Seit dem CassiniMission trat in das Saturnsystem ein und begann, seine Monde zu studieren, Enceladus ist zu einer wichtigen Quelle des Interesses geworden. Als die Sonde Wasserfahnen und organische Moleküle entdeckte, die aus der südlichen Polarregion des Mondes ausbrechen, begannen Wissenschaftler zu spekulieren, dass Enceladus in seinem Inneren einen Warmwasserozean besitzen könnte – ähnlich wie der Jupitermond Europa und andere Körper in unserem Sonnensystem.
In Zukunft hofft die NASA, eine weitere Mission in dieses System zu schicken, um diese Wolken und das Innere von Enceladus weiter zu erforschen. Diese Mission wird wahrscheinlich ein neues Instrument beinhalten, das kürzlich von der NASA angekündigt wurde, bekannt als das Submillimeter Enceladus Life Fundamentals Instrument (SELFI). Dieses Instrument, das von einem Team des NASA Goddard Space Flight Center vorgeschlagen wurde, erhielt kürzlich Unterstützung für die Weiterentwicklung.
Vor demCassiniMission dachten Wissenschaftler, dass die Oberfläche von Enceladus festgefroren war. Jedoch,CassiniDie Daten zeigten ein leichtes Wackeln in der Umlaufbahn des Mondes, das auf das Vorhandensein eines inneren Ozeans hindeutete. Ähnlich wie bei Europa wird dies durch Gezeitenkräfte verursacht, die eine Biegung im Kern verursachen, die genug Wärme erzeugt, um flüssiges Wasser im Inneren zu halten. Um den Südpol herum führt dies dazu, dass das Eis aufbricht und Risse bildet.
Künstlerisches Rendering, das einen inneren Querschnitt der Kruste von Enceladus zeigt, der zeigt, wie hydrothermale Aktivität die Wasserfahnen an der Mondoberfläche verursachen kann. Credits: NASA-GSFC/SVS, NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute
DieCassiniMission entdeckte auch Rauchfahnen, die aus etwa 100 verschiedenen Spalten austreten und kontinuierlich eisige Partikel, Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan und andere Gase in den Weltraum schleudern. Um diese genauer zu untersuchen, hat die NASA einige ehrgeizige Instrumente entwickelt, die sich auf Millimeterwellen- oder Hochfrequenzwellen (HF) verlassen, um ihre Zusammensetzung zu bestimmen und mehr über den inneren Ozean von Enceladus zu erfahren.
Laut SELFI Principal Investigator Gordon Chin stellt SELFI eine deutliche Verbesserung gegenüber bestehenden Submillimeterwellenlängen-Geräten dar. Sobald es eingesetzt ist, wird es Spuren von Chemikalien in den Wasserfahnen und eisigen Partien messen, die regelmäßig aus den südlichen Spalten von Enceladus, auch bekannt als ' Tigerstreifen “. Dieses Instrument zeigt nicht nur die chemische Zusammensetzung des Ozeans an, sondern auch sein Potenzial zur Unterstützung des Lebens.
Auf der Erde beherbergen hydrothermale Quellen blühende Ökosysteme und werden sogar vermutet, dass sie der Ort sind, an dem das erste Leben auf der Erde entstand. Daher sind Wissenschaftler so begierig, die hydrothermale Aktivität auf Monden wie Enceladus zu untersuchen, da diese der wahrscheinlichste Ort sein könnten, um außerirdisches Leben in unserem Sonnensystem zu finden. Wie Chin in einem NASA Pressemitteilung :
„Mit Submillimeter-Wellenlängen, die im Bereich des sehr hochfrequenten Radios liegen, können wir die Menge vieler verschiedener Arten von Molekülen in einem kalten Gas messen. Wir können alle Wolken durchsuchen, um zu sehen, was aus Enceladus herauskommt. Wasserdampf und andere Moleküle können einen Teil der Chemie des Ozeans enthüllen und ein Raumfahrzeug auf den besten Weg führen, um durch die Wolken zu fliegen, um direkt andere Messungen durchzuführen.“
Die „Tiger Stripes“ von Enceladus, abgebildet von der Raumsonde Cassini. Bildnachweis: NASA/JPL/ESA
Moleküle wie Wasser, Kohlendioxid und andere Elemente senden spezifische Radiofrequenzen aus, auf die Submillimeter-Spektrometer empfindlich sind. Die Spektrallinien sind sehr diskret, und die Intensität, mit der sie ausgestrahlt werden, kann verwendet werden, um ihre Existenz zu quantifizieren. Mit anderen Worten, Instrumente wie SELFI werden nicht nur in der Lage sein, die chemische Zusammensetzung des inneren Ozeans von Enceladus zu bestimmen, sondern auch die Menge dieser Chemikalien.
Seit Jahrzehnten werden Spektrometer in der Weltraumforschung verwendet, um die chemische Zusammensetzung von Planeten, Sternen, Kometen und anderen Zielen zu messen. In jüngster Zeit haben Wissenschaftler versucht, Spektren von fernen Planeten zu gewinnen, um die chemische Zusammensetzung ihrer Atmosphären zu bestimmen. Dies ist entscheidend, wenn es darum geht, potenziell bewohnbare Exoplaneten zu finden, da Wasserdampf, Stickstoff und Sauerstoff für das Leben, wie wir es kennen, benötigt werden.
Das Durchführen von Scans im Submillimeterbereich ist jedoch ein relativ neues Verfahren, da submillimeterempfindliche Instrumente komplex und schwer zu bauen sind. Aber mit Hilfe der NASA-Forschungs- und Entwicklungsförderung erhöhen Chin und seine Kollegen die Empfindlichkeit des Instruments mit einem Verstärker, der das Signal auf etwa 557 GHz anhebt. Dadurch kann SELFI selbst kleinste Spuren von Wasser und Gasen erkennen, die von der Oberfläche von Enceladus kommen.
Weitere Verbesserungen umfassen ein energieeffizienteres und flexibleres Hochfrequenz-Datenverarbeitungssystem sowie ein ausgeklügeltes digitales Spektrometer für das HF-Signal. Bei dieser letztgenannten Verbesserung werden programmierbare Hochgeschwindigkeitsschaltkreise verwendet, um HF-Daten in digitale Signale umzuwandeln, die analysiert werden können, um Gasmengen, Temperaturen und Geschwindigkeiten aus den Enceladus-Plumes zu messen.
Mögliche Spektroskopieergebnisse aus einer der Wasserfahnen Europas. Dies ist ein Beispiel für die Daten, die das Webb-Teleskop zurückgeben könnte. Bildnachweis: NASA-GSFC/SVS, Hubble-Weltraumteleskop, Stefanie Milam, Geronimo Villanueva
Diese Verbesserungen ermöglichen es SELFI, 13 verschiedene Arten von Molekülen gleichzeitig zu erkennen und zu analysieren, darunter verschiedene Isotope von Wasser, Methanol, Ammoniak, Ozon, Wasserstoffperoxid, Schwefeldioxid und Natriumchlorid (auch bekannt als Salz). Chin glaubt, dass das Team über Enceladus hinaus das Instrument für geplante zukünftige Missionen ausreichend verbessern kann. „SELFI ist wirklich neu“, sagte er. „Dies ist eines der ambitioniertesten Submillimeter-Instrumente, die jemals gebaut wurden.“
In den letzten Jahren haben Wissenschaftler zum Beispiel Plumenaktivität von der Oberfläche Europas entdeckt. Auch hier wird angenommen, dass diese Aktivität das Ergebnis geothermischer Aktivität ist, die warme Wasserfahnen aus dem Inneren des Mondes an die Oberfläche schickt. Die NASA hofft bereits darauf Untersuche diese Federn und die auf Enceladus Verwendung der James Webb Weltraumteleskop , die 2019 eingeführt wird.
Eine andere Möglichkeit wäre die Ausstattung der vorgeschlagenen Europa Clipper – die zwischen 2022 und 2025 auf den Markt kommen soll – mit einem Instrument wie SELFI. Das Instrumentenpaket für diese Sonde erfordert bereits ein Spektrometer, aber ein verbessertes Submillimeterwellen- und HF-Gerät könnte einen detaillierteren Blick auf Europas Plumes ermöglichen. Diese Daten könnten wiederum die jahrzehntelange Debatte darüber auflösen, ob das Innere Europas lebensfähig ist oder nicht.
In den kommenden Jahrzehnten besteht eine der größten Prioritäten der Weltraumforschung darin, die „ Ozeanwelten “ für Lebenszeichen. Um dies zu durchschauen, sind die NASA und andere Weltraumbehörden damit beschäftigt, die notwendigen Werkzeuge zu entwickeln, um alle chemischen und biologischen Indikatoren aufzuspüren. Innerhalb eines Jahrzehnts könnten wir mit etwas Glück feststellen, dass das Leben auf der Erde keine Ausnahme ist, sondern Teil einer größeren Norm.
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