Hydrotermiske udluftningseksperimenter bringer Enceladus til Jorden

Laboratorieeksperimenter på Jorden kan nu simulere de forhold, hvorunder liv kan opstå på Saturns måne Enceladus, såvel som andre iskolde fremmede verdener, ifølge ny forskning offentliggjort i september 2017-udgaven af ​​tidsskriftet Astrobiologi .

Da der er liv praktisk talt overalt, hvor der er vand på Jorden, forskere, der leder efter fremmed liv, fokuserer ofte på planeter i stjernernes beboelige zoner, som er de områder omkring stjerner, hvor det er varmt nok til, at verdener har vand på deres overflader. Imidlertid, i de sidste par årtier, forskere har i stigende grad fundet beviser for oceaner – og, potentielt, liv – skjult under de iskolde skorper på steder som Jupiters måner Europa, Ganymedes og Callisto, og Saturns måner Enceladus og Titan.

På jorden, liv menes ofte at være opstået i nærheden af ​​hydrotermiske åbninger, som omfatter varme kilder på land, samt sprækker nær undersøiske vulkaner. Meget forskning har antydet, at iskolde måner også kan være vært for aktive hydrotermiske åbninger på deres havbunde. Enceladus er af særlig interesse, fordi data fra NASAs Cassini-rumfartøj antyder, at der er aktivitet i dets hav, der involverer temperaturer over 90 grader Celsius (194 grader Fahrenheit), hvilket igen antyder geotermisk opvarmning ved hydrotermiske udluftninger.

I øjeblikket, mange grupper af videnskabsmænd simulerer eksperimentelt præbiotisk kemi - de kemiske reaktioner, der kan føre til liv - i alle mulige potentielle miljøer, inklusive hydrotermiske ventilationskanaler, findes på den unge Jord og andre verdener som Enceladus.

"Den tidlige Jord, da livet begyndte, var en så anderledes planet end den Jord, vi kender i dag, og stenprøver fra den tid er sparsomme eller ikke-eksisterende, " siger undersøgelsens hovedforfatter Laurie Barge, en astrobiolog ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. "Vi kan lære meget om livets sidste fælles forfader ved at studere det moderne liv, men for at forstå, hvordan vejen fra geokemi til biokemi oprindeligt fungerede, vi har intet andet valg end at simulere tidlig Jorden i laboratoriet."

I betragtning af at forskere eksperimentelt simulerer jordens præbiotiske kemi, "hvorfor ikke Enceladus eller de andre oceanverdener?" siger Pram. "Det er dejligt, at i laboratoriet, vi har evnen til at lave eksperimenter, der er små mikromiljøer af steder, der ville være ekstremt vanskelige, hvis ikke umuligt, at besøge eller prøve, såsom Jordens tidlige hav for fire milliarder år siden, eller de mineraler, der kan dannes på Enceladus' havbund i dag."

Kemiske reaktioner

Et sæt aktiviteter, der kan finde sted i de hydrotermiske udluftningssystemer i iskolde verdener, og hvilke videnskabsmænd simulerer, er reaktioner mellem vand og sten. For eksempel, i serpentinisering, hydrotermisk vand reagerer med mineralet olivin i havskorpen. Serpentinisering indfører kemikalier i vandet, når de reagerer med havvand, kan danne skorstenslignende strukturer, på jorden, kunne have koncentreret organiske materialer sammen, så liv kunne opstå.

For at simulere de kemiske reaktioner, der kan forekomme mellem vand og sten på verdener som Europa og Enceladus, forskellige grupper af forskere bruger såkaldte "hydrotermiske reaktorer." Disse involverer to tryksatte tanke, en, der indeholder simuleret hydrotermisk væske, det andet simulerede havvand. I disse forsøg, væskerne flyder forbi et leje, der indeholder en række mineraler, såsom syntetisk vulkansk sten. Forskere kan derefter analysere kemikalierne i disse væsker for at lede efter tegn på specifikke reaktioner.

For at syntetisere den slags skorstenslignende strukturer, der findes ved mange hydrotermiske åbninger, forskerhold har langsomt injiceret mineralfyldte opløsninger i glaskrukker fyldt med en væske, der efterligner havvand. Afhængigt af koncentrationerne af de forskellige kemikalier, der bruges til at dyrke disse strukturer, skorstenene kan enten være høje med enkelt hule centre eller "kemiske haver" med flere hule rør. Ifølge Barge og hendes kolleger, tidligere eksperimenter har fundet ud af, at mineralerne i disse strukturer kunne hjælpe med at danne små organiske forbindelser ud fra uorganiske byggesten.

Pressene, temperaturer og sammensætninger af væsker og klipper i alle disse eksperimenter kan let skræddersyes til at matche den slags forhold, der findes på havbunden af ​​Enceladus.

"Der er stadig megen usikkerhed om de særlige forhold i det miljø, hvor livet begyndte, " siger Barge. "Så vi mener, at den bedste strategi til at forfølge disse spørgsmål i laboratoriet er at designe eksperimenter, der er modulære, hvilket betyder, at du kan erstatte forskellige ingredienser og dele for at teste virkningerne af ting individuelt."

Alt i alt, forskere kan bruge disse eksperimenter til at udforske forskellige ideer om, hvordan kemien i fremmede oceaner kan fungere.

"Det er spændende, at så mange forskellige grupper arbejder på dele af dette problem, and hopefully we will eventually be able to accurately simulate what prebiotic reactions might have taken place on early Earth or on the ocean worlds, " Barge said.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NASAs Astrobiology Magazine. Udforsk Jorden og videre på www.astrobio.net.