Saturns gefrorener Mond Enceladus beherbergt einen salzigen, flüssigen Ozean unter seiner Kruste und versprüht Proben, als ob Raumfahrer es wagen würden, seine Gletschergüte zu probieren. Genau das wird der Cassini-Orbiter der NASA am 28. Oktober tun. Er taucht so tief wie noch nie in die Flüssigkeitsfahnen ein, die in den Weltraum sprudeln.
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Der Tauchgang durch die Federn bietet einen Einblick in den Inhalt dieses außerirdischen Ozeans - und gibt Hinweise darauf, ob auf dem Meeresboden des eisigen Mondes hydrothermische Quellen aktiv sind. Entscheidend ist, dass Cassini in dieser Woche zum vorletzten Mal Enceladus besucht. Die Astronomen hoffen daher, möglichst viele neue Daten über das wasserreiche Innere zu erhalten.
"Es ist Jahre her, seit wir Enceladus in der Nähe hatten, und wir hatten viel Zeit, uns die Daten anzuschauen", sagt der Cassini-Wissenschaftler Mark Perry vom Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Maryland. "Wir haben viele offene Fragen, und jetzt sind nicht mehr viele Vorbeiflüge übrig, um zu versuchen, sie zu beantworten."
Als die Cassini-Mission 1997 startete, wussten Wissenschaftler bereits, dass Enceladus etwas Seltsames an sich hat. Der Mond war heller als erwartet, wenn man ihn durch ein Teleskop sah, und Bilder von den Voyager-Missionen zeigten eine ungewöhnliche, faltige Oberfläche.
Dann, im Juli 2005, enthüllten Cassinis Bilder eine riesige Wasserdampfwolke über dem Südpol des Mondes, die von hellen Wassereiswolken erzeugt wurde, die von der Oberfläche schossen. Weitere Analysen ergaben, dass die Federn unter der Kruste hervorkommen.
"[Enceladus] sollte vor vier Milliarden Jahren fest gefroren sein!" Sagt Perry. "Auf keinen Fall sollte es Flüssigkeit enthalten, geschweige denn herausspritzen."
Die Quelle der Geysire blieb einige Zeit ein Rätsel. Zuerst dachten die Wissenschaftler, die Geysire könnten aus einem kleinen, unterirdischen Teich stammen. Erst kürzlich halfen die Gravitationsdaten von Cassini den Astronomen festzustellen, dass sich ein flüssiger Ozean unter der Oberfläche des gesamten Mondes befindet.
In diesem Cassini-Bild aus dem Jahr 2010 schießen wässrige Geysire vom Südpol von Enceladus. (NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute) Cassinis früherer Durchgang durch die Federn zeigte, dass sie Salz und organisches Material enthalten - was darauf hindeutet, dass dieser Ozean mögliche Bausteine für das Leben enthält. Und zur Aufregung der Astrobiologen ergab eine kürzlich durchgeführte Staubanalyse in der Umgebung von Saturn, dass ein Partikelstrom aus Enceladus 'Federn winzige silikareiche Körner enthält, die sich wahrscheinlich um hydrothermale Quellen gebildet haben.
Auf der Erde können hydrothermale Quellen im tiefen Ozean ganze Lebensgemeinschaften unterstützen, und sie können sogar einer der Orte sein, an denen sich lebende Organismen zuerst auf unserem Planeten entwickelt haben. Das Bestätigen der hydrothermalen Aktivität auf Enceladus wäre ein starkes Zeichen dafür, dass der kleine Mond derzeit lebensfähige Umgebungen hat.
Perry arbeitet mit dem Ionen- und Neutralmassenspektrometer (INMS), einem der beiden Instrumente, mit denen wichtige Messungen durchgeführt werden, während Cassini diese Woche die Federn durchläuft. Das INMS wird nach Wasserstoffspuren suchen, die tief unter der Oberfläche von Enceladus auftreten.
Früher durchlief die Fahnen den gefundenen Wasserstoff, aber Wissenschaftler konnten noch nicht feststellen, ob er für sich allein existiert oder ob die Entdeckungen auf dem Zerfall von Wassermolekülen beruhen. Für diesen Vorbeiflug befindet sich INMS in einer speziellen offenen Konfiguration, die schließlich aufzeigt, ob der Wasserstoff aus Wechselwirkungen zwischen dem Gestein und der Ozeanschicht an aktiven Entlüftungsöffnungen stammt.
"Es wird ein sehr schöner, einfacher und direkter Test für diese Idee sein, dass möglicherweise nativer Wasserstoff aus Enceladus austritt", sagt Bill McKinnon von der Washington University in St. Louis, ein weiteres Mitglied des INMS-Teams von Cassini.
Eine Abbildung basierend auf Cassini-Daten zeigt, wie die hydrothermale Aktivität auf Enceladus aussehen könnte. (NASA / JPL-Caltech) Darüber hinaus wird Cassinis Cosmic Dust Analyzer während des bevorstehenden Tauchgangs nach organischen Partikeln suchen. Frühere Proben der Federn identifizierten flüchtige Gase und organische Stoffe, jedoch aus größerer Entfernung. Der Tauchgang dieser Woche wird innerhalb von 30 Meilen um die Südpolregion verlaufen, was dem Raumschiff hoffentlich erlauben wird, einige der sperrigeren Partikel zu identifizieren, die schnell zur Oberfläche zurückfallen würden.
"Wirklich der Höhepunkt wird diese tiefe Probenahme der Gas- und Eispartikel sein", sagt die Cassini-Projektwissenschaftlerin Linda Spilker vom Jet Propulsion Laboratory der NASA.
Auf dem Weg zum Planeten wird das Raumschiff auch die Quelle der Federn abbilden, Strukturen, die als Tigerstreifen bezeichnet werden und den Südpol von Enceladus durchschneiden. Die Wissenschaftler sind sich immer noch nicht sicher, ob die Flüssigkeit in einzelnen Düsen, als breite Stoffvorhänge oder als Mischung aus beiden von der Oberfläche sprudelt. Nach dem Passieren der Federn dreht sich das Raumschiff um und fängt sie im Sonnenlicht ein, was möglicherweise zur Lösung dieses Rätsels beiträgt.
Cassini wird nicht mehr viel Zeit haben, um Enceladus zu studieren, da es im Dezember seine letzte Reise um die Welt machen wird. Das Raumschiff selbst ist in ausgezeichnetem Zustand, hat aber fast keinen Treibstoff mehr. Anstatt die Kontrolle zu verlieren und das Fahrzeug in faszinierende Monde wie Enceladus oder den dunstigen Titan stürzen zu lassen, wird Cassini 2017 einen waghalsigen Sprung zwischen die innersten Ringe des Saturn wagen und die obere Atmosphäre des Planeten studieren, bevor er in seine Tiefen verschwindet - eine Handlung, die Spilker "hineingehen" nennt ein Funken Ruhm. "
"Wir haben mit der Cassini-Mission so viel gelernt, dass wir gewissermaßen alle Bücher über die eisigen Monde umgeschrieben haben", sagte Spilker.
Das Ende der Mission bedeutet, dass es Jahre bis Jahrzehnte dauern kann, bis wir uns einen eisigen Mond näher ansehen. Die NASA und die Europäische Weltraumorganisation arbeiten bei der bevorstehenden JUICE-Mission zusammen, um Jupiter und drei seiner Monde zu untersuchen. Der Start ist jedoch erst für 2022 geplant. Und eine NASA-Mission, die Jupiters Mond Europa gewidmet ist, einer weiteren eisigen Welt mit einem unterirdischen Ozean und möglicherweise Federn, ist in Arbeit, würde aber auch erst in den 2020er Jahren starten.
Perry merkt jedoch an, dass alles, was bei Enceladus gelernt wurde, bei Europa weiter verbessert werden sollte, da wir jetzt eine bessere Vorstellung davon haben, wonach wir suchen müssen. Und viele Wissenschaftler hoffen auf eine zukünftige Mission, um Enceladus erneut zu besuchen, diesmal mit Instrumenten, die speziell für seine Feder entwickelt wurden. Eine solche Mission könnte mehrere Vorbeiflüge machen, den Mond umkreisen oder sogar darauf landen und auf der Fülle von Daten aufbauen, die von Cassinis Vorbeiflügen zurückgegeben wurden.
"Es war ein großartiger Erfolg", sagt Francis Nimmo von der University of California in Santa Cruz. "Wer hätte gedacht, dass Enceladus so interessant sein würde, wie es sich herausstellte."
