Seit demCassini Mission trat in das Saturn-System 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 ausbrachen, begannen die Wissenschaftler zu spekulieren, dass Enceladus möglicherweise einen Warmwasserozean in seinem Inneren besitzt - ähnlich wie Jupiters Mond Europa und andere Körper in unserem Sonnensystem.
Die NASA hofft, in Zukunft eine weitere Mission an dieses System senden zu können, um diese Federn und das Innere von Enceladus weiter zu erforschen. Diese Mission wird wahrscheinlich ein neues Instrument beinhalten, das kürzlich von der NASA angekündigt wurde und als Submillimeter Enceladus Life Fundamentals Instrument (SELFI) bekannt ist. Dieses Instrument, das von einem Team des Goddard Space Flight Center der NASA vorgeschlagen wurde, erhielt kürzlich Unterstützung für die weitere Entwicklung.
Vor dem Cassini Mission dachten Wissenschaftler, dass die Oberfläche von Enceladus fest gefroren war. Jedoch, Cassini Daten zeigten ein leichtes Wackeln in der Mondbahn, was auf das Vorhandensein eines inneren Ozeans hindeutete. Ähnlich wie in 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 aufplatzt und Risse bildet.
Das Cassini Mission entdeckte auch Federn, die von etwa 100 verschiedenen Spalten ausgehen und kontinuierlich Eispartikel, Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan und andere Gase in den Weltraum speien. Um diese genauer zu untersuchen, hat die NASA einige ehrgeizige Instrumente entwickelt, die sich auf Millimeterwellen- oder Hochfrequenzwellen stützen, um ihre Zusammensetzung zu bestimmen und mehr über den inneren Ozean von Enceladus zu erfahren.
Laut Gordon Chin, Principal Investigator von SELFI, stellt SELFI eine signifikante Verbesserung gegenüber bestehenden Geräten mit Submillimeterwellenlänge dar. Nach dem Einsatz werden Spuren von Chemikalien in den Wasserfahnen und Eispartys gemessen, die regelmäßig aus den südlichen Rissen von Enceladus, auch als „Tiger Stripes“ bekannt, hervorgegangen sind. Dieses Instrument enthüllt nicht nur die chemische Zusammensetzung des Ozeans, sondern zeigt auch sein Potenzial zur Unterstützung des Lebens auf.
Auf der Erde beherbergen hydrothermale Quellen florierende Ökosysteme und es wird sogar vermutet, dass sie der Ort sind, an dem das Leben zum ersten Mal auf der Erde entstanden ist. Daher sind Wissenschaftler so bemüht, die hydrothermale Aktivität auf Monden wie Enceladus zu untersuchen, da diese den wahrscheinlichsten Ort darstellen könnten, um außerirdisches Leben in unserem Sonnensystem zu finden. Wie Chin in einer Pressemitteilung der NASA angedeutet hat:
„Mit Submillimeterwellenlängen, die im Bereich von sehr hochfrequentem Radio liegen, können wir die Menge vieler verschiedener Arten von Molekülen in einem kalten Gas messen. Wir können alle Federn durchsuchen, um zu sehen, was aus Enceladus herauskommt. Wasserdampf und andere Moleküle können einen Teil der Chemie des Ozeans enthüllen und ein Raumschiff auf den besten Weg führen, um durch die Federn zu fliegen und andere Messungen direkt durchzuführen. “
Moleküle wie Wasser, Kohlendioxid und andere Elemente senden bestimmte Radiofrequenzen aus, für die Submillimeter-Spektrometer empfindlich sind. Die Spektrallinien sind sehr diskret und die Intensität, mit der sie senden, kann verwendet werden, um ihre Existenz zu quantifizieren. Mit anderen Worten, Instrumente wie SELFI können nicht nur die chemische Zusammensetzung des inneren Ozeans von Enceladus bestimmen, sondern auch die Häufigkeit dieser Chemikalien.
Seit Jahrzehnten werden in den Weltraumwissenschaften Spektrometer eingesetzt, um die chemische Zusammensetzung von Planeten, Sternen, Kometen und anderen Zielen zu messen. In jüngster Zeit haben Wissenschaftler versucht, Spektren von entfernten Planeten zu erhalten, um die chemische Zusammensetzung ihrer Atmosphäre zu bestimmen. Dies ist entscheidend, wenn es darum geht, potenziell bewohnbare Exoplaneten zu finden, da Wasserdampf, Stickstoff und Sauerstoffgas für das Leben, wie wir es kennen, benötigt werden.
Das Durchführen von Scans im Submillimeterbereich ist jedoch ein relativ neuer Prozess, da submillimeterempfindliche Instrumente komplex und schwierig zu bauen sind. Mit Hilfe der Forschungs- und Entwicklungsfinanzierung der NASA erhöhen Chin und seine Kollegen die Empfindlichkeit des Instruments mithilfe eines Verstärkers, der das Signal auf etwa 557 GHz erhöht. Auf diese Weise kann SELFI selbst winzige Spuren von Wasser und Gasen erkennen, die von der Oberfläche von Enceladus kommen.
Weitere Verbesserungen sind ein energieeffizienteres und flexibleres Hochfrequenz-Datenverarbeitungssystem sowie ein ausgeklügeltes digitales Spektrometer für das HF-Signal. Bei dieser letztgenannten Verbesserung werden programmierbare Hochgeschwindigkeitsschaltungen verwendet, um HF-Daten in digitale Signale umzuwandeln, die analysiert werden können, um Gasmengen, Temperaturen und Geschwindigkeiten aus den Federn von Enceladus zu messen.
Mit diesen Verbesserungen kann SELFI gleichzeitig 13 verschiedene Arten von Molekülen nachweisen und analysieren, darunter verschiedene Isotope von Wasser, Methanol, Ammoniak, Ozon, Wasserstoffperoxid, Schwefeldioxid und Natriumchlorid (auch bekannt als Salz). Über Enceladus hinaus glaubt Chin, dass das Team das Instrument für geplante zukünftige Missionen ausreichend verbessern kann. "SELFI ist wirklich neu", sagte er. "Dies ist eines der ehrgeizigsten Submillimeter-Instrumente, die jemals gebaut wurden."
In den letzten Jahren haben Wissenschaftler beispielsweise die Aktivität von Federn auf der Oberfläche Europas entdeckt. Auch hier wird angenommen, dass diese Aktivität das Ergebnis einer geothermischen Aktivität ist, die warme Wasserfahnen vom inneren Ozean des Mondes an die Oberfläche sendet. Die NASA hofft bereits, diese und die auf Enceladus befindlichen Federn mit dem James Webb-Weltraumteleskop untersuchen zu können, das 2019 eingesetzt wird.
Eine andere Möglichkeit wäre, den vorgeschlagenen Europa Clipper - der zwischen 2022 und 2025 auf den Markt kommen soll - mit einem Instrument wie SELFI auszustatten. Das Instrumentenpaket für diese Sonde sieht bereits ein Spektrometer vor, aber ein verbessertes Submillimeterwellen- und HF-Gerät könnte einen detaillierteren Blick auf Europas Federn ermöglichen. Diese Daten könnten wiederum die jahrzehntelange Debatte darüber lösen, ob das Innere Europas das Leben unterstützen kann oder nicht.
In den kommenden Jahrzehnten besteht eine der größten Prioritäten der Weltraumforschung darin, die „Ozeanwelten“ des Sonnensystems auf Lebenszeichen zu untersuchen. Um dies durchzuhalten, sind die NASA und andere Weltraumagenturen damit beschäftigt, die notwendigen Werkzeuge zu entwickeln, um alle chemischen und biologischen Indikatoren ausfindig zu machen. Mit etwas Glück können wir innerhalb eines Jahrzehnts feststellen, dass das Leben auf der Erde nicht die Ausnahme ist, sondern Teil einer größeren Norm.
