Die Cassini-Sonde lieferte neue Informationen über die Saturnmonde. Im subglazialen Ozean von Enceladus, dem Saturnmond, wurden viele organische Verbindungen entdeckt, die an der Synthese von Proteinen und DNA beteiligt sind. Dies ist der „Ursuppe“, die vor Milliarden von Jahren auf der Erde existierte, sehr ähnlich. Möglicherweise gibt es Leben auf einem fernen, eisigen Planeten am Rande des Sonnensystems. Saturn hat 146 Monde, die meisten im Sonnensystem. Der größte, Titan, galt lange Zeit als der interessanteste. Der Huygens-Lander wurde 2005 im Rahmen der Cassini-Mission dorthin geschickt. Hinter der dichten Atmosphäre sah die Sonde eine leblose, kalte Welt, eingehüllt in Smog, mit Meeren und Seen aus Methan. Einige Hinweise deuten darauf hin, dass sich unter der Oberfläche ein Ozean befindet.
Enceladus
Enceladus reflektiert das Sonnenlicht gut und ist daher mit Eis bedeckt. Sein Durchmesser beträgt etwa fünfhundert Kilometer. Es wurde angenommen, dass die Eingeweide des Satelliten schon vor langer Zeit abgekühlt waren – es gab keine Vulkane oder Bewegungen tektonischer Platten. Allerdings waren die Schätzungen zum Alter der Oberfläche verwirrend – weniger als eine Million Jahre, zu jung. Während sie sich dem Satelliten näherte, registrierte die Raumsonde Cassini mächtige Geysire im Bereich des Südpols, die Dutzende Kilometer in die Höhe schoss. Das sorgte für Aufsehen. In den Emissionen wurden Wasserdampf, Eiskörner und Kohlenwasserstoffe gefunden. Daraus schlossen sie: Unten gibt es einen flüssigen Ozean. Und die Tiefen sind nicht abgekühlt.
Wie sich herausstellt, ist Enceladus die größte Wasserquelle im Saturnsystem. Geysire bildeten seinen äußeren Ring E. Der Gürtel aus Eiskristallen um den Planeten wurde vom Weltraumobservatorium Herschel im Submillimeterbereich untersucht. Jüngste Beobachtungen mit dem Nahinfrarotspektrometer des James Webb-Teleskops haben dabei geholfen, die gasförmige Wasserwolke von Enceladus zu kartieren. Die Freisetzungsrate beträgt 300 Kilogramm Substanz pro Sekunde. Da sich der Satellit sehr schnell um den Planeten dreht (eine Umdrehung pro 1,37 Erdentage), bleibt eine Wasserdampfwolke in der Umlaufbahn und schließt sich zu einem Ring. Es wird geschätzt, dass es bis zu 32 Prozent der H2O-Emissionen ausmacht. Der Rest, so glauben die Forscher, verteilt sich über das gesamte Saturnsystem.
Außen ist Enceladus von einer 30 Kilometer dicken Eisschale am Äquator und zehn Kilometern Dicke am Südpol bedeckt. Auf der Nordhalbkugel ist das Eis dicker. Dies zeigt seinen Fluss von den Polen zum Äquator an. Unter der Eisschale befindet sich ein 40 Kilometer tiefer globaler Ozean, der einen festen Silikatkern umgibt. Es wird angenommen, dass es porös ist, was die geringe Dichte von Enceladus erklärt. Wo der Ozean den Kern berührt, kommt es zu hydrothermaler Aktivität, wobei das Gestein mit Salzwasser reagiert. Das Gleiche geschieht auf der Erde, in den Tiefseeteilen des Weltozeans, entlang der Linie der mittelozeanischen Rücken.
Wärme wird auch durch Libration erzeugt – das Wackeln des Satelliten aufgrund der Orbitalresonanz. Vielleicht trägt auch der Kern selbst, sein Kern, dazu bei. Wie die Wärmeenergie zwischen den Schalen von Enceladus umverteilt wird, ist unklar. Zu den Hauptfaktoren gehört der Salzgehalt des Wassers. Es wird angenommen, dass die Menge gering ist und zwischen zwei und vierzig Gramm pro Kilogramm Wasser liegt. Zum Vergleich: In den Ozeanen der Erde gibt es etwa 33. Laut Modellierung wird die Erwärmung durch die Gletschertopographie und den Salzgehalt bestimmt.
Cassinis direkte Proben und andere Methoden, einschließlich Beobachtungen während Finsternissen und Bedeckungen, zeigten, dass Geysire am Südpol von Enceladus in Höhen von 15 bis 40 Kilometern ausbrechen. Bei hohen Durchflussraten werden komplexe organische Stoffe zerstört. Doch kürzlich haben Wissenschaftler aus den USA experimentell nachgewiesen, dass Aminosäuren auch bei 4,2 Kilometern pro Sekunde erhalten bleiben. In Geysirproben und -spektren wurden mehrere organische Verbindungen und einfache Moleküle identifiziert, die jedoch für die Synthese von Leben notwendig sind, wie Stickstoff, Kohlenstoff und Stickstoff.
Dutzende Kilometer hohe Geysire brechen aus Rissen am Südpol von Enceladus aus. In ihnen wurde eine Vielzahl organischer Verbindungen gefunden. Der Beschuss der Oberfläche mit Elektronen erleichtert die Synthese von Oxidationsmitteln und Rohstoffen für Präbiotika.
Ein internationales Wissenschaftlerteam analysierte Daten über Eiskörner, die Cassini während seines Fluges durch den E-Ring gesammelt hatte. In Eispartikeln der dritten Art, mit einem höheren Gehalt an Natrium- und Kaliumsalzen, fanden sie Phosphate – notwendig für die Synthese biologischer Makromoleküle wie DNA, RNA, Proteine. Das ist unerwartet; dies wurde noch nie zuvor in fremden Ozeanen entdeckt. Die erstaunlichen Entdeckungen waren damit noch nicht zu Ende. Kürzlich wurde in Nature Astronomy ein Artikel veröffentlicht, in dem die Autoren versuchten, die im Ozean enthaltenen Stoffe zu bestimmen.
Basierend auf Daten von Cassinis Vorbeiflug in geringer Höhe in den Jahren 2011–2012 und kürzlich veröffentlichten Beobachtungen des INMS-Instruments – einem Ionen- und Neutralmassenspektrometer – wurde eine Bibliothek von Spektren organischer Verbindungen zusammengestellt. Wir haben die Ergebnisse von Laborexperimenten hinzugefügt, um eisige Welten mit Ozeanen zu simulieren. Und sie scannten Dutzende Milliarden möglicher Modelle der Geysirzusammensetzung. Es stellte sich heraus, dass die Zusammensetzung von 10-15 Verbindungen optimal ist. Neben dem bisher bekannten H2O, CO2, CH4 und NH3 enthält es zuverlässig HCN, C2H2, C3H6, CO und höchstwahrscheinlich C2H6 (Ethan). Alkohole und molekularer Sauerstoff, Argon-40 sind möglich. 43 Fragmente konnten nicht identifiziert werden.
Diagramm der Entstehung von Enceladus-Geysiren. Sie sind den Hydrothermen des Weltozeans sehr ähnlich. Wärmeenergie entsteht durch Gezeitenkräfte
Dies weist auf die reiche chemische Vielfalt des Ozeans auf Enceladus hin und weist darauf hin, dass sich dort Bedingungen für die Synthese komplexer organischer Materie, einschließlich der Bausteine lebender Materie, gebildet haben. Für die chemische Entwicklung, die zur Entstehung von Leben führt, ist die Zusammensetzung des Meeresbodens äußerst wichtig, über die noch keine Informationen vorliegen. Aber die bereits etablierten Fakten reichen aus, um Enceladus zu einem vorrangigen Ziel für Astrobiologen zu machen.
Wie sich herausstellte, verfügt Enceladus über einen Silikatkern – eine Wärmequelle aufgrund des Gravitationseinflusses des Planeten, während sich der Satellit im Orbit bewegt, was die hydrothermale Aktivität im Ozean ankurbelt. In Geysiren wurde molekularer Wasserstoff gefunden, der als Energielieferant für das geochemische System fungiert. Dieser Ozean hat ein terrestrisches Gegenstück – den extrem salzigen Mono Lake in Kalifornien, wo die Bedingungen sehr hart sind, aber dort immer noch einige Bakterien leben.
Somit trafen auf Enceladus unerwartet drei Bedingungen für die Entstehung von Leben zusammen: flüssiges Wasser, eine vielfältige chemische Zusammensetzung des Ozeans mit organischer Substanz und Energiequellen – molekularer Wasserstoff und hydrothermale Quellen auf der Oberfläche des Satellitenkerns. Die Entwicklung des Lebens, wie wir es kennen, erfordert jedoch einen langen Zeitraum und die Stabilität des gesamten Systems.
Einer Version zufolge ist der Ozean auf Enceladus mehr als vier Milliarden Jahre alt. Die Wärme dafür liefert der Untergrund, der durch radioaktiven Zerfall noch aktiv ist. Das Problem ist, dass der Körper klein ist und ziemlich schnell abgekühlt und gefroren sein sollte. Es würde ein katastrophales Ereignis erfordern, etwa eine Kollision mit einem großen Asteroiden, um es wieder zu aktivieren. Wenn es vor langer Zeit passiert wäre, hätte das Leben Zeit gehabt, zu entstehen.
Katastrophale Hypothese über die Entstehung des Ozeans auf Enceladus
Amanda R. Hendrix vom US Planetary Science Institute und Christopher H. House von der Pennsylvania State University beschlossen, die Auswirkungen zu bewerten, wenn organische Moleküle auf der Oberfläche von Enceladus ultravioletter Strahlung und geladenen Teilchen unterschiedlicher Energie aus der Magnetosphäre des Saturn ausgesetzt werden. Dies ist wichtig für die Planung künftiger Forschungsfahrzeuge, die Materieproben von Enceladus entnehmen könnten, um deren Zusammensetzung, einschließlich der Zusammensetzung des Ozeans, zu beurteilen, da sich Partikel der ausgestoßenen Wolken auf der Oberfläche des Satelliten ablagern. Wissenschaftler nutzten Beobachtungsdaten der Cassini-Station und des Hubble-Teleskops.
Organische Moleküle können durch Photolyse zerstört werden; insbesondere im Fall von Aminosäuren sind die Hauptabbauwege Decarboxylierung und Desaminierung. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass im Fall des Enceladus-Äquators die Halbwertszeit für Glycin etwa 10 Jahre und für Phenylalanin weniger als 4 Jahre betragen würde. Viele wichtige präbiotische und biologische Moleküle sind jedoch deutlich resistenter gegen ultraviolettes Licht als Aminosäuren wie Purine und Harnstoff.
Ring
Im Fall der äquatorialen Regionen von Enceladus wird der Elektronenbeschuss der ersten paar Zentimeter der Oberfläche eine wichtige Rolle spielen, obwohl das Ausmaß der Flüsse im Vergleich zu Jupitermond Europa oder Saturnmond Mimas geringer sein wird. In höheren Breiten, insbesondere im Süden, werden diese Effekte schwächer ausfallen.
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass in den südlichen Regionen, in denen es zu einer aktiven Ablagerung von Auswurfpartikeln auf der Oberfläche von Enceladus kommt, zuvor gefallene Körner unter einer Schicht neuer Partikel begraben werden, wodurch die ultraviolette Strahlung der Sonne mit a interagiert Schicht etwa einhundert Mikrometer dick. Für Regionen mit geringeren Partikelablagerungsraten (etwa 10-4 Millimeter pro Jahr) kann das effektive Alter der Oberfläche mehr als tausend Jahre betragen, und für Regionen in Breitengraden südlich von 40 Grad südlicher Breite wird das Alter weniger als hundert Jahre betragen. So ist es in den gemäßigten südlichen Breiten möglich, Regolithproben aus dem Ozean zu sammeln, die ursprüngliches organisches Material enthalten.
© Фото : NASA, ESA, JPL, SSI, Cassini
Die „Tigerstreifen“ auf der Oberfläche des Saturnmondes Enceladus machen ihn anders als alle anderen Planetenkörper im Sonnensystem
Mimas
Europäische und chinesische Planetenforscher haben in Daten der Cassini-Sonde Hinweise darauf gefunden, dass sich in einer Tiefe von 20 bis 30 km unter der eisigen Oberfläche von Mimas, dem nächsten Saturnmond, ein subglazialer Ozean befindet. Auf der Oberfläche dieses Mondes fehlen immer noch Spuren seiner Existenz, da dieser Ozean vor weniger als 25 Millionen Jahren entstanden ist, schreiben Wissenschaftler in einem Artikel in der Zeitschrift Nature.
„Die wichtigste Entdeckung ist die Entdeckung bewohnbarer Bedingungen auf einem Objekt im Sonnensystem, von dem wir niemals erwarten würden, dass es flüssiges Wasser gibt. Es ist wirklich erstaunlich. Astronomen haben herausgefunden, dass der winzige Saturnmond Mimas möglicherweise einen verborgenen flüssigen Ozean unter seiner dicken Eishülle enthält und daher möglicherweise bewohnbare Bedingungen aufweist.
„Wir haben Daten von Cassini verwendet, um im Detail zu analysieren, wie sich Mimas auf seiner Umlaufbahn bewegt. Diese Berechnungen zeigten, dass unter der kraterübersäten Oberfläche dieses Saturnmondes in einer Tiefe von 20 bis 30 km ein globaler subglazialer Ozean liegt. Er entstand vor relativ kurzer Zeit.“ , vor weniger als 25 Millionen Jahren, weshalb es auf der Oberfläche von Mimas noch keine Spuren seiner Existenz gibt“, heißt es in der Studie.
Die Entdeckung verändert die Vorstellungen darüber, was ein Ozeanmond sein könnte, radikal und könnte letztendlich die Suche nach außerirdischem Leben auf den Monden des Sonnensystems neu definieren. Mimas wurde „Todesstern“ genannt, weil sein großer Krater (der riesige 140 Kilometer große Herschel-Krater) der imperialen Raumstation aus „Star Wars“ ähnelt, aber nicht wie ein Körper aussieht, auf dem Wissenschaftler einen Ozean erwarten würden. Es wurde immer angenommen, dass er einer so großen Flüssigkeitsmenge überhaupt nicht standhalten konnte.
Eine Gruppe europäischer und chinesischer Astronomen unter der Leitung von Valerie Laini, einer Forscherin an der Universität Paris (Frankreich), kam bei der Untersuchung von Daten über die Bewegung der Saturnmonde, die von der interplanetaren Station Cassini gesammelt wurden, zu dem Schluss, dass es einen subglazialen Ozean gibt 2004 bis 2017. Wissenschaftler interessierten sich für die sogenannten Librationen von Mimas, periodische Verzögerungen und Beschleunigungen seiner Rotation sowie Verschiebungen der Position seiner Umlaufbahn.
Wie Planetologen erklären, spiegeln die Stärke und die Tatsache des Vorhandenseins solcher Verschiebungen in der Art der Rotation und der Position der Umlaufbahn die innere Struktur der Planeten wider, einschließlich der ungleichmäßigen Natur der Materieverteilung in ihren Tiefen und ihrer Präsenz von darin verborgenen Reservoirs flüssiger Materie. Basierend auf dieser Überlegung verwendeten Wissenschaftler Daten von Cassini, um die Machbarkeit verschiedener Modelle der Struktur des Inneren von Mimas zu bewerten.
Diese Berechnungen zeigten, dass sich im Inneren von Mimas in sehr großen Tiefen ein globaler subglazialer Ozean befindet, der sich kosmisch betrachtet vor wenigen Augenblicken, also vor weniger als 25 Millionen Jahren, gebildet hat. Es wächst weiter und verändert seine Eigenschaften – seine obere Grenze verschiebt sich allmählich nach oben und erst vor kurzem, vor etwa 2–3 Millionen Jahren, erreichte es 20–30 km von der Oberfläche von Mimas entfernt.
Letzteres erklärt, wie Wissenschaftler erklären, warum der Oberfläche von Mimas die charakteristischen Falten, Risse und Spuren der Existenz von Geysiren fehlen, die auf Europa und Enceladus zu finden sind. Diese Strukturen hatten einfach noch keine Zeit, sich auf Saturns nächstgelegenem Satelliten zu bilden, da sein subglazialer Ozean erst seit kurzer Zeit existiert und er gleichzeitig erst vor kurzem oberflächennahe Eisablagerungen erreicht hat, kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss.
Bereits 2014 stellten Astronomen fest, dass Mimas eine andere Umlaufbahn hatte als ein kleiner Planet, der vollständig aus fester Materie besteht. Dies führte zu vielen Kontroversen darüber, ob es in seinen Tiefen einen subglazialen Ozean gibt. In der Vergangenheit bezweifelten die meisten Wissenschaftler dies, da das Vorhandensein eines solchen Gewässers im Inneren dieses Saturnmondes zur Bildung sichtbarer Störungen und Falten auf seiner Oberfläche führen würde, ähnlich denen, die auf der Oberfläche Europas zu finden sind. ein Mond des Jupiter.
Ein kurzer Überblick über die interessantesten Satelliten des Saturn
Unter den Planeten des Sonnensystems hat Saturn die meisten Satelliten – 82. Jupiter hat 79, Uranus und Neptun haben Dutzende, sie wurden von der Raumsonde Voyager entdeckt. Dabei handelt es sich nicht um endgültige Ergebnisse; sie werden mit der Verbesserung der Beobachtungstechniken zunehmen. Jeder Saturnmond hat sehr ungewöhnliche Eigenschaften. Auf Mimas gibt es beispielsweise einen riesigen Krater mit einer Größe von 139 Kilometern, während der Durchmesser des Satelliten selbst nur 400 Kilometer beträgt.
Es ist klar, dass der Satellit mit einem großen Asteroiden kollidierte. Dione verfügt möglicherweise über einen unterirdischen Ozean in einer Tiefe von 100 Kilometern und ist damit der dritte Planet mit einem Ozean im Saturnsystem. Rhea, der zweitgrößte Mond, verfügt möglicherweise über ein eigenes Ringsystem. Im Gegensatz zu Jupiter, der vier große innere Monde hat, hat Saturn nur einen großen: Titan. Der Rest ist um ein Vielfaches kleiner. Der Zusammensetzung nach handelt es sich um eisige Felsblöcke.
Saturn hat zwei Arten von Satelliten: regelmäßige und unregelmäßige. Der erste bildete zusammen mit dem Planeten aus dem Saturnteil den protosolaren Nebel. Es gibt mehr als zwanzig davon, sie drehen sich auf Kreisbahnen, viele haben eine Kugelform. Ihre Substanz durchlief die Differenzierungsphase und schwere Elemente gelangten in den Kern. Diese sind Milliarden Jahre alt, daher sind solche Satelliten genauso alt wie der Planet. Unregelmäßige Satelliten kreisen auf stark elliptischen Bahnen. Dabei handelt es sich tatsächlich um kleine Körper mit unregelmäßiger Form – Asteroiden, die zu unterschiedlichen Zeiten vom Gravitationsfeld des Saturn eingefangen wurden. Der Durchmesser beträgt in der Regel nicht mehr als zehn Kilometer.
© NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / Paolo Sartorio
Umlaufbahnen der neuen zwanzig Satelliten des Saturn. Einige von ihnen sind retrograd, das heißt, sie bewegen sich entgegen der Bewegungsrichtung des Planeten.
Saturn ist neun Astronomische Einheiten von der Erde entfernt – das ist eine riesige Entfernung. Selbst mit aktuellen Teleskopen ist es ziemlich schwierig, kleine Körper am Rande seines Systems zu erkennen. Zwanzig Neumonde, deren Entdeckung am 8. Oktober von Wissenschaftlern der Carnegie University (USA) bekannt gegeben wurde, haben einen Durchmesser von nur fünf Kilometern. Sie vollenden in zwei bis drei Jahren eine Revolution um den Planeten. Saturn ist 95-mal schwerer als die Erde und so groß, dass seine Monde zusammen nur ein Tropfen auf den heißen Stein sind. Unglaubliche Ringe mit einem Durchmesser von 250.000 Kilometern erwiesen sich ebenfalls als nicht massiv. Nach neuesten Schätzungen beträgt seine Masse etwas weniger als die Hälfte der Masse des dem Planeten am nächsten gelegenen regulären Satelliten, Mimas.
Der interessanteste Satellit des Saturn ist Titan. Der zweitgrößte im Sonnensystem und der einzige mit einer dichten Atmosphäre. Es ist anderthalbmal dichter als auf der Erde und besteht ebenfalls aus molekularem Stickstoff. Titan ist in einen ständigen photochemischen Dunst gehüllt, im Wesentlichen Smog, der es schwierig macht, ihn mit Teleskopen zu untersuchen. Deshalb brachte die Cassini-Mission den Huygens-Lander dorthin, und wir sahen zum ersten Mal seine Oberfläche und maßen atmosphärische Parameter. Eine wichtige Rolle bei der Erforschung von Titan spielte das Radar der Raumsonde Cassini, das das Relief und die physikalischen Eigenschaften der Oberfläche durch die Wolken hindurch scannte. Plötzlich stellte sich heraus, dass es im Bereich des Nordpols Meere und Seen gibt. Nur sie bestehen aus Methan.
Titan ist Saturns größter Mond. Der zweite kosmische Körper nach der Erde mit dichter Atmosphäre und flüssigen Strukturen auf der Oberfläche
Das Saturnsystem erhält von der Sonne hundertmal weniger Energie als die Erde. Deshalb sind alle seine Welten eisig. Auf der Oberfläche von Titan herrschen etwa minus 170 Grad Celsius, es gibt nur Kohlenwasserstoffe in flüssigem Zustand. Wissenschaftler vermuten, dass sich unter der eisigen Hülle des Titanen in einer Tiefe von etwa hundert Kilometern ein Ozean aus flüssigem Wasser befindet. Dies wird durch einige Merkmale der Schwingungen des Satelliten während seiner Umlaufbewegung angezeigt.
