Während die Technologie und Forschung in der Astrophysik weiter voranschreitet, bleibt eine Frage offen: Ist Leben anderswo im Universum möglich? Allein in der Milchstraße gibt es Hunderte Milliarden Objekte, doch Wissenschaftler sind ständig auf der Suche nach drei Schlüsselelementen: Wasser, Energie und organische Materie. Es gibt Hinweise darauf, dass Saturns Eismond Enceladus eine „Ozeanwelt“ ist, die alle drei enthält, was ihn zu einem Hauptziel für die Suche nach Leben macht.

Während ihrer 20-jährigen Mission entdeckte die NASA-Raumsonde Cassini Eiswolken, die mit einer Geschwindigkeit von etwa 800 Meilen pro Stunde (400 m/s) aus der Oberfläche von Enceladus ausbrachen. Diese Wolken bieten eine ausgezeichnete Gelegenheit, Proben zu sammeln und die Zusammensetzung und potenzielle Bewohnbarkeit des Ozeans von Enceladus zu untersuchen. Bisher war jedoch unklar, ob die Geschwindigkeit der Wolke die in den Eispartikeln enthaltenen organischen Verbindungen fragmentieren und dadurch die Probe zersetzen würde.

Diese künstlerische Darstellung zeigt Eiswolken, die mit einer Geschwindigkeit von bis zu 800 Meilen pro Stunde aus Enceladus ausbrechen. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech

Jetzt haben Forscher der UC San Diego klare Laborbeweise gezeigt, dass in diesen Eiswolken transportierte Aminosäuren Aufprallgeschwindigkeiten von bis zu 4,2 km/s überstehen können, was ihren Nachweis bei Probenahmen von Raumfahrzeugen stützt. Ihre Ergebnisse wurden in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.

Ab 2012 haben Robert Continetti, angesehener Professor für Chemie und Biochemie an der UC San Diego, und seine Kollegen ein einzigartiges Aerosol-Aufprallspektrometer angepasst, mit dem die Hochgeschwindigkeitskollisionsdynamik einzelner Aerosole und Partikel untersucht werden soll. Obwohl es nicht speziell für die Untersuchung der Auswirkungen von Eispartikeln gebaut wurde, erwies es sich als genau die richtige Maschine dafür.

„Dieses Gerät ist das einzige seiner Art auf der Welt, das einzelne Teilchen auswählen und sie auf eine ausgewählte Endgeschwindigkeit beschleunigen oder abbremsen kann“, sagte Continetti. „In einer Vielzahl von Materialien, von wenigen Mikrometern Durchmesser bis hin zu Hunderten von Nanometern, können wir das Verhalten von Partikeln untersuchen, etwa wie sie sich verteilen oder wie sich ihre Struktur beim Aufprall verändert.“

Ein speziell angefertigtes Aerosolschockspektrometer im Labor des Chemieprofessors der UC San Diego, Robert Continetti. Eispartikel treffen mit ultrahoher Geschwindigkeit auf den Mikrokanalplattendetektor (ganz rechts) und können dann in situ charakterisiert werden. Bildnachweis: Robert Continetti Laboratory/UC San Diego

Im Jahr 2024 wird die NASA den Europa Clipper zum Jupiter starten. Europa, einer der größten Jupitermonde, ist eine weitere Ozeanwelt mit einer eisigen Zusammensetzung ähnlich der von Enceladus. Die NASA hofft, dass Clipper oder eine zukünftige Saturnsonde in der Lage sein wird, eine bestimmte Gruppe von Molekülen in den Eiskörnern zu identifizieren, die darauf hinweisen könnten, ob in den unterirdischen Ozeanen dieser Monde Leben existiert, aber diese Moleküle müssten ihre schnellen Auswürfe überleben.

Künstlerische Darstellung der NASA-Raumsonde Europa Clipper. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech

Obwohl die Struktur bestimmter Moleküle in Eispartikeln untersucht wurde, ist Continettis Team das erste, das misst, was passiert, wenn einzelne Eispartikel auf eine Oberfläche treffen.

Für die Experimente wurden Eispartikel mittels Elektrospray-Ionisation erzeugt, bei der Wasser durch eine unter hohem Druck stehende Nadel gedrückt wird und dabei eine elektrische Ladung induziert, die das Wasser in immer kleinere Tröpfchen zerbricht. Anschließend werden die Tröpfchen in ein Vakuum injiziert und dort eingefroren. Das Team maß ihre Masse und Ladung und beobachtete dann mit einem Bildladungsdetektor, wie die Teilchen durch ein Spektrometer flogen. Ein Schlüsselelement des Experiments war die Installation eines Mikrokanal-Platten-Ionendetektors, um den Zeitpunkt des Aufpralls auf Nanosekunden genau zu bestimmen.

Die Ergebnisse zeigen, dass Aminosäuren, oft als Bausteine ​​des Lebens bezeichnet, mit begrenzter Fragmentierung bei Aufprallgeschwindigkeiten von 4,2 Kilometern pro Sekunde nachgewiesen werden können.

„Um zu verstehen, welche Art von Leben im Sonnensystem existieren könnte, muss man wissen, dass die Eispartikelprobe nicht viele Molekülfragmente enthält, damit man einen Fingerabdruck dafür erhalten kann, dass sich Leben gebildet hat. Es war eine unabhängige Lebensform“, sagte Continetti. „Unsere Arbeit zeigt, dass dies mit den Eisfahnen von Enceladus möglich ist.“

Diese Studie wirft auch interessante Fragen zur Chemie selbst auf, einschließlich der Frage, wie Salz die Nachweisbarkeit bestimmter Aminosäuren beeinflusst. Es wird angenommen, dass es in Enceladus ein riesiges Salzmeer gibt – salziger als auf der Erde. Da Salz die Eigenschaften von Wasser als Lösungsmittel und die Löslichkeit verschiedener Moleküle verändert, könnte dies dazu führen, dass bestimmte Moleküle auf der Oberfläche der Eispartikel verklumpen und so leichter entdeckt werden.

„Die Auswirkungen auf die Entdeckung von Leben anderswo im Sonnensystem, ohne zur Oberfläche dieser Monde der Ozeanwelt zu reisen, sind sehr aufregend“, sagte Continetti, „aber unsere Arbeit geht über die bloße Biosignatur in Eispartikeln hinaus. Sie hat auch Auswirkungen auf die grundlegende Chemie. Wir freuen uns, in die Fußstapfen der Gründungsprofessoren der UC San Diego, Harold Urey und Stanley Miller, zu treten und zu untersuchen, wie chemische Reaktionen, die durch den Aufprall von Eispartikeln aktiviert werden, die Bausteine ​​des Lebens bilden.“

Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily