Life-Hunting Mission würde Proben von Saturn Moon Enceladus zurückbringen

In nicht allzu ferner Zukunft könnte ein Raumschiff Proben von einem außerirdischen Ozean zur Erde liefern, wo Wissenschaftler das Material auf Anzeichen von Leben untersuchen würden.

Wissenschaftler entwickeln ein Missionskonzept, bei dem eine Sonde durch die von den etwa 100 Geysiren der südpolaren Region des eisbedeckten Saturnmondes Enceladus ausgehende Wolke fliegen wird.

Diese Geysire sprengen Wasser, Salze und organische Verbindungen aus dem unterirdischen Ozean des Satelliten weit in den Weltraum. Die Mission, bekannt als Life Investigation for Enceladus (LIFE), würde Proben dieses Materials sammeln und es dann in einer Rückkapsel zurück zur Erde schicken. [Inside Enceladus, Eisiger Mond von Saturn (Infografik)]

"Eine Probe von Enceladus zu bekommen, wäre phänomenal", sagte LIFE-Leiter Peter Tsou von Sample Exploration Systems in La Canada, Kalifornien. "Das ist die einzige Frage, die wir haben können - möglicherweise können wir in einer einzigen Mission ein enormes Licht darauf werfen."

LEBEN ist nicht in den Büchern der NASA; Es bleibt ein Konzept im Moment. Tsou schätzt, dass der Aufwand für die Probenrückgabe auf 700 Millionen Dollar geschätzt werden könnte - etwa 30 Prozent der Kosten für die NASA-Mission Mars Rover Curiosity.

Ein möglicherweise bewohnbarer Mond

Viele Astrobiologen betrachten den 310 Meilen (500 Kilometer) langen Enceladus und den viel größeren Jupitermond Europa als die besten Wetten des Sonnensystems, um Leben jenseits der Erde zu beherbergen.

Enceladus und Europa scheinen unterirdische Ozeane aus flüssigem Wasser zu besitzen, die in Kontakt mit ihren felsigen Mänteln stehen und viele komplexe chemische Reaktionen ermöglichen. Jüngste Studien legen nahe, dass die Ozeane beider Monde nicht in Reichweite des Sonnenlichts kommen, aber sie können immer noch Energiequellen beherbergen, die ausreichen, um mikrobielles Leben aufrechtzuerhalten.

Die NASA arbeitet bereits an einer Vorbeiflug-Mission in Europa, die die Agentur Anfang bis Mitte der 2020er Jahre starten will. Aber viele Wissenschaftler drängen auch auf eine engagierte Enceladus-Bemühung, zum großen Teil wegen der dramatischen Geysire des Satelliten, die die Saturn-umkreisende Cassini-Raumsonde der NASA 2005 entdeckte.

Diese mächtigen Jets, die von Brüchen in der Nähe von Enceladus 'Südpol ausgehen, verschmelzen zu einer Wolke - einer eisigen Wolke aus Ozeanpartikeln, die sich viele Kilometer weit in den Weltraum erstreckt und nur darauf wartet, gefangen und studiert zu werden. [Siehe Enceladus 'Geysire in Aktion (Video)]

"Es sind kostenlose Proben", sagte Jonathan Lunine von der Cornell University zu ProfoundSpace.org. "Wir müssen nicht landen, bohren, schmelzen oder so etwas tun."

Cassini ist mehrfach durch die Wolke geflogen und hat mit seinem Massenspektrometer-Instrument Hinweise auf kohlenstoffhaltige organische Verbindungen gefunden. Aber Cassini ist nicht in der Lage, nach Lebenszeichen zu suchen.

Das Argument für die Probenrückgabe

Lunine ist Principal Investigator eines anderen Missionskonzepts namens Enceladus Life Finder (ELF), das nach Lebenszeichen in Plumeteilchen suchen soll. Aber die ELF-Sonde würde all diese Arbeit an Bord im Saturn-System erledigen, statt die Proben zur Analyse zur Erde zu schicken.

Tsou ist der Meinung, dass die Probenrückgabe ein besserer Weg ist, und sagt, dass es für ein Roboter-Raumschiff, das Millionen von Meilen von seinen Behandlern entfernt ist, schwierig sein könnte, das Leben von Außerirdischen definitiv zu erkennen.

"Im Moment hat kein Biologe oder Astrobiologe eine allgemein anerkannte Definition des Lebens", sagte Tsou. "Damit wir feststellen können, dass es auf Enceladus Leben gibt, wird es keine einfache binäre 1-oder-0-Antwort geben", sagte Tsou. "Du wirst viele, viele Studien machen müssen."

Als Beispiel nennen Tsou und sein Team die langwierige Analyse von Teilen des Kometen Wild 2, die 2006 von der Stardust-Mission der NASA zur Erde gebracht wurden. (Tsou diente als Stardusts stellvertretender Projektleiter.)

"Die endgültige Bestätigung des Kometenursprungs der Aminosäure Glycin aus dem Kometen Wild 2 wurde über 3 Jahre nach der Rücksendung der Proben an die Erde erhalten", schrieb das LIFE-Team in einem Vortrag auf der 45. Lunar and Planetary Science Conference letztes Jahr in The Woodlands, Texas.

"Signifikante Fortschritte bei der Bewertung des biologischen Potenzials von Enceladus können an zurückgesendeten Proben in terrestrischen Laboratorien gemacht werden, wo die volle Leistung modernster Laborinstrumente und -verfahren genutzt werden kann, ohne ernsthafte Einschränkungen hinsichtlich Leistung, Masse oder Kosten, "fügten sie hinzu. "Terrestrische Laboratorien bieten die ultimative analytische Fähigkeit, Anpassungsfähigkeit, Reproduzierbarkeit, Zuverlässigkeit und Synergie zwischen Wissenschaftlern." [5 kühne Ansprüche auf außerirdisches Leben]

Wie es funktionieren würde

Die LIFE-Sonde würde in den Saturn-Orbit starten, den sie nach 5 Jahren erreichen könnte, wenn die Orbital-Dynamik einen beschleunigenden Vorbeiflug von Jupiter ermöglichen würde, sagte Tsou. Die Reise würde 7 oder 8 Jahre ohne ein solches Schwerkraftunterstützungsmanöver dauern, fügte er hinzu. (Die Reise wäre jedoch viel kürzer, wenn NASA's in Entwicklung befindliches Space Launch System Megarocket verwendet würde.)

Einmal in der Umlaufbahn, LIFE würde mehrere Plume-Sampling-Vorbeiflüge von Enceladus durchführen, Material in einem polsternden Aerogel sammelnd, das dem ähnlich ist, das von der Stardust-Mission verwendet wird. LIFE würde auch eine Rückführkapsel, eine Kamera, ein Massenspektrometer (das eine In-Situ-Analyse erlauben würde) und einen Staubzähler tragen, der den Missionswissenschaftlern mitteilen würde, dass die Sonde tatsächlich durch die Wolke geflogen ist.

Nachdem die Sammlung abgeschlossen war, schickte LIFE Proben, die in der Rückführungskapsel zur Erde zurückkehrten. Das Plume-Material müsste extrem vorsichtig gehandhabt werden, sobald es hier angekommen ist, aufgrund der Möglichkeit, dass es außerirdische Lebensformen beherbergen könnte (die das Leben und die Ökosysteme der Erde theoretisch schädigen oder verändern könnten).

Enceladus-Proben würden daher wahrscheinlich in einer Anlage gelagert und untersucht werden, die in der Lage ist, "Biosicherheitsstufe 4" (BSL-4) einzudämmen, die sicherste Klassifizierung, sagte Tsou.Forscher, die extrem ansteckende und gefährliche Infektionserreger wie das Ebola-Virus untersuchen, machen ihre Arbeit bei BSL-4.

Die Vereinigten Staaten haben keine BSL-4-Anlage, die für den Umschlag von Material aus dem Weltraum ausgerüstet ist, und frühere Studien haben die Kosten für den Bau einer maßgeschneiderten Anlage auf 500 Millionen Dollar oder mehr geschätzt, so Tsou. Aber LIFE müsste diese Kosten nicht unbedingt tragen.

Die japanische Agentur für Marine-Geowissenschaften und Technologie (JAMESTEC) plant den Bau einer BSL-4-Anlage auf ihrem hochseetauglichen Forschungsschiff Chikyu, sagte Tsou. Und JAMESTEC-Beamte haben positiv auf die Möglichkeit reagiert, Enceladus-Proben auf Chikyu zu lagern und zu studieren, fügte er hinzu.

"Sie werden das Personal haben; sie werden die Erfahrung haben", sagte Tsou. "Um [Proben] von einem anderen [Welt] Ozean zu erholen - sie waren sehr aufgeregt."

Die Zusammenarbeit von LIFE mit Japan könnte umfangreich sein, wenn die Mission endet: Tsou sagte, es bestehe die Chance, dass Japan LIFEs Sample-Return-Kapsel liefern würde. (Die Nation verfügt über ein gewisses Know-how in diesem Bereich; die Japan Aerospace Exploration Agency, oder JAXA, hat 2010 Teile des Asteroiden Itokawa erfolgreich zur Erde gebracht und letztes Jahr eine weitere Asteroidenstichprobenmission gestartet.)

Es gibt keine festen Verpflichtungen zu diesem Zeitpunkt, aber Tsou sagte, dass er produktive Treffen mit Beamten von JAXA und dem Institut für Luft- und Raumfahrtwissenschaft des Landes gehabt habe.

In der Tat, Tsou äußerte sich optimistisch, dass Japan in der Lage sein würde, etwa 200 Millionen Dollar des Preises der potenziellen Mission abzuholen und die NASA die restlichen 500 Millionen Dollar oder so zu bezahlen. LIFE könnte daher eines Tages im Rahmen des Discovery-Programms der NASA fliegen können, das konzentrierte, relativ kostengünstige Missionen startet.

Zukunft im Zweifel

Die Weltraumbehörde erwägt derzeit etwa zwei Dutzend Vorschläge für eine Discovery-Mission, die bis Ende 2021 mit einer Kostenobergrenze von 450 Millionen US-Dollar starten wird (ohne Post-Launch-Operationen). Die NASA wird voraussichtlich diesen Monat eine Handvoll Finalisten auswählen und dann im September 2016 ihre Wahl treffen.

ELF ist für diese Mission im Einsatz, aber Tsou und seine Kollegen haben LIFE nicht als Möglichkeit vorgelegt. Der aktuelle Discovery-Aufruf untersagte die Verwendung von Kernenergiequellen - wie thermoelektrischen Radioisotop-Generatoren, die die durch den radioaktiven Zerfall von Plutonium-238 erzeugte Wärme in Elektrizität umwandeln - offensichtlich in dem Bemühen, den schwindenden Vorrat an Plutonium der NASA zu erhalten.

Tsou hält Kernbrennstoff für Sonden, die bis zum Saturn fliegen, der 9,5 mal weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde und daher viel weniger Sonnenenergie benötigt. (Lunine hingegen ist zuversichtlich, dass ELF Solarstrom nutzen kann.)

Die Zukunft von LIFE liegt also in der Luft. Tsou sagte, er würde das Konzept gerne als Discovery-Mission auf der Straße vorschlagen, obwohl er vorhersagen könnte, LEBEN über NASA's Mittelklassen-Explorationsprogramm, bekannt als New Frontiers, wenn der nächste Discovery-Aufruf auch nuklearfrei ist. (Die 720 Millionen US-Dollar-Mission "New Horizons", die im Juli den allerersten Vorbeiflug von Pluto durchführte, ist ein New-Frontiers-Projekt.)

"Wir treiben immer noch ohne Finanzierung weiter und tun unser Bestes", sagte Tsou.