Enceladus: Cassini finner nya ledtrådar till liv

Tio år gamla data, nya slutsatser

Forskare som arbetar med arkiverade mätningar från NASA’s Cassini-rymdsond har identifierat kemiska fingeravtryck i nyligen utslungade iskorn som tyder på aktiv organisk kemi inuti Saturnus måne Enceladus. Analysen uppvisade molekylfragment – inklusive estrar, etrar, cykliska kolväten och kväve-syrehaltiga föreningar – i material som härstammar direkt från månens hav under ytan, inte från det åldrade stoft som driver runt Saturnus. Dessa mellanprodukter är den typ av molekyler som kemister känner igen som potentiella språngbrädor mot aminosyror och andra biologiskt relevanta föreningar.

Detta fynd kommer från en ny studie som på nytt har undersökt förbiflygningsdata från Cassinis möten med månen och dess plymer. Eftersom de korn som teamet analyserade provtogs precis efter att de slungats ut, bär de på ett mycket mindre förändrat kemiskt register än partiklar som har legat i omloppsbana i åratal och bearbetats av strålning i rymden. Resultatet är en tydligare inblick i den havskemi som sker under Enceladus isiga skorpa.

Varför nyligen utslungade korn spelar roll

När iskorn skjuts ut från utloppsområdet nära Enceladus sydpol faller vissa snabbt tillbaka, medan andra sveps in i Saturnus E-ring, där de kan tillbringa århundraden exponerade för laddade partiklar och ultraviolett ljus. Denna rymdvittring kan bryta ner eller förändra känsliga organiska molekyler, vilket maskerar den ursprungliga kemin. Genom att isolera korn som samlades in kort efter utbrottet minskade forskarna denna osäkerhet och fann molekylfragment som är förenliga med en aktiv, pågående syntes i själva havet under isen, snarare än att vara produkter av processer i rymden.

Trådar från ett energirikt djuphav

Cassinis arv inkluderade redan tre starka ledtrådar om att Enceladus hav inte är en stillastående pöl. Rymdsonden upptäckte mikroskopiska kiseldioxidpartiklar vars storlek och kemi bäst förklaras av reaktioner mellan hett vatten och sten vid havsbotten – ett kännetecken för hydrotermiska öppningar på jorden – och senare mätningar visade molekylärt väte i plymen, en potent källa till kemisk energi för mikrober. Kort sagt tillhandahåller månen flytande vatten, en fri energikälla och nu en alltmer komplex organisk kemi – den grundläggande checklistan för beboelighet så som vi förstår den.

Hur dessa molekyler passar in i livets recept

De nyligen identifierade fragmenten är inte intakta proteiner eller DNA; de är mindre kemiska bitar som kan delta i reaktionskedjor som leder till större biomolekyler. På jorden kan reaktionskedjor som producerar estrar, etrar och vissa cykliska strukturer leda till föregångare till aminosyror och lipidkomponenter. Att upptäcka dessa mellanprodukter i färskt plym-material tyder på att Enceladus hav hyser en dynamisk organisk kemi som – givet tid och rätt förhållanden – skulle kunna sätta samman mer komplexa arter. Men det finns ett viktigt förbehåll: abiotisk (icke-biologisk) kemi kan också generera samma mellanprodukter under hydrotermiska förhållanden, så deras närvaro är en indikator på kemisk rikedom, inte en biosignatur i sig själv.

Fosfor och andra ingredienser för liv

Tidigare forskning från Cassini-erans data hade redan fyllt andra stora luckor i Enceladus beboelighetskalkyl. Analyser av saltrika iskorn avslöjade närvaron av fosfat – den form av fosfor som används i DNA, cellmembran och energibärande molekyler på jorden – i koncentrationer som beräknas vara flera storleksordningar högre än i typiskt havsvatten. Upptäckten av fosfor, kombinerat med det nya förrådet av organiska mellanprodukter och bevis på energigivande kemi, målar upp en bild av ett hav som uppfyller de tre breda kraven för liv: lösningsmedel, biokemi och en användbar energikälla.

Gränserna för vad Cassini kan berätta för oss

Det är viktigt att vara tydlig med vad dessa upptäckter visar och inte visar. Cassini var inte utrustad för att identifiera levande organismer eller för att utföra den typ av sekvensering och isotopanalyser som skulle ge övertygande biosignaturer. Rymdsonden provtog plymgaser och mikrometerstora ispartiklar; instrumenten mätte massfragment och elementförhållanden snarare än intakta organismer. De nya kemiska fynden ökar sannolikheten för att liv skulle kunna existera där, men de utgör inte ett bevis. Att skilja biologisk produktion från abiotisk kemi kommer att kräva riktad instrumentering med hög känslighet och uppdrag utformade specifikt för att söka efter liv.

Vad som händer härnäst: uppdrag och mätningar

Dessa resultat har stärkt det vetenskapliga caset för att återvända till Enceladus med utrustning designad specifikt för astrobiologi. Vetenskapliga färdplaner och strategiska rapporter under de senaste åren har pekat ut Enceladus som en toppkandidat för ett uppdrag i flaggskeppsklass: koncepten sträcker sig från sonder i omloppsbana som upprepade gånger provtar plymen till "orbilander"-arkitekturer som kombinerar plymprovtagning med kortare ytoperationer. Att designa instrument som kan fånga färskt plym-material, bevara ömtåliga organiska ämnen och skilja mellan abiotiska och biotiska kemiska vägar kommer att vara centralt för varje framtida kampanj.

Varför detta är viktigt

Kanske den mest slående aspekten av historien är hur mycket ny vetenskap som kan utvinnas ur befintliga data när nya analysmetoder och nya vetenskapliga frågor tillämpas. Cassinis datamängder fortsätter att belöna noggrann efterforskning, och den kemi som nu hamnar i fokus på Enceladus lyfter månen från en fascinerande kuriositet till ett främsta laboratorium för att testa idéer om hur liv uppstår och överlever i isiga havsvärldar. Om framtida uppdrag bekräftar att hydrotermiska system på Enceladus producerar komplexa organiska ämnen i stor skala, kommer vi att ha tagit ett avgörande steg mot att besvara en av mänsklighetens äldsta frågor: är vi ensamma?

— James Lawson, MSc Science Communication, BSc Physics