Metan i fanerne på Saturns måne Enceladus:Mulige tegn på liv?

En ukendt metan-producerende proces er sandsynligvis på arbejde i det skjulte hav under den iskolde skal af Saturns måne Enceladus, foreslår en ny undersøgelse offentliggjort i Natur astronomi af forskere ved University of Arizona og Paris Sciences &Lettres University.

Kæmpe vandfaner, der bryder ud fra Enceladus, har længe fascineret både videnskabsmænd og offentligheden, inspirerende forskning og spekulationer om det enorme hav, der menes at være klemt inde mellem månens stenede kerne og dens iskolde skal. Flyver gennem fanerne og prøver deres kemiske makeup, Cassini-rumfartøjet opdagede en relativt høj koncentration af visse molekyler forbundet med hydrotermiske udluftninger på bunden af ​​Jordens oceaner, specifikt dihydrogen, metan og kuldioxid. Mængden af ​​metan fundet i fanerne var særligt uventet.

"Vi ville gerne vide:Kan jordlignende mikrober, der 'spiser' dihydrogenet og producerer metan, forklare den overraskende store mængde metan, som Cassini har opdaget?" sagde Regis Ferriere, en lektor ved University of Arizona Department of Ecology and Evolutionary Biology og en af ​​undersøgelsens to hovedforfattere. "At lede efter sådanne mikrober, kendt som methanogener, på Enceladus' havbund ville kræve ekstremt udfordrende dyb-dyk-missioner, som ikke er i sigte i flere årtier."

Ferriere og hans team tog en anden, nemmere rute:De konstruerede matematiske modeller til at beregne sandsynligheden for, at forskellige processer, herunder biologisk methanogenese, kan forklare Cassini-dataene.

Forfatterne anvendte nye matematiske modeller, der kombinerer geokemi og mikrobiel økologi til at analysere Cassini-fanedata og modellere de mulige processer, der bedst forklarer observationerne. De konkluderer, at Cassinis data er konsistente enten med mikrobiel hydrotermisk udluftningsaktivitet, eller med processer, der ikke involverer livsformer, men er forskellige fra dem, der vides at forekomme på Jorden.

På jorden, hydrotermisk aktivitet opstår, når koldt havvand siver ned i havbunden, cirkulerer gennem den underliggende sten og passerer tæt forbi en varmekilde, såsom et magmakammer, før de spyr ud i vandet igen gennem hydrotermiske udluftninger. På jorden, metan kan produceres gennem hydrotermisk aktivitet, men i et langsomt tempo. Det meste af produktionen skyldes mikroorganismer, der udnytter den kemiske uligevægt af hydrotermisk produceret dihydrogen som en energikilde, og producere metan fra kuldioxid i en proces kaldet methanogenese.

Holdet så på Enceladus' fanesammensætning som slutresultatet af flere kemiske og fysiske processer, der finder sted i månens indre. Først, forskerne vurderede, hvilken hydrotermisk produktion af dihydrogen der bedst passer til Cassinis observationer, og om denne produktion kunne give nok "føde" til at opretholde en befolkning af jordlignende hydrogenotrofe methanogener. At gøre det, de udviklede en model for populationsdynamikken af ​​et hypotetisk hydrogenotrofisk methanogen, hvis termiske og energiske niche blev modelleret efter kendte stammer fra Jorden.

Forfatterne kørte derefter modellen for at se, om et givet sæt kemiske forhold, såsom dihydrogenkoncentrationen i den hydrotermiske væske, og temperatur ville give et passende miljø for disse mikrober at vokse. De så også på, hvilken effekt en hypotetisk mikrobepopulation ville have på sit miljø - f.eks. på udslipshastighederne for dihydrogen og metan i fanen.

" Sammenfattende, ikke kun kunne vi vurdere, om Cassinis observationer er forenelige med et miljø, der er beboeligt for livet, men vi kunne også lave kvantitative forudsigelser om observationer, der kan forventes, hvis methanogenese rent faktisk forekommer på Enceladus' havbund, " forklarede Ferriere.

Resultaterne tyder på, at selv det højest mulige skøn over abiotisk metanproduktion - eller metanproduktion uden biologisk hjælp - baseret på kendt hydrotermisk kemi langt fra er tilstrækkeligt til at forklare metankoncentrationen målt i fanerne. Tilføjelse af biologisk methanogenese til blandingen, imidlertid, kunne producere nok metan til at matche Cassinis observationer.

"Naturligvis, vi konkluderer ikke, at der eksisterer liv i Enceladus' hav, Ferriere sagde. vi ønskede at forstå, hvor sandsynligt det ville være, at Enceladus' hydrotermiske åbninger kunne være beboelige for jordlignende mikroorganismer. Meget sandsynligt, Cassini-dataene fortæller os, efter vores modeller.

"Og biologisk methanogenese ser ud til at være kompatibel med dataene. Med andre ord, vi kan ikke forkaste 'livshypotesen' som højst usandsynlig. For at forkaste livshypotesen, vi har brug for flere data fra fremtidige missioner, " han tilføjede.

Forfatterne håber, at deres papir giver vejledning til undersøgelser, der sigter mod bedre at forstå observationerne fra Cassini, og at det tilskynder til forskning for at belyse de abiotiske processer, der kunne producere nok metan til at forklare dataene.

For eksempel, metan kunne komme fra den kemiske nedbrydning af oprindeligt organisk stof, der kan være til stede i Enceladus' kerne, og som delvist kan blive omdannet til dihydrogen, metan og kuldioxid gennem den hydrotermiske proces. Denne hypotese er meget plausibel, hvis det viser sig, at Enceladus er dannet gennem ophobning af organisk rigt materiale leveret af kometer, Ferriere forklarede.

"Det bunder delvist i, hvor sandsynlige vi tror, ​​at forskellige hypoteser er til at begynde med, " sagde han. "F.eks. hvis vi vurderer, at sandsynligheden for liv i Enceladus er ekstremt lav, så bliver sådanne alternative abiotiske mekanismer meget mere sandsynlige, selvom de er meget fremmede sammenlignet med det, vi kender her på Jorden."

Ifølge forfatterne, et meget lovende fremskridt for papiret ligger i dets metodologi, da det ikke er begrænset til specifikke systemer såsom indre oceaner af iskolde måner og baner vejen for at håndtere kemiske data fra planeter uden for solsystemet, efterhånden som de bliver tilgængelige i de kommende årtier.