de maan zitten, maakt het Enceladus een van de beste plekken om te zoeken naar buitenaards leven.

In de nadagen van haar carrière richtte ruimtesonde Cassini de aandacht nog eens op Enceladus, het mysterieuze ijsmaantje van Saturnus. Het vijfhonderd kilometer grootte hemellichaam werd al zo’n twintig keer bezocht door de sonde. Uit die bezoekjes bleek dat er zich onder de ijslaag (twee tot zestig kilometer dik) een vloeibare wateroceaan bevindt. Dat wekt de interesse van wetenschappers die denken dat er misschien wel leven te vinden is.

Graag kijken astronomen daarom ónder het ijs van Enceladus. De maan helpt een beetje, want door barsten in het ijspak ontsnapt op de zuidpool een grote hoeveelheid waterdamp, door geisers die waarschijnlijk putten uit die oceaan. Tijdens een duikvlucht door een geiserpluim in 2015, heeft Cassini naast water ook waterstofgas gemeten. Volgens de Amerikaanse wetenschappers is de kans groot dat het afkomstig is van warmtebronnen diep in de ondergrondse oceaan.

Geisers op Saturnusmaan Enceladus.

 NASA/JPL/Space Science Institute via publiek domein

Naast waterstof werd er ook koolstofdioxide gevonden. De Amerikanen onder leiding van J. Hunter Waite schrijven in het wetenschappelijk tijdschrift Science dat daarmee alle ingrediënten aanwezig zijn voor een proces dat methanogenese heet. Hierbij ontstaat onder invloed van warmte methaan uit waterstof en koolstofdioxide. In de aardse diepzee gebruiken micro-organismen deze chemische reactie om energie uit warmtebronnen te winnen.

Mikken op de pluim

Op 28 oktober 2015 scheerde Cassini op slechts 49 kilometer langs Enceladus. Dit 21e bezoek van de sonde, die al sinds 2004 om Saturnus draait, ging met ruim 30.000 kilometer per uur door een van de pluimen van de geisers op de zuidpool van Enceladus. Daarbij deed zij metingen aan de samenstelling van het gas.

Een zogenoemde massaspectrometer aan boord van Cassini was in staat om verschillende stoffen te identificeren in het geiserspuwsel dat voornamelijk uit water bestaat. Het materiaal bleek 0,4 tot 1,4 procent waterstof (H2) te bevatten en 0,3 tot 0,8 procent koolstofdioxide (CO2).

Vooral het waterstof maakt wetenschappers nieuwsgierig. Op aarde wordt dit geproduceerd in de oceaan, op plekken waar ijzerhoudend gesteente in aanraking komt met warm water, bijvoorbeeld bij zogenoemde hydrothermale bronnen waarbij warm water uit de aardkorst naar boven borrelt. Laat dat nu ook een van de plekken zijn waar het wemelt van micro-organismen die energie uit die warmtebronnen halen.

Warmtebronnen

Het is zeker niet de enige manier waarop waterstof kan ontstaan. In het artikel strepen de onderzoekers een hele lijst aan alternatieve verklaringen voor hun meting door. Zou het waterstof misschien gevangen zijn bij het ontstaan van Enceladus, miljarden jaren geleden? De wetenschappers zeggen dat het waterstof te vluchtig is om zo lang in het ijs te zitten. Ook is Enceladus te licht om voldoende waterstof te hebben aangetrokken.

Het waterstof moet daarom op de maan geproduceerd zijn. Dat kan bijvoorbeeld door energetische straling uit de ruimte of door radioactieve elementen in de kern van het hemellichaam. Ruimtestraling wordt echter uitgesloten omdat er dan meer zuurstof gedetecteerd moet worden. En ook het tweede scenario is onwaarschijnlijk omdat er niet genoeg radioactieve elementen op Enceladus zijn.

De opties die overblijven zijn de productie van waterstof door interacties met gesteente of de afbraak van organische materialen. Beide processen zijn mogelijk onder invloed van warmte, afkomstig uit de kern van Enceladus die opwarmt door de sterke getijdenkrachten van Saturnus.

Een hydrothermale bron op de bodem van een oceaan op aarde. Het is de leefomgeving van bijzondere micro-organismen die hun energie uit de warmte van het water halen.

Wikimedia Commons, NOAA, Public Domain

Teken van leven

Kan de vlag uit? Hebben we tekenen van leven gevonden buiten de aarde? Dat is niet te zeggen. Water én warmte zijn twee voorwaarden voor het leven op aarde, en dat maakt Enceladus in ieder geval een prima plek om te zoeken naar verdere levenstekens. In een bijgaand commentaar in Science merkt Jeffrey Seewald, geoloog gespecialiseerd in hydrothermale bronnen, overigens op dat de aanwezigheid van waterstof juist een teken van géén leven kan zijn. Hij redeneert dat micro-organismen het waterstof in de aardse oceanen snel consumeren voor hun eigen energievoorziening.

Terwijl de Cassini-sonde op 15 september van dit jaar eindigt met een plons in Saturnus, broeden wetenschappers op vervolgmissies die speuren naar tekenen van leven op de ijsmanen van Saturnus en Jupiter. De beste kaarten voor een bezoek in de jaren twintig hebben Enceladus en Jupitermaan Europa, die onder een dikke ijslaag óók een ondergrondse oceaan huisvest.

Wetenschappers denken aan de Enceladus Life Finder (ELF), die met een serie duikvluchten door de pluimen van Enceladus het werk van Cassini overdoet maar gevoeliger is. Spectaculairder zijn de plannen voor Europa waarin NASA op de maan landt om ter plekke monsters te nemen. Misschien weten we dan wel meer over eventuele micro-organismen die in de donkere maar warme diepten baden.

Bron
  • Waite J. et al., Cassini finds molecular hydrogen in the Enceladus plume: Evidence for hydrothermal processes, Science (14 april 2017), DOI:10.1126/science.aai8703
ReactiesReageer