Weltraumforschung mit Chemie 16.06.2023, 12:02 Uhr

Phosphor auf Enceladus entdeckt: Ist das der Beweis für Leben im Weltall?

Gerade hat ein Team aus Chemikerinnen und Chemikern zum ersten Mal die Existenz von Phosphor außerhalb unserer Erde nachgewiesen. Das ist dahingehend bemerkenswert, da damit der letzte noch fehlende Baustein entschlüsselt wurde, der für Leben, wie wir es kennen, unbedingt erforderlich ist.

Enceladus

Entscheidend für das Enstehen von Leben: Unter der dicken Eisschicht des Enceladus wurde erstmals außerhalb der Erde Phosphor nachgewiesen.

Foto: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Gibt es Leben im Weltall? Eine seriöse Antwort darauf kann derzeit noch keiner geben. Allerdings ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass die Erde nicht der einzige Planet ist, auf dem Leben möglich ist. Aktuell haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Deutschland, Japan und den USA nachgewiesen, dass sich unter dem Eis des Saturnmondes Enceladus Phosphorsalze befinden. Phospor ist einer der wichtigsten Bausteine für das Entstehen von Leben und wurde bislang noch nirgends außerhalb unseres Planeten nachgewiesen.

Das ist der Enceladus

Der Enceladus ist einer der größten Monde des Saturns, er nimmt in Bezug auf Masse und Durchmesser den sechsten Rang unter den 145 bekannten Monden ein. In Bezug auf den Abstand zum Zentralplaneten Saturn liegt er an vierzehnter Stelle.

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Als Eismond zeigt Enceladus kryovulkanische Aktivitäten, bei denen hohe Fontänen aus Wassereispartikeln auf der südlichen Hemisphäre entstehen und eine dünne Atmosphäre erzeugen. Diese Fontänen speisen vermutlich den E-Ring des Saturns. In den Gebieten mit vulkanischer Aktivität wurden auch Hinweise auf flüssiges Wasser gefunden, was Enceladus zu einem der vielversprechendsten Orte im Sonnensystem macht, an denen günstige Bedingungen für die Entstehung von Leben möglich sein könnten.

Chemie wird immer wichtiger bei der Erforschung des Alls

In einem Interview erläuterte Prof. Dr. Bernd Abel vom Institut für Technische Chemie der Universität Leipzig die zunehmende Bedeutung von Chemikerinnen und Chemikern in der Erforschung des Weltalls. Abel ist Mitglied eines internationalen Forschungsteams, das die Messdaten der Raumsonde Cassini analysiert und in Laborexperimenten nachstellt. Von 2004 bis 2017 erkundete die Sonde den Saturn und seine Monde.

Nach Meinung von Prof. Dr. Abel verbindet die Chemie Physik und Biologie miteinander. Während sich die Physik hauptsächlich mit der Entwicklung von Instrumenten beschäftige, würde sich die Biologie um lebende Systeme kümmern. Der Chemie komme eine besondere Bedeutung zu, denn sie sei künftig extrem wichtig, um das Konzept der chemischen Evolution von einfachen Molekülen über komplexere chemische Strukturen bis hin zu einfachen lebenden Systemen zu verstehen.

Uni Leipzig spielt wichtige Rolle bei der Interpretation der Cassini-Daten

Die Universität Leipzig hat verschiedene Geräte und Methoden entwickelt, die von wichtiger Bedeutung sind, um Massenspektren der Cassini-Sonde im Labor zu interpretieren. Massenspektren liefern Informationen über die in einer Probe enthaltenen Substanzen und waren der Schlüssel, um die Chemie im Ozean unter der Eiskruste des Enceladus und anderer Monde in unserem Sonnensystem zu verstehen.

Das Forschungsteam aus Leipzig nutzte zudem quantenchemische Methoden, um chemische Prozesse nachzubilden, wobei auch Physikerinnen und Physiker eine wichtige Rolle spielten. Die Chemikerinnen und Chemiker unter der Leitung von Prof. Dr. Abel, die auf physikalische und technische Chemie spezialisiert sind, trugen maßgeblich zur chemischen Modellierung und Modellbildung bei.

Wie wurden Proben von Enceladus genommen?

Der Saturmond Enceladus ist 1,3 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt. Auf der Oberfläche des Mondes ist es minus 200 Grad Celsius kalt. Bis zu 90 Grad Celsius heiß kann es allerdings am Grund des Ozeans aus Wasser werden, der von einer kilometerdicken Eiskruste umschlossen ist. Da ist es durchaus schwierig, Proben zu sammeln, die auf der Erde ausgewertet werden können.

Prof. Dr. Abel erklärt, wie das gemacht wurde: „Die Cassini-Sonde untersuchte die Zusammensetzung des Ozeans, indem sie Material im Vorbeiflug analysierte, das von den kryovulkanischen Geysiren am Südpol des Mondes in den Weltraum geschleudert wurde. Mit dem sogenannten Cosmic Dust Analyzer (CDA) an Bord der Sonde wurden unter anderem Massenspektren der untersuchten Eiskörner aufgenommen. Damit war im Prinzip eine chemische Analyse der Bestandteile, also Moleküle, Salze, Elemente, der Eispartikel möglich.“

Wie erfolgte die Auswertung der Proben?

Die Analyse der komplexen Massenspektren, die von der Cassini-Sonde aufgenommen wurden, stellte eine herausfordernde Aufgabe dar. Dank einer speziell von der Universität Leipzig entwickelten Apparatur und innovativen Methoden war es jedoch möglich, die Bedingungen im Weltraum zu simulieren. Das Forschungsteam unter Prof. Dr. Abel simulierte also den Einschlag von Eispartikeln auf dem Cosmic Dust Analyzer an Bord der Cassini-Sonde.

Diese Einschläge erzeugten typischerweise komplexe und bisher unbekannte Muster in den Massenspektren. Durch die Laborexperimente war es dem Team möglich, diese Muster zu verstehen und interessante Erkenntnisse über die Chemie in der wässrigen Phase unter der Eisoberfläche des Enceladus (und anderer Monde im Sonnensystem) zu gewinnen.

Wie wichtig sind die Ergebnisse für die weitere Erforschung des Weltalls?

Die Entdeckung von Phosphor auf Enceladus war ein wichtiger Schritt, da es sich um den letzten fehlenden elementaren Baustein handelt, der für das Leben, wie wir es kennen, unverzichtbar ist. Die Suche nach außerirdischem Leben wird in zukünftigen Missionen der NASA und ESA eine besondere Rolle spielen. Dabei wird man zunächst nach komplexeren Molekülen suchen, die den Weg zu lebenden Systemen ebnen könnten.

Ein prominentes Beispiel für solche Missionen ist die Jupiter-Icy-Moons-Explorer-Mission der ESA (JUICE). Mit einer Reihe von Fernerkundungs-, geophysikalischen und in-situ-Instrumenten wird JUICE detaillierte Beobachtungen des riesigen Gasplaneten Jupiter und seiner drei Monde – Ganymed, Callisto und Europa – durchführen. Die Mission zielt darauf ab, diese Monde sowohl als planetarische Objekte als auch als potenzielle Lebensräume zu erforschen.

Prof. Dr. Abel ergänzt: „Wie in unserem neuesten Artikel in der Zeitschrift „Nature“ zu lesen ist, kommt der Chemie auf der Suche nach Leben, wie wir es kennen, eine besondere Bedeutung zu. Nur sie ist in der Lage, die große Wissenslücke der chemischen Evolution zwischen einfachen Biomolekülen und ersten komplexen biomolekularen Komplexen bis hin zu ersten einfachen lebenden Organismen zu verstehen.“

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

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