Forscher der University of Washington und der University of California, Berkeley, haben Experimente durchgeführt, bei denen die physikalischen Grenzen für die Existenz von flüssigem Wasser in eisigen außerirdischen Welten gemessen wurden. Diese Mischung aus Geowissenschaften und Technik wurde durchgeführt, um die Suche nach außerirdischem Leben und die bevorstehende robotische Erkundung der Ozeane auf Monden anderer Planeten zu unterstützen.
Die Ergebnisse wurden kürzlich in veröffentlicht Zellberichte Physikalische Wissenschaften.
„Je stabiler eine Flüssigkeit ist, desto vielversprechender ist sie für die Bewohnbarkeit“, sagte der Co-Korrespondenzautor Baptiste Journaux, stellvertretender Assistenzprofessor für Erd- und Weltraumwissenschaften an der UW. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die kalten, salzigen Hochdruckflüssigkeiten, die in den tiefen Ozeanen der Monde anderer Planeten gefunden werden, bei viel kühleren Temperaturen flüssig bleiben können als bei niedrigeren Drücken. Dies erweitert die Bandbreite möglicher Lebensräume auf eisigen Monden und wird es uns ermöglichen, genau zu bestimmen, wo wir nach Biosignaturen oder Lebenszeichen suchen sollten.“
Die Eismonde von Jupiter und Saturn – einschließlich Europa, Ganymed und Titan – sind in unserem Sonnensystem führende Kandidaten für außerirdisches Leben. Es wird angenommen, dass diese eisbedeckten Monde riesige flüssige Ozeane beherbergen, die bis zu mehreren Dutzend Mal so groß sind wie die Ozeane auf der Erde.
„Trotz ihrer Bezeichnung als ‚blaue Murmel‘ ist die Erde im Vergleich zu diesen Welten bemerkenswert trocken“, sagte Journaux.
Die Ozeane auf diesen Monden können verschiedene Arten von Salzen enthalten und werden voraussichtlich von etwa 100 Meilen Tiefe auf Europa bis zu mehr als 400 Meilen Tiefe auf Titan reichen.
„Wir wissen, dass Wasser das Leben unterstützt, aber der größte Teil der Ozeane auf diesen Monden liegt wahrscheinlich unter null Grad Celsius und hat einen höheren Druck als alles andere auf der Erde“, sagte Journaux. „Wir mussten wissen, wie kalt ein Ozean werden kann, bevor er vollständig gefriert, auch in seinem tiefsten Abgrund.“
Die Studie konzentrierte sich auf Eutektika oder die niedrigste Temperatur, bei der eine Salzlösung flüssig bleiben kann, bevor sie vollständig gefriert. Salz und Wasser sind ein Beispiel – Salzwasser bleibt unterhalb der Gefriertemperatur von reinem Wasser flüssig, einer der Gründe, warum Menschen im Winter Salz auf Straßen streuen, um Eisbildung zu vermeiden.
Bei den Experimenten wurden Geräte der UC Berkeley verwendet, die ursprünglich für die zukünftige Kryokonservierung von Organen für medizinische Anwendungen und zur Lebensmittellagerung entwickelt wurden. Für diese Forschung verwendeten die Autoren es jedoch, um die Bedingungen zu simulieren, von denen angenommen wird, dass sie auf den Monden anderer Planeten existieren.
Journaux, ein Planetenwissenschaftler und Experte für die Physik von Wasser und Mineralien, arbeitete mit Ingenieuren der UC Berkeley zusammen, um Lösungen von fünf verschiedenen Salzen bei Drücken bis zum 3.000-fachen des atmosphärischen Drucks oder 300 Megapascal zu testen – etwa dem Dreifachen des Drucks im tiefsten Ozeangraben der Erde .
„Das Wissen um die niedrigstmögliche Temperatur, damit Salzwasser bei hohem Druck flüssig bleibt, ist ein wesentlicher Bestandteil des Verständnisses, wie außerirdisches Leben in den tiefen Ozeanen dieser eisigen Ozeanwelten existieren und gedeihen könnte“, sagte Co-Autor Matthew Powell-Palm, der dies tat die Arbeit als Postdoktorand an der UC Berkeley, außerdem Mitbegründer und CEO des Kryokonservierungsunternehmens BioChoric, Inc.
Journaux begann kürzlich mit dem Dragonfly-Missionsteam der NASA zusammenzuarbeiten, das 2027 einen Drehflügler zum größten Saturnmond Titan schicken wird. Die NASA leitet auch die Mission Europa Clipper im Jahr 2024 zur Erforschung von Europa, einem der vielen Monde, die Jupiter umkreisen. In der Zwischenzeit wird die Europäische Weltraumorganisation im Jahr 2023 ihre Raumsonde JUICE oder Jupiter Icy Moons Explorer entsenden, um drei der größten Jupitermonde zu erkunden: Ganymed, Callisto und Europa.
„Die aus dieser Studie gewonnenen neuen Daten können dazu beitragen, das Verständnis der Forscher für die komplexen geologischen Prozesse zu verbessern, die in diesen eisigen Ozeanwelten beobachtet werden“, sagte Journaux.
Brooke Chang et al., Über die Druckabhängigkeit von salzigen wässrigen Eutektika, Zellberichte Physikalische Wissenschaft (2022). DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.100856