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Freitag, 4. Juni 2010

Wissenschaftler rätseln: Was verzehrt Wasserstoff und Acetylen auf Saturnmond Titan?

Künstlerische Interpretation der Titan-Oberfläche | Copyright: NASA/JPL

Pasadena/ USA - Zwei neue, auf Daten der NASA-Sonde "Cassini" basierende Studien untersuchen die komplexe chemische Aktivität auf der Oberfläche des Saturnmonds Titan. Währen nicht-biologische Chemie eine mögliche Erklärung anbietet, glauben einige Forscher, dass es sich um chemische Signaturen primitiver exotischer Lebensformen oder deren Vorgänger handeln könnte. Laut einer Theorie von Astrobiologen erfüllen diese Signaturen zwei wichtige Grundvoraussetzungen für hypothetisches Leben auf der Grundlage von Methan.


In einer der beiden Studien, die in der Online-Ausgabe des Fachmagazins "Icarus" veröffentlicht wurde, zeigen die Forscher, wie Wasserstoffmoleküle innerhalb der Titan-Atmosphäre niedergehen - auf dessen Oberfläche jedoch merkwürdiger verschwinden.

In der zweiten, im "Journal of Geophysical Research" veröffentlichten Studie kartografierten die Forscher die Verteilung von Kohlenwasserstoffen und stellten dabei das Fehlen von Acetylen fest. "Das Fehlen des Gases ist jedoch von großer Bedeutung, weil es chemisch betrachtet die wahrscheinlichste Energiequelle für Leben auf Methan-Basis auf Titan darstellt", erläutert der Astrobiologe Chris McKay vom kalifornischen "Ames Research Center" der NASA, der schon 2005 eine Reihe von wahrscheinlich für Methan-Leben notwendigen Vorrausetzungen erarbeitet und dargelegt hatte.

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Eine mögliche Deutung der gemessenen Acetylen-Daten auf Titan wäre demnach, dass das Gas tatsächlich von Lebensformen auf Titan verzehrt wird. Das Verschwinden des Wasserstoffs, sobald dieser auf der Oberfläche des Saturnmondes ankommt, sei jedoch ein noch wichtigerer Hinweis, da alle Mechanismen möglichen Methan-Lebens auf Titan auch Wasserstoff benötigen würden.

"Wir vermuten einen Verzehr des Wasserstoffs, da es sich um das wahrscheinlichste Lebensgas handelt, das auf Titan konsumiert werden kann, demnach also eine vergleichbare Position auf dem Saturnmond einnimmt, wie Sauerstoff auf der Erde (...) sollten sich diese Hinweise tatsächlich als Zeichen von Leben erweisen, wäre dies gleich doppelt so faszinierend, da es eine zweite, von irdischem auf Wasser basierenden Leben unabhängige, Form von Leben darstellen würde", so McKay.

Bislang sind auf Methan basierenden Lebensformen jedoch noch reine Theorie. Allerdings konnten bereits auf der Erde Mikroben gefunden werden, die zwar auf Wasserbasis existieren, sich zugleich jedoch auch von Methan ernähren oder dieses als Abfallprodukt produzieren. Auf Titan, wo Temperaturen von rund minus 180 Grad Celsius vorherrschen, müssten Methan-Organismen allerdings eine andere flüssige Substanz als Medium ihrer Lebensprozesse nutzen. Wasser käme hier also nicht in Frage, da dieses auf Titan nur in gefrorener Form vorkommt und viel zu kalt wäre, um Leben zu unterstützen.

Die Liste der hierfür in Frage kommenden Flüssigkeiten ist auf Titan sehr übersichtlich: flüssiges Methan und verwandte Moleküle wie beispielsweise Ethan. Während flüssiges Wasser weitgehend als Grundvoraussetzung für Leben angesehen wird, gibt es auch Wissenschaftler, die in wissenschaftlichen Publikationen darlegen, dass dies nicht zwangsläufig so sein muss.


"Die neuen Auswertungen der Cassini-Daten stimmen zwar mit Bedingungen überein, wie sie exotische, auf Methan basierende Lebensformen entstehen lassen könnten, beweisen jedoch noch nicht deren Existenz", kommentiert der interdisziplinäre Cassni-Wissenschaftler Darrell Strobel von der "Johns Hopkins University in Baltimore" und Co-Autor der Wasserstoff-Studie die Ergebnisse.

Strobel hat die oberen Atmosphären von Saturn und Titan untersucht und dabei ebenfalls auf die Cassini-Daten zurückgegriffen. Seine Studie beschreibt die Dichten von Wasserstoff in den unterschiedlichen Teilen der Atmosphäre und auf der Titan-Oberfläche. Frühere Modelle hatten vorhergesagt, dass Wasserstoffmoleküle, ein Nebenprodukt der ultravioletten Strahlung des Sonnenlichts, die in den oberen Atmosphärenschichten Acetylen und Methanmoleküle aufbricht, in den Schichten der Atmosphäre relativ gleichmäßig verteilt sein sollte. Strobel entdeckte jedoch ein Ungleichgewicht in den Wasserstoffdichten, die einen Abwärtsfluss der Moleküle innerhalb der Atmosphäre bis auf die Titan-Oberfläche belegt: "Es ist so, als spritze Wasserstoff von weit oben in Richtung des Bodens, wo es dann jedoch plötzlich verschwindet. Ein solches Ergebnis hatte ich nicht erwartet, da molekularer Wasserstoff innerhalb der Atmosphäre extrem reaktionsträge, sehr leicht und elastisch ist. Es sollte also in obere Atmosphärenschichten schweben und hier ins All entfliehen." Laut Strobel ist es eher unwahrscheinlich, dass der Wasserstoff in Höhlen oder in Untergrundräumen auf Titan gespeichert werde.

In der Acetylen-Studie untersuchten Wissenschaftler unter Roger Clark von der "U.S. Geological Survey" in Denver die visuellen und Infrarotdaten von Cassini und hatten zuvor erwartet, dass die Sonneneinstrahlung im Zusammenspiel mit Chemikalien in der Titanatmosphäre Acetylen erzeugt, welches dann die Oberfläche des Saturnmondes mit einer Schicht überziehen würde. Stattdessen fand Cassini jedoch keinerlei Hinweise auf das erwartete Gas. Zudem stelle das Spektrometer der Sonde auch die Abwesenheit von Wassereis auf der Titanoberfläche fest - fand jedoch gewaltige Mengen an Benzen (Benzol) und einem anderen Material, bei welchem es sich um eine organische Verbindungen zu handeln scheint, die von den Forschern bislang noch nicht identifiziert werden konnte.

Anhand der Daten vermuten die Wissenschaftler, dass die organischen Verbindungen das Wassereis im Felsuntergrund mit einem Film aus Kohlenwasserstoffen überzieht, der mindestens einige Millimeter bis hin zu einigen Zentimetern dick sein, aber an einigen Orten noch sehr viel tiefer hinabreicht könnte. Das Eis bliebe dabei selbst dann noch von dem Film bedeckt, wenn flüssiges Methan und Ethan über die Titanoberfläche fließen und, wie Wasser dies auf der Erde tut, Seen und Meere auffüllen.

"Die atmosphärische Chemie auf Titan bricht organische Verbindungen auf, die dann sogar derart stark auf die Oberfläche herabregnen können, dass sich Flüsse aus flüssigem Methan und Ethan bilden, die dann auf der Oberfläche die organischen Verbindungen wieder auswaschen, um unmittelbar darauf wieder den Boden zu bedecken ", erläutert Clark. Alle diese Beobachten legten nahe, dass Titan ein sehr dynamischer Ort ist, auf dem sich aktuell organisch-chemikalische Vorgänge abspielen.

Die Abwesenheit von nachweisbaren Mengen an Acetylen auf der Titanoberfläche könnte jedoch auch genau so gut eine nicht-biologische Erklärung haben, wie dies Mark Allen von "Jet Propulsion Laboratory" (JPL) der NASA vermutet. Eine Möglichkeit wäre, dass das Sonnenlicht oder kosmische Strahlung das Acetylen in den eisigen Aerosolen innerhalb der Titan-Atmosphäre in komplexere Moleküle umwandelt, die dann den Boden erreichen, ohne als einstiges Acetylen erkannt zu werden: "Die konservative Wissenschaft legt nahe, dass eine biologische Erklärung immer erst die letzte Möglichkeit darstellen sollte, nachdem nicht-biologische Erklärungen ausgeschlossen wurden. (...) Wir haben noch eine Menge Arbeit vor uns, um eine nicht-biologische Erklärung ausschließen zu können. Es ist stattdessen sehr viel wahrscheinlicher, dass chemische Prozesse, die auch ohne biologische Vorgänge auskommen, die Ergebnisse der Cassini-Daten erklären können."

Die neuen Ergebnisse seien zwar überraschen und faszinierend, bestätigt auch Linda Spilker, Cassini-Wissenschaftlerin am JPL, doch müssten noch einige Vorbeiflüge der Sonde an Titan abgewartet und die dabei gesammelten Daten ausgewertet werden, bevor man genau verstehe, was auf der Titan-Oberfläche genau vor sich geht.

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