¿Qué logra volar en la pluma de Encelado?

El INMS de Cassini, el espectrómetro de masas de iones neutros, es un instrumento in situ que mide la composición de gas neutro y de plasma de lo que ingiere. Estaba destinado a medir la atmósfera de Titán, el plasma de la magnetosfera de Saturno, la composición de los anillos y, de hecho, la composición de los efluentes helados de los satélites.

Aquí hay una buena presentación sobre los conceptos básicos del instrumento INMS .

Y sí, el Cosmic Dust Analyzer, CDA, también es un instrumento in situ que detecta partículas de hielo a medida que vuela a través de la columna. El CDA estaba destinado principalmente a medir partículas de anillo. El CDA es lo suficientemente sensible para detectar flujos de partículas que no dañarían la nave espacial. De lo contrario, tendría poco sentido tener un instrumento de este tipo.

Versión concisa del anuncio de la teleconferencia de medios previa al sobrevuelo :

Los científicos de Cassini tienen la esperanza de que el sobrevuelo proporcione información sobre cuánta actividad hidrotermal está ocurriendo dentro de Encelado y cómo esta química del agua caliente podría afectar la habitabilidad potencial del océano para formas de vida simples. Si el instrumento espectrómetro de masa neutra e iones (INMS) de la nave espacial detecta hidrógeno molecular a medida que viaja a través de la columna, los científicos pueden obtener las medidas que necesitan para responder a estas preguntas.

"La confirmación de hidrógeno molecular en el penacho sería una línea de evidencia independiente de que la actividad hidrotermal está teniendo lugar en el océano de Encelado, en el lecho marino", dijo Hunter Waite, líder del equipo INMS en el Southwest Research Institute en San Antonio. "La cantidad de hidrógeno revelaría cuánta actividad hidrotermal está ocurriendo".

Usando el instrumento analizador de polvo cósmico (CDA) de Cassini, los científicos esperan que el sobrevuelo conduzca a una mejor comprensión de la química de la pluma. La baja altitud del encuentro tiene, en parte, la intención de aumentar el acceso de la nave espacial a moléculas más pesadas y masivas, incluidas las orgánicas, que las que la nave espacial ha observado durante pasadas anteriores a mayor altitud a través de la pluma. También se espera que el instrumento CDA, que es capaz de detectar hasta 10.000 partículas por segundo del penacho, revele cuánto material está rociando el penacho desde el océano de la luna hacia el espacio alrededor de Saturno.

Y se puede encontrar una explicación más detallada de las expectativas científicas en esta página de Enceladus Flyby 'E-21' :

Expectativas científicas clave para este sobrevuelo

Los científicos esperan varios resultados científicos importantes del sobrevuelo del 28 de octubre. Estos resultados no estarán disponibles de inmediato: requerirán varios meses de análisis cuidadoso y se publicarán en una revista revisada por pares.

1. Confirmar la presencia de hidrógeno molecular (H2)

• Esta medición se logrará utilizando el sensor de Cassini que detecta los gases en la columna ( llamado INMS )
• La confirmación de H2 sería una línea de evidencia independiente de que se está produciendo actividad hidrotermal en el océano de Encelado, en el lecho marino.

• La cantidad de H2 medidas de Cassini revelaría cuánta actividad hidrotermal está ocurriendo en el océano.

  • Esto tiene implicaciones para la cantidad de energía disponible para crear un ambiente habitable en el océano

2. Comprender mejor la química del material en el penacho

• El detector de polvo de Cassini ( llamado CDA ) obtendrá espectros de las partículas más pesadas que solo se encuentran en altitudes bajas más cercanas a la fuente de la columna.

  • Entre estas partículas más pesadas, Cassini puede detectar nuevas moléculas orgánicas más complejas (aunque sin suficiente resolución para confirmar si son de naturaleza biológica)

  • Los científicos creen que estas partículas más pesadas transportan material del océano subterráneo

  • Los científicos están haciendo experimentos de laboratorio para crear un catálogo al que puedan referirse de huellas dactilares químicas (o espectros) para fragmentos de moléculas orgánicas complejas que Cassini podría detectar

3. Determinar la naturaleza de las fuentes del penacho

• ¿El penacho está formado por chorros compactos en forma de columna o erupciones en forma de cortina que se extienden a lo largo de las fracturas de la raya de tigre (o ambas)?
• ¿Cuánto material helado están expulsando realmente las columnas? Los científicos aún no están seguros, y la cantidad tiene implicaciones importantes sobre cuánto tiempo podría haber estado activa la luna.
• Esta medición se logrará con parte del instrumento CDA de Cassini llamado detector de alta velocidad, que puede contar las partículas de hielo que impactan en la columna (más de 10 000 por segundo) en tiempo real.

Lo sé, un informe bastante seco * de mi parte esta vez, pero el resto ya está en la respuesta de Mark. Solo pensé en compartir esto desde que vi la teleconferencia de sobrevuelo del 26 de octubre . La grabación está aquí , las imágenes que la acompañan aquí .

*OK, OK, aquí hay un recorte mejorado de contraste de una buena imagen de la actividad de la pluma polar sur bastante reciente de Enceladus, tomada por Cassini el 14 de octubre de 2015 ( N00249604 ), dos semanas antes de su sobrevuelo en el medio :

Los científicos de Cassini Solstice Mission pueden tener sus propias expectativas, pero también espero algunas imágenes increíbles de primer plano. :) Se ha mencionado durante la teleconferencia que podrían sufrir una mancha de movimiento sustancial debido a la alta velocidad relativa (8,5 km/s) y las malas condiciones de iluminación, ya que la región del polo sur de Encelado solo estará iluminada por el brillo de Saturno durante el sobrevuelo. , pero que debería ser posible mejorarlos digitalmente en el procesamiento posterior y obtener algunas vistas agradables de su superficie de todos modos.

Una actualización de los "logros" de la medición. Los datos obtenidos del análisis de la química de la pluma sugieren no solo una fuente renovable de energía para los microorganismos potenciales en el océano de Encelado, sino que también ayudan a identificar las características de los organismos terrestres que también podrían vivir allí si (accidentalmente) fueran transportados allí. Si bien las arqueas metanogénicas utilizadas en el ejemplo pueden no ser contaminantes comunes, es una prueba de principio.

Por lo tanto, el análisis de la pluma deja aún más claro el nivel de precaución que debería ejercerse para evitar la contaminación accidental del océano "caldo" de Encelado.

Un artículo reciente y de acceso abierto en Nature Biological methane production under putative Enceladus-like conditions describe un análisis en profundidad de las fuentes de energía en el océano de Enceladus y sugiere que el hidrógeno molecular como H2 puede estar presente y ser "comible" por algunos organismos que actualmente están haciendo cosas similares aquí en la Tierra, por ejemplo, formas metanogénicas de los microorganismos unicelulares del dominio Archaea . De la introducción:

La fuente potencial más destacada de H2 en el interior de Encelado puede ser la oxidación del hierro nativo y ferroso en el curso de la serpentinización del olivino en el núcleo condrítico. La hidrólisis de olivino a bajas temperaturas es un proceso clave para sustentar la vida quimiolitoautotrófica en la Tierra9 y si se produce H2 en cantidades significativas en Encelado, entonces también podría servir como sustrato para la producción biológica de CH4.

Puede leer más sobre la serpentinización en las respuestas a la pregunta ¿Qué es la serpentinización, en el contexto de la desaparición del agua superficial en Marte?

Resumen:

La detección de partículas de polvo ricas en sílice, como una indicación de la actividad hidrotermal en curso, y la presencia de agua y moléculas orgánicas en la columna de Encelado, han convertido a la luna helada de Saturno en un punto caliente en la búsqueda de vida extraterrestre potencial. Las arqueas metanogénicas se encuentran entre los organismos que podrían prosperar en las condiciones previstas en Encélado, considerando que se han detectado tanto hidrógeno molecular (H2) como metano (CH4) en la pluma. Aquí mostramos que una arquea metanogénica, Methanothermococcus okinawensis, puede producir CH4 en condiciones fisicoquímicas extrapoladas para Encelado. Se alcanza hasta un 72 % de conversión de dióxido de carbono en CH4 a 50 bar en presencia de inhibidores potenciales. Es más, Los cálculos cinéticos y termodinámicos de la serpentinización a baja temperatura indican que puede haber suficiente producción de gas H2 para servir como sustrato para la producción de CH4 en Encelado. Concluimos que parte del CH4 detectado en la pluma de Encélado podría, en principio, ser producido por metanógenos.