Neue NASA-Mission Wird Titans Eisigen Himmel Fliegen, Um Nach Den Anfängen Des Lebens Zu Suchen

2023 Autor: Peter Bradberry | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-21 22:30

Dragonfly, eine Drohne mit Atomantrieb, wird in den 2030er Jahren den größten Mond des Saturn besuchen.

Stellen Sie sich vor, wir könnten in die Vergangenheit reisen, fast ein Drittel des Weges zum Urknall selbst, zurück zu der Zeit, als das Leben auf der Erde gerade erst auftauchte.

Die genauen Details darüber, wie die Chemie der Biologie Platz gemacht hat - wie das Leben entstanden ist und unsere Welt erobert hat - sind jetzt für die Ewigkeit verloren, die von mehr als vier Milliarden Jahren der sich ständig verändernden Geschichte unseres Planeten mitgerissen wurde. Klar ist jedoch, dass die Geheimnisse der irdischen Genese des Lebens unschätzbare Leitfäden für die Suche nach Leben anderswo im Universum sind. Und zum Glück haben wir eine Zeitmaschine im Planetenmaßstab und ein Chemielabor für die Entstehung des Lebens in Reichweite.

Hinter Mars und Jupiter, weit weg in den kalten Tiefen unseres Sonnensystems, befindet sich Titan, der größte Mond des Saturn. Diese fremde Welt ist der einzige andere Planetenkörper um die Sonne mit einer dichten Atmosphäre, die wie unsere reich an Stickstoff und Kohlenstoff ist. Die unheimlichen Ähnlichkeiten enden nicht mit Titans Luft. Windgeblasene Dünen winden sich über seine Oberfläche; Berge, Hügel und Schluchten ziehen sich durch die Landschaft. Regen fällt vom Himmel und bildet mäandrierende Flüsse und Bäche, die Seen und Meere speisen. Dort können organische Verbindungen komplexe chemische Reaktionen eingehen, die in vielerlei Hinsicht der „Ursuppe“ähneln, aus der das Leben auf der Erde zum ersten Mal hervorgegangen ist. Dampfschwaden steigen vom Land zurück zum Himmel auf, um neue Wolken und frische Schauer zu erzeugen, die einen Kreislauf bilden, der den der Erde widerspiegelt.

Trotzdem bleibt dieser Mond ziemlich fremd. Die „Wasserstraßen“von Titan bestehen aus Kohlenwasserstoffen, flüssigem Methan und Ethan. Die „Sanddünen“bestehen ebenfalls aus Kohlenwasserstoffen - denselben flüchtigen Verbindungen, die Mottenkugeln ihren unverwechselbaren Geruch verleihen, außer dass sie durch Titans kryogene Kälte festgefroren sind. Die Mondkruste besteht etwas vertrauter aus Wassereis, obwohl sie in einem Tiefkühlzustand steinhart ist. So verbirgt sich auch die Kruste: ein Flüssigwasserozean, ähnlich dem auf der Erde. Experten erwarten, dass das Wasser in diesem sonnenlosen unterirdischen Reservoir die gleiche Temperatur hat wie die Untiefen des Pazifischen Ozeans.

Auf Titan schrieb Carl Sagan einmal: "Die Moleküle, die in den letzten 4 Milliarden Jahren wie Manna vom Himmel herabregneten, könnten noch vorhanden sein, weitgehend unverändert, tiefgefroren, und auf die Chemiker von der Erde warten." Und Chemiker werden wir zumindest Roboter schicken.

Heute gab die NASA bekannt, dass New Frontiers eine neuartige Mission für Titan namens Dragonfly ausgewählt hat, die 2026 starten soll. "Diese revolutionäre Mission wäre noch vor wenigen Jahren undenkbar gewesen", sagte der NASA-Administrator Jim Bridenstine in einer aufgezeichneten Erklärung. „Eine großartige Nation macht großartige Dinge. Wir werden Dragonfly starten, um die Grenzen des menschlichen Wissens zum Wohle der gesamten Menschheit zu erkunden. “

Bis Dragonfly 2034 Titan erreicht, wird es fast 30 Jahre her sein, seit Saturns Satellit das letzte Mal von einem Raumschiff besucht wurde: der robusten Huygens-Sonde, die im Januar 2005 einige Stunden auf dem eisigen Mond operierte. Das Warten, sagen die Wissenschaftler von Dragonfly, wird es wert sein. "Die NASA hat beschlossen, wirklich mächtige Dinge zu wagen und die Suche nach Leben in dieser wunderschönen und bizarren Ozeanwelt konsequent fortzusetzen", sagt Kevin Hand, Planetenwissenschaftler und Mitglied des Dragonfly-Teams am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA.

Der letzte Konkurrent der Dragonfly-Mission für die begehrte New Frontiers-Auswahl der NASA war ein Vorschlag namens CAESAR, der eine Mission zur Probenrückgabe an einen Kometen ins Auge gefasst hatte.

Hier gibt es Drachen

Seit Äonen ist Titan in den Fängen der organischen Chemie und mischt Cocktails aus komplexen Molekülen, die zumindest Vorläufer für eine wirklich fremde Biologie sein können - für das Leben, wie wir es nicht kennen. Es gibt kaum Gewissheit darüber, was uns dort erwarten könnte - nicht, dass dies eifrige Astrobiologen davon abgehalten hat, zu spekulieren. „Wir wissen, dass Titan alle für das Leben notwendigen Zutaten enthält. Wie weit kommt die Chemie in einer Umgebung, in der alle Zutaten vorhanden sind? “sagt die Hauptforscherin von Dragonfly, Elizabeth Turtle, eine Planetenwissenschaftlerin am Applied Physics Laboratory (APL) der Johns Hopkins University. „Titan führt seit Hunderten von Millionen, wenn nicht Milliarden von Jahren Chemieexperimente durch. Und wir wollen die Ergebnisse dieser Experimente aufgreifen. “

Zum einen nutzt diese unkonventionelle Mission zum äußeren Sonnensystem moderne Drohnen-Technologie. Dragonfly nimmt nach seinem Namensvetter ein agiles fliegendes Insekt, das schweben, schweben und punktgenaue Touchdowns ausführen kann. Dieses Raumschiff wird gleichzeitig eine Drohne und ein Lander sein, die das erdähnliche Gravitationsfeld und die Aerodynamik des Titanen nutzen sollen, um seine Erkundungsfähigkeit zu maximieren. In jeder Hinsicht unterscheiden sich die Instrumente an Bord von Dragonfly nicht wesentlich von denen auf dem Curiosity Mars Rover der NASA. Es ist jedoch geplant, dass Dragonfly die Fähigkeit besitzt, direkte chemische Beweise für das Leben - sogenannte Biosignaturen - zu suchen, unabhängig davon, ob dieses Leben auf Wasser und Kohlenstoff oder auf deutlich exotischeren Chemikalien basiert. Und genau wie Curiosity wird Dragonfly mit Atomkraft betrieben und einen thermoelektrischen Radioisotop-Generator tragen. Draußen am Saturn sind die Sonnenstrahlen zu schwach, um eine fliegende Drohne zuverlässig anzutreiben - und selbst wenn sie stark genug wären, ist die Atmosphäre des Titanen zu dick, um ohnehin genügend Licht durchzulassen.

Technisch gesehen wird Dragonfly ein Doppelquadcopter oder ein Oktokopter sein, der über zwei Sätze von vier Rotoren verfügt, die ihn in eine Vielzahl von geologischen Regionen auf dem Saturnmond transportieren können - obwohl die geplanten Einsätze der Mission derzeit natürlich verschwommen sind. Ausgestattet mit einer Reihe wissenschaftlicher Instrumente zur Erkennung komplexer organischer Stoffe und Biosignaturen bietet Dragonfly auch die Möglichkeit, die seismische Aktivität unter der Titanoberfläche zu messen und bietet ein Fenster in den verborgenen, wässrigen Ozean des Mondes.

Titan ins Labor bringen

Das Jahr 2034 scheint so weit entfernt zu sein wie der mysteriöse Mond des Saturn selbst, aber Wissenschaftler bereiten sich bereits auf alles vor, was die Libelle enthüllen könnte, zum großen Teil, indem sie Teile von Titan im Labor neu erschaffen. Dies ist angesichts der extrem kalten Oberflächentemperaturen und des immensen Drucks, der auf den salzigen Ozean unter der eisigen Mondkruste ausgeübt wird, besonders schwierig. An der Universität von Illinois in Chicago haben der Biogeochemiker Fabien Kenig und seine Kollegen ein einzigartiges Experiment entwickelt, mit dem der Druck und die Temperaturen des Titan-Ozeans in einer Reihe von Inkubationskammern in Ping-Pong-Kugelgröße nachgebildet werden sollen.

Jede Kammer wird mit Mikroorganismen besiedelt, die in terrestrischen Hochdruckumgebungen gedeihen. Das Team plant, inkrementelle Generationen dieser Organismen langsam immer höheren Drücken und immer niedrigeren Temperaturen auszusetzen, um die Fähigkeit der irdischen Biologie zu testen, sich zu entwickeln und anzupassen. Letztendlich hoffen die Forscher, Populationen von Mikroorganismen zu produzieren, die alle in den unterirdischen Gewässern von Titan vorhandenen nachahmen könnten. Ein letzter Schritt wäre, alle lebensfähigen Organismen unter noch härteren titanischen Bedingungen zu platzieren, um ihre Fähigkeit zur Fortpflanzung und zum Wachstum zu testen. "Diese Arten von Anpassungen können sehr nützlich sein, um sie zu verstehen, damit wir besser auf die Arten von Molekülen abzielen können, die wir auf Titan finden würden", sagt Kenig. "Selbst wenn es sehr, sehr langsam ist - wenn es sich um eine eisbedeckte Umgebung handelt, die über Millionen, Milliarden von Jahren stabil bleibt, ist Langsamkeit irrelevant."

Kenigs Titan-Labor ist nicht der einzige, der versucht, Milliarden von Jahren jenseitiger Evolution zu simulieren - andere existieren in der einen oder anderen Form bei JPL und APL, und in Vorbereitung auf Dragonfly werden unweigerlich weitere auftauchen. Die Entwürfe und Methoden der einzelnen Labors sind unterschiedlich, aber alle befassen sich mit der gleichen grundlegenden Frage: Wie könnte das Leben auf diesem Mond sein?

Neue Wege, neue Welten

"Die Art von Experimenten, die Titan durchgeführt hat, dauert zu lange, um sie im Labor durchzuführen", sagt Turtle. Deshalb ist es, so weit hergeholt es auch scheinen mag, praktikabler, eine Drohne mit Atomantrieb „mehr“über eine Milliarde Kilometer über das Sonnensystem zur direkten Untersuchung zu schicken.

Obwohl die Gemeinsamkeiten von Titan mit der Erde die Erkundung dort in gewisser Weise erleichtern, stellen die bizarren Macken des Mondes immer noch einzigartige Hindernisse und Möglichkeiten dar. "Es ist eine Herausforderung, nach etwas zu suchen, das wir vorher noch nicht gesehen haben. Und es ist wichtig zu erkennen, dass Dragonfly zwar wichtige spezifische Ziele bei der Suche nach bewohnbaren Umgebungen und Biosignaturen verfolgt, wir aber noch eine Menge anderer Dinge lernen werden “, sagt Ralph Lorenz, Projektwissenschaftler bei Dragonfly von APL.

Alle Lebensformen, die auf Titan existieren könnten, sollten genauso funktionieren wie das Leben in den extremsten, aber überlebensfähigen Umgebungen der Erde und nach Energiequellen für Wartung, Wachstum und Fortpflanzung suchen - zumindest ist dies die Betriebsannahme von Dragonfly. "Unsere bewohnbare Welt hat so viele verschiedene Umgebungen, die das Leben unterstützen können", sagt Turtle. "Es ist also wichtig, dies umfassend betrachten zu können."

Jetzt, da Dragonfly ein offizielles Ticket für Saturn hat, scheint es dazu bestimmt zu sein, nicht nur unser Verständnis dieser fernen Welt zu revolutionieren, sondern auch, wie planetarische Wissenschaftsmissionen durchgeführt werden können. Es wird nicht die erste interplanetare Mission in der Luft sein (diese Ehre gilt einer kleinen Pathfinder-Drohne, die für den Flug mit dem Mars 2020-Rover der NASA geplant ist), aber keine anderen geplanten oder vorgeschlagenen Flugmissionen haben die hohen Ambitionen und Auswirkungen von Dragonfly. Während seiner zweijährigen geplanten Mission könnte es das Äquivalent der gesamten Länge Kaliforniens durchqueren, hier und da eine Pause einlegen, um über verlockende Ziele zu schweben und sich alle 16 Erdentage (oder einen Titantag) an einen anderen weit entfernten Ort zu bewegen und Daten zu sammeln die ganze Zeit.

Trotz der interessanten Vielfalt von Planetenkörpern und Monden in unserer Reichweite gibt es keine anderen Welten im Sonnensystem, die einen Kontext für die prägenden Jahre der Erde bieten können, wie dies Titan kann - ein Kontext, der umso dringlicher wird, als wir uns immer noch mit grundlegenden Fragen von beschäftigen Was ist das Leben und wie kommt sein belebender Funke an? Seit Jahrzehnten suchen wir diese Antworten im Labor und in einigen der ältesten Gesteine der Erde. Aber vielleicht, nur vielleicht, haben wir jetzt ernsthaft begonnen, einen besseren Weg einzuschlagen: zum äußeren Sonnensystem zu fliegen, wo ein unberührtes Milliarden Jahre altes Experiment auf uns wartet. "Es ist ein Ort, der zugleich völlig fremd und völlig vertraut ist, weil wir diese ganz anderen Materialien haben als wir hier auf der Erde kennen und dieselben Prozesse durchlaufen", sagt Turtle.

Libelle könnte eine der gewagtesten und transformativsten Weltraummissionen in unserem Leben sein. "Es gibt eine ganz neue Welt zu entdecken, die in vielerlei Hinsicht schrecklich wie unsere aussieht, aber exotisch anders ist", sagt Lorenz. Eine Mission zu diesem außerirdischen Mond wird wie das Betreten einer Zeitmaschine sein, die für die tiefe Vergangenheit, für unsere eigenen Anfänge bestimmt ist. Es bietet die Möglichkeit, über die Horizonte der Erdgeologie hinaus nach den kosmischen Grundlagen der Biologie zu suchen: Was ist Leben? Wie fängt es an? Und wenn es Leben auf anderen Welten gibt, wie könnte es aussehen? Wir sind jetzt einen kleinen Schritt näher an der Beantwortung der Frage und ebnen den Weg für epochale Sprünge.

Was passiert auf Titan? Es ist Zeit, es herauszufinden.