Två veteran NASA-uppdrag ger nya detaljer om isiga, havsbärande månar av Jupiter och Saturnus, ytterligare öka det vetenskapliga intresset för dessa och andra "havsvärldar" i vårt solsystem och bortom. Resultaten presenteras i tidningar som publicerades på torsdag av forskare med NASA:s Cassini-uppdrag till Saturnus och rymdteleskopet Hubble.

I tidningarna, Cassini-forskare meddelar att en form av kemisk energi som livet kan livnära sig på verkar existera på Saturnus måne Enceladus, och Hubble-forskare rapporterar ytterligare bevis på att plymer bryter ut från Jupiters måne Europa.

"Det här är det närmaste vi har kommit, än så länge, att identifiera en plats med några av de ingredienser som behövs för en beboelig miljö, sa Thomas Zurbuchen, biträdande administratör för NASA:s Science Mission Directorate vid huvudkontoret i Washington. "Dessa resultat visar den sammanlänkade karaktären hos NASA:s vetenskapsuppdrag som kommer oss närmare att svara på om vi verkligen är ensamma eller inte."

Uppsatsen från forskare med Cassini-uppdraget, publicerad i tidningen Vetenskap , indikerar vätgas, som potentiellt skulle kunna tillhandahålla en kemisk energikälla för liv, strömmar ut i Enceladus under ytan från hydrotermisk aktivitet på havsbotten.

Närvaron av rikligt med väte i månens hav gör att mikrober – om några finns där – kan använda det för att få energi genom att kombinera vätet med koldioxid löst i vattnet. Denna kemiska reaktion, känd som "metanogenesis" eftersom den producerar metan som en biprodukt, är vid roten av livets träd på jorden, och kunde till och med ha varit avgörande för livets ursprung på vår planet.

Livet som vi känner det kräver tre primära ingredienser:flytande vatten; en energikälla för metabolism; och rätt kemiska ingredienser, främst kol, väte, kväve, syre, fosfor och svavel. Med detta fynd, Cassini har visat att Enceladus – en liten, isig måne en miljard miles längre bort från solen än jorden – har nästan alla dessa ingredienser för beboelighet. Cassini har ännu inte visat att fosfor och svavel finns i havet, men forskare misstänker att de är, eftersom den steniga kärnan av Enceladus tros vara kemiskt lik meteoriter som innehåller de två elementen.

"Bekräftelse på att den kemiska energin för liv finns i havet av en liten Saturnus måne är en viktig milstolpe i vårt sökande efter beboeliga världar bortom jorden, sa Linda Spilker, Cassini-projektforskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL) i Pasadena, Kalifornien.

Rymdfarkosten Cassini upptäckte vätgas i plymen av gas och isigt material som sprutade från Enceladus under sin sista, och djupast, dyk genom plymen den 28 oktober, 2015. Cassini provade också plymens komposition under förbiflygningar tidigare i uppdraget. Från dessa observationer har forskare fastställt att nästan 98 procent av gasen i plymen är vatten, cirka 1 procent är väte och resten är en blandning av andra molekyler inklusive koldioxid, metan och ammoniak.

Mätningen gjordes med Cassinis Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS) instrument, som sniffar gaser för att bestämma deras sammansättning. INMS designades för att prova den övre atmosfären av Saturnus måne Titan. Efter Cassinis överraskande upptäckt av en höga plym av isig spray 2005, som härrör från heta sprickor nära sydpolen, forskare vände dess detektorer mot den lilla månen.

Cassini var inte designad för att upptäcka tecken på liv i Enceladus-plymen – faktiskt, forskare visste inte att plymen existerade förrän efter att rymdfarkosten anlände till Saturnus.

"Även om vi inte kan upptäcka liv, vi har upptäckt att det finns en matkälla för det. Det skulle vara som en godisbutik för mikrober, sa Hunter Waite, huvudförfattare till Cassini-studien.

De nya fynden är ett oberoende bevis för att hydrotermisk aktivitet äger rum i Enceladushavet. Tidigare resultat, publicerades i mars 2015, föreslog varmt vatten interagerar med sten under havet; de nya fynden stöder den slutsatsen och tillägger att berget verkar reagera kemiskt för att producera vätgas.

Tidningen som beskriver nya Hubble Space Telescope-fynd, publicerad i The Astrophysical Journal Letters , rapporter om observationer av Europa från 2016 där en trolig plym av material sågs bryta ut från månens yta på samma plats där Hubble såg bevis för en plym 2014. Dessa bilder stärker bevis för att Europa-plymer kan vara ett verkligt fenomen, blossar upp intermittent i samma region på månens yta.

Den nyligen avbildade plymen reser sig cirka 100 kilometer över Europas yta, medan den som observerades 2014 uppskattades vara cirka 30 miles (50 kilometer) hög. Båda motsvarar platsen för en ovanligt varm region som innehåller egenskaper som verkar vara sprickor i månens isiga skorpa, sågs i slutet av 1990-talet av NASA:s rymdfarkost Galileo. Forskare spekulerar i att som Enceladus, detta kan vara bevis på att vatten bryter ut från månens inre.

"Plymerna på Enceladus är förknippade med varmare regioner, så efter att Hubble avbildade denna nya plymliknande funktion på Europa, vi tittade på den platsen på Galileos termiska karta. Vi upptäckte att Europas plymkandidat sitter precis på den termiska anomalien, " sa William Sparks från Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland. Sparks ledde Hubble-plymstudierna både 2014 och 2016.

Forskarna säger att om plymer och den varma fläcken är kopplade, det kan betyda att vatten som ventileras från under månens isiga skorpa värmer upp den omgivande ytan. En annan idé är att vatten som sprutas ut av plymen faller på ytan som en fin dimma, ändra strukturen på ytkornen och låta dem behålla värmen längre än det omgivande landskapet.

För både 2014 och 2016 års observationer, teamet använde Hubbles Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) för att upptäcka plymer i ultraviolett ljus. När Europa passerar framför Jupiter, alla atmosfäriska drag runt månens kant blockerar en del av Jupiters ljus, så att STIS kan se funktionerna i siluett. Sparks och hans team fortsätter att använda Hubble för att övervaka Europa för ytterligare exempel på plymkandidater och hoppas kunna fastställa hur ofta de dyker upp.

NASA:s framtida utforskning av havsvärldar möjliggörs av Hubbles övervakning av Europas förmodade plymaktivitet och Cassinis långsiktiga undersökning av Enceladus-plymen. Särskilt, båda undersökningarna lägger grunden för NASA:s Europa Clipper-uppdrag, som planeras att lanseras under 2020-talet.

"Om det finns plymer på Europa, som vi nu starkt misstänker, med Europa Clipper kommer vi att vara redo för dem, sa Jim Green, Direktör för planetvetenskap, vid NASA:s högkvarter.

Hubbles identifiering av en webbplats som verkar ha ihållande, intermittent plymaktivitet är ett frestande mål för Europa-uppdraget att undersöka med dess kraftfulla svit av vetenskapliga instrument. Dessutom, några av Sparks medförfattare på Hubble Europa-studierna förbereder en kraftfull ultraviolett kamera för att flyga på Europa Clipper som kommer att göra liknande mätningar som Hubbles, men från tusentals gånger närmare. Och flera medlemmar av Cassini INMS-teamet utvecklar en utsökt känslig, nästa generations version av deras instrument för flygning på Europa Clipper.