Sinds deCassini missie het Saturnus systeem binnenkwam en de manen begon te bestuderen, is Enceladus een grote bron van belangstelling geworden. Toen de sonde pluimen van water en organische moleculen ontdekte die uit het zuidpoolgebied van de maan kwamen, begonnen wetenschappers te speculeren dat Enceladus mogelijk een warmwateroceaan in zijn binnenland zou hebben - net zoals de maan Europa van Jupiter en andere lichamen in ons zonnestelsel.
In de toekomst hoopt NASA een nieuwe missie naar dit systeem te sturen om deze pluimen en het interieur van Enceladus verder te verkennen. Deze missie omvat waarschijnlijk een nieuw instrument dat onlangs door NASA is aangekondigd, bekend als het Submillimeter Enceladus Life Fundamentals Instrument (SELFI). Dit instrument, dat werd voorgesteld door een team van het NASA Goddard Space Flight Center, kreeg onlangs steun voor verdere ontwikkeling.
Voorafgaand aan de Cassini missie, dachten wetenschappers dat het oppervlak van Enceladus vastgevroren was. Echter, Cassini gegevens onthulden een lichte wiebeling in de baan van de maan die de aanwezigheid van een binnenzee suggereerde. Net als Europa wordt dit veroorzaakt door getijdekrachten die buiging in de kern veroorzaken, die voldoende warmte genereert om vloeibaar water binnenin vast te houden. Rond de zuidpool resulteert dit in het openbarsten van het ijs en het vormen van kloven.
De Cassini missie ontdekte ook pluimen afkomstig van ongeveer 100 verschillende kloven die voortdurend ijzige deeltjes, waterdamp, kooldioxide, methaan en andere gassen de ruimte in spuwen. Om deze nader te bestuderen, heeft NASA een aantal ambitieuze instrumenten ontwikkeld die afhankelijk zijn van millimetergolven of radiofrequente (RF) golven om hun samenstelling te bepalen en meer te leren over de binnenzee van Enceladus.
Volgens SELFI Principal Investigator Gordon Chin vertegenwoordigt SELFI een aanzienlijke verbetering ten opzichte van bestaande submillimeter-golflengteapparaten. Eenmaal ingezet, meet het sporen van chemicaliën in de pluimen van water en ijzige partijen die periodiek uit de zuidelijke spleten van Enceladus kwamen, ook wel bekend als 'Tiger Stripes'. Naast het onthullen van de chemische samenstelling van de oceaan, zal dit instrument ook aangeven dat het potentieel heeft om het leven te ondersteunen.
Op aarde zijn hydrothermale ventilatieopeningen de thuisbasis van bloeiende ecosystemen, en er wordt zelfs vermoed dat dit de plek is waar het leven voor het eerst op aarde is ontstaan. Vandaar dat wetenschappers zo graag hydrothermale activiteit op manen als Enceladus willen bestuderen, omdat deze de meest waarschijnlijke plaats zouden kunnen zijn om buitenaards leven in ons zonnestelsel te vinden. Zoals Chin aangaf in een persverklaring van NASA:
“Submillimeter golflengten, die zich in het bereik van zeer hoogfrequente radio bevinden, bieden ons een manier om de hoeveelheid van veel verschillende soorten moleculen in een koud gas te meten. We kunnen alle pluimen doorzoeken om te zien wat er uit Enceladus komt. Waterdamp en andere moleculen kunnen een deel van de chemie van de oceaan onthullen en een ruimtevaartuig het beste pad sturen om door de pluimen te vliegen om andere metingen direct uit te voeren. "
Moleculen zoals water, kooldioxide en andere elementen zenden specifieke radiofrequenties uit, waarvoor submillimeter-spectrometers gevoelig zijn. De spectraallijnen zijn zeer discreet en de intensiteit waarmee ze uitzenden kan worden gebruikt om hun bestaan te kwantificeren. Met andere woorden, instrumenten zoals SELFI zullen niet alleen de chemische samenstelling van de binnenzee van Enceladus kunnen bepalen, maar ook de overvloed aan die chemicaliën.
In de ruimtewetenschappen worden al tientallen jaren spectrometers gebruikt om de chemische composities van planeten, sterren, kometen en andere doelen te meten. Meest recentelijk hebben wetenschappers geprobeerd spectra te verkrijgen van verre planeten om de chemische samenstellingen van hun atmosfeer te bepalen. Dit is cruciaal bij het vinden van potentieel bewoonbare exoplaneten, aangezien waterdamp, stikstof en zuurstofgas allemaal nodig zijn voor het leven zoals we het kennen.
Het uitvoeren van scans in de submillimeterband is echter een relatief nieuw proces, aangezien submillimeter-gevoelige instrumenten complex en moeilijk te bouwen zijn. Maar met behulp van NASA-financiering voor onderzoek en ontwikkeling verhogen Chin en zijn collega's de gevoeligheid van het instrument met behulp van een versterker die het signaal tot ongeveer 557 GHz zal verhogen. Hierdoor kan SELFI zelfs minieme sporen van water en gassen detecteren die uit het oppervlak van Enceladus komen.
Andere verbeteringen zijn onder meer een energie-efficiënter en flexibeler gegevensverwerkingssysteem voor radiofrequenties, evenals een geavanceerde digitale spectrometer voor het RF-signaal. Deze laatste verbetering zal gebruik maken van programmeerbare circuits met hoge snelheid om RF-gegevens om te zetten in digitale signalen die kunnen worden geanalyseerd om gasgrootheden, temperaturen en snelheden van de pluimen van Enceladus te meten.
Dankzij deze verbeteringen kan SELFI tegelijkertijd 13 verschillende soorten moleculen detecteren en analyseren, waaronder verschillende isotopen van water, methanol, ammoniak, ozon, waterstofperoxide, zwaveldioxide en natriumchloride (ook bekend als zout). Naast Enceladus gelooft Chin dat het team het instrument voldoende kan verbeteren voor voorgestelde toekomstige missies. 'SELFI is echt nieuw', zei hij. "Dit is een van de meest ambitieuze submillimeter-instrumenten ooit gebouwd."
Zo hebben wetenschappers de afgelopen jaren pluimactiviteiten gezien die van het oppervlak van Europa komen. Ook hier wordt aangenomen dat deze activiteit het resultaat is van geothermische activiteit, die warme waterpluimen van de binnenzee van de maan naar de oppervlakte stuurt. NASA hoopt al deze pluimen en die op Enceladus te onderzoeken met behulp van de James Webb Space Telescope, die in 2019 zal worden ingezet.
Een andere mogelijkheid zou zijn om de voorgestelde Europa Clipper - die tussen 2022 en 2025 wordt gelanceerd - uit te rusten met een instrument als SELFI. Het instrumentenpakket voor deze sonde vereist al een spectrometer, maar een verbeterd submillimetergolf- en RF-apparaat zou een meer gedetailleerde kijk op Europa's pluimen mogelijk kunnen maken. Deze gegevens zouden op hun beurt het decennia-oude debat kunnen oplossen over de vraag of het interieur van Europa het leven wel of niet kan ondersteunen.
In de komende decennia is een van de grootste prioriteiten van ruimteverkenning het onderzoeken van de 'Ocean Worlds' van het zonnestelsel op tekenen van leven. Om dit door te zetten zijn NASA en andere ruimtevaartagentschappen bezig met het ontwikkelen van de nodige tools om alle chemische en biologische indicatoren op te snuiven. Binnen een decennium, met een beetje geluk, zullen we misschien ontdekken dat het leven op aarde geen uitzondering is, maar deel uitmaakt van een grotere norm.
