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Mission zu Enceladus: »Sämtliche Zutaten für primitive Lebensformen sind vorhanden«

Unter dem Eispanzer des Saturnmonds Enceladus könnte Leben existieren. Wie eine autonome Schmelzsonde in Zukunft außerirdische Organismen vor Ort aufspüren soll, erklärt die Geologin Pia Friend im Interview. Ebenso, warum die Mission noch in ferner Zukunft liegt.
Künstlerische Darstellung des Saturnmonds EnceladusLaden...

Gibt es Leben unter dem Eispanzer des Enceladus? Der im Durchmesser nur etwa 500 Kilometer große Mond des Planeten Saturn ist für die Suche nach außerirdischen Organismen ein vielversprechender Kandidat. Die Initiative EnEx (kurz für: Enceladus Explorer) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) treibt deshalb eine Mission voran. Die Idee: Eine Schmelzsonde soll durch Enceladus‘ Eispanzer manövrieren und eine wassergefüllte Spalte ansteuern. Wie erste Versuche mit der IceMole auf europäischen Gletschern und in der Antarktis helfen, die Reise vorzubereiten, wie Leben überhaupt enstehen kann und wann die Mission frühstens beginnt, erzählt die Geologin Pia Friend.

Spektrum.de: Sie möchten mit Kollegen ein Loch in den Saturnmond Enceladus schmelzen. Was macht den eisigen Brocken derart interessant?

Pia Friend: Enceladus ist ein faszinierender Himmelskörper mit vielen überraschenden Eigenschaften, insbesondere für mich als Geologin. Ein Punkt sticht aber heraus: Dieser Mond gilt als einer der vielversprechendsten Orte in unserem Sonnensystem, um nach extraterrestrischem Leben zu suchen.

Leben auf einer tiefgefrorenen Welt, die zehnmal so weit von der Sonne entfernt ist wie die Erde?

Das mag überraschend klingen, keine Frage, insbesondere bei einer Oberflächentemperatur von durchschnittlich minus 200 Grad Celsius. Doch unter diesem eisigen Panzer sind auf Enceladus – nach allem, was wir bislang wissen – sämtliche Zutaten vorhanden, die es braucht, damit primitive Lebensformen entstehen können.

Pia FriendLaden...
Pia Friend | Die promovierte Mineralogin ist wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung für Astrophysik der Universität Wuppertal. Sie beteiligt sich an der Enceladus-Explorer-Initiative des DLR, bei der die Wissenschaftler und Ingenieure neue Technologien entwickeln, die eine Raumfahrtmission zum Saturnmond Enceladus vorantreiben sollen.

Welche Voraussetzungen müssen überhaupt gegeben sein, dass sich Leben bilden kann?
Für Leben, wie wir es kennen, müssen drei grundsätzliche Dinge erfüllt sein: Es braucht flüssiges Wasser, das ist ganz wichtig. Dann braucht es organische Verbindungen aus Kohlenstoff und Sauerstoff, aber auch aus Stickstoff, Phosphor und Schwefel. Und es braucht Energie. Zudem sollte all dies über einen ausreichend langen Zeitraum stabil bleiben, damit sich Lebewesen entwickeln können.
Und Enceladus bietet all das?

Ja. Eine entscheidende Rolle spielt dabei die Gravitation des Saturns, die den kleinen Mond mit ihren Gezeitenkräften durchknetet. Dadurch heizt sich der massive Kern von Enceladus, der aus Gestein und wohl ebenfalls Metall besteht, stark auf.

Die Eisschichten darüber fangen an zu schmelzen?

Nicht nur das: Wasser aus diesem subglazialen Ozean strömt wahrscheinlich auch durch den porösen Kern. Dabei wäscht es Elemente aus den Mineralien, die als Bausteine einfacher Lebensformen dienen können. Im Grunde sind das ähnliche Begebenheiten wie an den Schwarzen und Weißen Rauchern am Ozeanboden der frühen Erde, wo sich aus dem biologischen Nichts vermutlich die ersten primitiven Bewohner unseres Planeten entwickelt haben.

Und die Zeit? Hat die auf Enceladus auch ausgereicht?

Das ist die große Frage. Allerdings ist selbst auf der Erde noch immer umstritten, wie lange es tatsächlich gedauert hat, bis Leben entstanden ist. Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass sich erste Organismen sehr viel schneller entwickelt haben könnten als bislang angenommen.

Woher weiß die Wissenschaft eigentlich so viel über einen nur 500 Kilometer großen Mond in mehr als einer Milliarde Kilometern Entfernung zur Erde ?

Schon bei seiner Entdeckung im 18. Jahrhundert hat Enceladus das Interesse der Astronomen geweckt, da er am Himmel vergleichsweise hell erschien. Heute wissen wir, dass der Mond 99 Prozent des einfallenden Sonnenlichts reflektiert, mehr als jeder andere Himmelskörper im Sonnensystem. Das ist überraschend.

Warum?

Normalerweise verunreinigen interstellarer Staub und Mikrometeoriten im Laufe der Zeit die Oberfläche eines Himmelskörpers. Einschläge größerer Meteoriten hinterlassen zudem Krater. All das verringert die Reflektivität. Enceladus hingegen bleibt konstant hell – und das geht eigentlich nur, wenn sich die Oberfläche ständig erneuert.

Durch geologische Aktivitäten?

Ja, auch wenn Enceladus dafür lange Zeit als zu klein galt. Erst die Raumsonde Cassini, die von 2004 bis 2017 das Saturnsystem erkundet hat, konnte mit ihren Daten und Beobachtungen eindeutig belegen, dass der Mond geologisch aktiv ist und einen globalen Ozean unter seiner Eisschicht verbirgt. Zudem zeigten Cassinis Bilder etwa 100 Geysire in der Südpolarregion, die Eis, Wasserdampf und kleine Partikel ins All schleudern.

Kryovulkanismus am Südpol von EnceladusLaden...
Kryovulkanismus am Südpol von Enceladus | Von Ozeanen tief unter dem Eismond steigt Wasser in Spalten auf und schießt in Fontänen ins Weltall. In diesen Ozeanen tief unter dem Eispanzer könnte es Spuren von Leben geben.

Wenn diese Geysire Material aus dem Ozean freisetzen, warum wollen Sie den Mond dann überhaupt anschmelzen?

Weil es nicht reicht, durch die Auswürfe der Geysire zu fliegen. Cassini hat das getan und dabei sogar organische Verbindungen entdeckt. Diese müssen allerdings nicht unbedingt biologischen Ursprungs sein, solche Stoffe finden sich zum Beispiel auch in lebensfeindlichen Meteoriten. Eventuell vorhandene Organismen würden höchstwahrscheinlich kaputtgehen, wenn sie ins Vakuum des Weltalls geschleudert werden. Ihr Ursprung lässt sich dann nicht mehr rekonstruieren. Deshalb möchten wir im Eispanzer nachsehen.

Wo wäre eine gute Stelle, um nach Leben zu suchen?

In der Südpolarregion, in der die Geysire aktiv sind. Wir gehen davon aus, dass relativ nah unter der Oberfläche wassergefüllte Spalten existieren, die von den Geysiren gespeist werden. Eine Sonde könnte sich dort durchs Eis schmelzen und mit etwas Glück schon nach wenigen Kilometern in einer Spalte auf Wasser stoßen.

Klingt einfach, ist es aber bestimmt nicht. Was wäre die größte Herausforderung bei solch einer Mission?

Die Sonde müsste selbstständig navigieren und autark Entscheidungen treffen.

Eine Fernsteuerung ist nicht möglich?

Nein. Auf Grund der großen Entfernung braucht jedes Signal, das von der Erde zu Enceladus geschickt wird, etwa 90 Minuten. Die Antwort der Sonde würde noch einmal so lange dauern. Ein Schmelzroboter muss eine wassergefüllte Spalte daher nicht nur eigenständig detektieren, er muss auch alle Hindernisse – wie Meteoriten oder Lufteinschlüsse im Eispanzer – erkennen, um sie rechtzeitig zu umfahren. Gelingen könnte das zum Beispiel mit einem Radar.

Arbeiten Radarstrahlen im Eis denn zuverlässig?

Das ist eine gute Frage, dazu gibt es bislang wenig Studien, da machen wir wirklich Grundlagenforschung. Eine große Unsicherheit ist zum Beispiel, dass wir nicht wissen, wie schnell sich die Radarwellen im Eis von Enceladus ausbreiten. So etwas lässt sich vorher auch schlecht ermitteln, da Eis unterschiedlich beschaffen sein kann: Je nach Dichte, Schichtung und Salzgehalt verändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit.

Können Sie die Bedingungen auf Enceladus nicht im Labor simulieren?

Doch, Kollegen arbeiten gerade daran, die Bedingungen vor Ort – das extrem kalte Eis und die geringen Drücke – in kleinem Maßstab nachzustellen. Eine Alternative besteht darin, auf Gletscher zu gehen und dort unter realen Bedingungen testen.

Was Sie vergangenes Jahr auf dem Mittelbergferner in Österreich gemacht haben. Was ist dabei herausgekommen?

Wir haben die Permittivität des Eises gemessen, also quasi die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Radarwellen. Ein Kollege steuerte zudem einen Roboter mit einem Oberflächenradar über das Eis und konnte dabei sogar eine wassergefüllte Spalte detektieren, wie es auch auf Enceladus passieren soll. Das Problem: Wir hatten superschönes Wetter, eigentlich war es zu schön.

Techniktest auf GletscherLaden...
Techniktest auf Gletscher | Die entwickelten Schlüsseltechnologien lassen sich im Gletschereis auf der Erde testen. Zuletzt führten die Forscher einen solchen Feldtest im Februar 2019 auf dem Mittelbergferner in Österreich durch.

Zu schön?

Ja (lacht). Wir hatten uns extra den Winter für die Experimente ausgesucht. Trotzdem war es so warm, dass der Schnee auf dem Gletscher ziemlich nass geworden ist, was einen großen Teil der Radarsignale absorbiert hat. Der nächste Feldtest ist daher auf dem Aletschgletscher in der Schweiz geplant. Der liegt 1000 Meter höher, da hoffen wir auf eine bessere Eisqualität.

Und wann wird es dann losgehen zu Enceladus?

Es gibt noch keine Mission. Wir machen Grundlagenforschung. Wir entwickeln die Schlüsseltechnologien für den Fall, dass irgendwann die Entscheidung für solch einen Flug getroffen wird. Doch selbst dann wird das keine schnelle Mission: Auf Grund der großen Masse des Schmelzroboters wäre solch eine Sonde gut 15 Jahre lang zu Enceladus unterwegs.

Wie motivieren Sie sich, an einer Mission zu arbeiten, die Jahrzehnte in der Zukunft liegt und womöglich niemals starten wird?

Das Großartige ist, dass unsere Ergebnisse auch auf der Erde eingesetzt werden können. Sind wir erfolgreich, dann könnten Gletscher künftig anders erforscht werden als heute. Dann ließen sich zum Beispiel Aschelagen von Vulkanausbrüchen finden, die Rückschlüsse auf das Alter der Gletscherschichten ermöglichen würde – und zwar direkt im Gletschereis und nicht erst später in einem Bohrkern im Labor.

Der Wettbewerb unter geplanten Raumfahrtmissionen ist groß. Gerade rückt Jupiters Eismond Europa wieder in den Fokus, bis hin zu Plänen für eine Schmelzsonde. Sehen Sie darin eine Konkurrenz?

Nein, wir arbeiten seit Kurzem sogar an einem weiteren Projekt, das sich Europa als Ziel gesetzt hat. Daher ist das für mich kein Gewissenskonflikt. Ob unsere Technologie letztlich auf Enceladus oder Europa genutzt wird – da bin ich nicht so wählerisch. Das fände ich beides super.

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