Saturnus har 146 bekräftade månar – fler än någon annan planet i solsystemet – men en som heter Enceladus sticker ut. Det verkar ha ingredienserna för livet.
Från 2004 till 2017 undersökte Cassini – ett gemensamt uppdrag mellan NASA, Europeiska rymdorganisationen och den italienska rymdorganisationen – Saturnus, dess ringar och månar. Cassini levererade spektakulära fynd. Enceladus, endast 313 miles (504 kilometer) i diameter, hyser ett flytande vattenhav under sin isiga skorpa som spänner över hela månen.
Gejsrar vid månens sydpol skjuter gas och iskorn som bildas från havsvattnet ut i rymden.
Även om Cassini-ingenjörerna inte förutsåg att analysera iskorn som Enceladus aktivt släppte ut, packade de en dammanalysator på rymdfarkosten. Detta instrument mätte de emitterade iskornen individuellt och berättade för forskare om sammansättningen av hav under ytan.
Som planetforskare och astrobiolog som studerar iskorn från Enceladus är jag intresserad av om det finns liv på denna eller andra isiga månar. Jag vill också förstå hur forskare som jag kunde upptäcka det.
Precis som jordens hav innehåller Enceladus hav salt, varav det mesta är natriumklorid, allmänt känt som bordssalt. Havet innehåller också olika kolbaserade föreningar, och det har en process som kallas tidvattenuppvärmning som genererar energi i månen. Flytande vatten, kolbaserad kemi och energi är alla viktiga ingredienser för livet.
År 2023 hittade jag och andra forskare fosfat, en annan livsuppehållande förening, i iskorn som kommer från Enceladus hav. Fosfat, en form av fosfor, är avgörande för allt liv på jorden. Det är en del av DNA, cellmembran och ben. Detta var första gången som forskare upptäckte denna förening i ett utomjordiskt vattenhav.
Enceladus steniga kärna interagerar sannolikt med vattenhavet genom hydrotermiska öppningar. Dessa heta, gejserliknande strukturer sticker ut från havsbotten. Forskare förutspår att en liknande miljö kan ha varit födelseplatsen för livet på jorden.
Än så länge har ingen någonsin upptäckt liv bortom jorden. Men forskare är överens om att Enceladus är en mycket lovande plats att leta efter liv på. Så, hur ser vi ut?
I en artikel som publicerades i mars 2024 genomförde jag och mina kollegor ett laboratorietest som simulerade huruvida dammanalysinstrument på rymdfarkoster kunde upptäcka och identifiera spår av liv i de utsända iskornen.
För att simulera upptäckten av iskorn som dammanalysatorer i rymden registrerar dem, använde vi en laboratorieuppsättning på jorden. Med den här inställningen injicerade vi en liten vattenstråle som innehöll bakterieceller i ett vakuum, där strålen sönderdelade till droppar. Varje droppe innehöll i teorin en bakteriecell.
Sedan sköt vi en laser mot de enskilda dropparna, vilket skapade laddade joner från vattnet och cellföreningarna. Vi mätte de laddade jonerna med en teknik som kallas masspektrometri. Dessa mätningar hjälpte oss att förutsäga vad dammanalysinstrument på en rymdfarkost skulle hitta om de stötte på en bakteriecell i ett iskorn.
Vi fann att dessa instrument skulle göra ett bra jobb med att identifiera cellulärt material. Instrument utformade för att analysera enstaka iskorn bör kunna identifiera bakterieceller, även om det bara finns 0,01 % av beståndsdelarna i en enskild cell i ett iskorn från en Enceladus-liknande gejser.
Analysatorerna kan plocka upp ett antal potentiella signaturer från cellulärt material, inklusive aminosyror och fettsyror. Detekterade aminosyror representerar antingen fragment av cellens proteiner eller metaboliter, som är små molekyler som deltar i kemiska reaktioner i cellen. Fettsyror är fragment av lipider som utgör cellens membran.
I våra experiment använde vi en bakterie som heter Sphingopyxis alaskensis . Celler i denna kultur är extremt små - samma storlek som celler som kanske kan passa in i iskorn som emitteras från Enceladus. Förutom sin lilla storlek gillar dessa celler kalla miljöer, och de behöver bara ett fåtal näringsämnen för att överleva och växa, liknande hur livet anpassat till förhållandena i Enceladus hav förmodligen skulle vara.
Den specifika dammanalysatorn på Cassini hade inte den analytiska förmågan att identifiera cellulärt material i iskornen. Men forskare designar redan instrument med mycket större kapacitet för potentiella framtida Enceladus-uppdrag. Våra experimentella resultat kommer att informera om planeringen och designen av dessa instrument.
Enceladus är ett av huvudmålen för framtida uppdrag från NASA och Europeiska rymdorganisationen. År 2022 meddelade NASA att ett uppdrag till Enceladus hade näst högsta prioritet när de valde sina nästa stora uppdrag – ett Uranus-uppdrag hade högsta prioritet.
Den europeiska byrån meddelade nyligen att Enceladus är det främsta målet för sitt nästa stora uppdrag. Detta uppdrag skulle sannolikt inkludera en mycket kapabel dammanalysator för iskornsanalys.
Enceladus är inte den enda månen med ett flytande vattenhav. Jupiters måne Europa har också ett hav som spänner över hela månen under sin isiga skorpa. Iskorn på Europa svävar upp ovanför ytan, och vissa forskare tror att Europa till och med kan ha gejsrar som Enceladus som skjuter ut korn i rymden. Vår forskning kommer också att hjälpa till att studera iskorn från Europa.
NASA:s Europa Clipper-uppdrag kommer att besöka Europa under de kommande åren. Clipper är planerad att skjutas upp i oktober 2024 och anlända till Jupiter i april 2030. En av de två masspektrometrarna på rymdfarkosten, SUrface Dust Analyzer, är designad för analys av enstaka iskorn.
Vår studie visar att det här instrumentet kommer att kunna hitta till och med små fraktioner av en bakteriecell, om det bara finns i ett fåtal avgivna iskorn.
Med dessa rymdorganisationers nära framtidsplaner och resultaten av vår studie är utsikterna för kommande rymduppdrag som besöker Enceladus eller Europa otroligt spännande. Vi vet nu att med nuvarande och framtida instrumentering borde forskare kunna ta reda på om det finns liv på någon av dessa månar.
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
