Das Webb-Weltraumteleskop kartiert überraschend große Wasserdampfwolke, die vom Saturnmond Enceladus ausströmen

Das Webb-Weltraumteleskop kartiert überraschend große Wolkenwolken, die vom Saturnmond Enceladus ausströmen
Die außerordentliche Empfindlichkeit und die hochspezialisierten Instrumente des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA/ESA/CSA enthüllen Details darüber, wie einer der Saturnmonde die Wasserversorgung für das gesamte System des Ringplaneten speist. Größeres Bild – ESA/NASA
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/webb-maps-surprisingly-large-plume-jetting-from-saturn-s-moon-enceladus

Eine Wasserdampfwolke vom Saturnmond Enceladus mit einer Länge von mehr als 9.600 Kilometern – lang genug, um sich über den eurasischen Kontinent von Irland bis Japan zu erstrecken – wurde von Forschern mit dem NASA/ESA/CSA-Weltraumteleskop James Webb entdeckt. Dies ist nicht nur das erste Mal, dass ein solcher Wasserausstoß über eine so große Entfernung beobachtet wurde, sondern Webb gibt Wissenschaftlern auch zum ersten Mal einen direkten Einblick in die Art und Weise, wie diese Emission die Wasserversorgung für das gesamte Saturnsystem und seine Umgebung antreibt Ringe.

https://esawebb.org/news/weic2314/

Enceladus, eine Meereswelt mit einem Durchmesser von etwa vier Prozent der Größe der Erde und einem Durchmesser von nur 505 Kilometern, ist eines der aufregendsten wissenschaftlichen Ziele in unserem Sonnensystem bei der Suche nach Leben jenseits der Erde. Zwischen der eisigen Außenkruste des Mondes und seinem felsigen Kern befindet sich ein globales Reservoir an Salzwasser. Geysirartige Vulkane spucken Eispartikel, Wasserdampf und organische Chemikalien aus Spalten in der Mondoberfläche, die informell „Tigerstreifen“ genannt werden.

Bilder der NIRCam (Near-Infrared Camera) des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA/ESA/CSA zeigen eine Wasserdampfwolke, die vom Südpol des Saturnmondes Enceladus ausströmt und sich über die 40-fache Größe des Mondes selbst erstreckt. Der Einschub, ein Bild vom Cassini-Orbiter, betont, wie klein Enceladus im Webb-Bild im Vergleich zur Wasserfahne erscheint. — ESA/NASA

Zuvor haben Observatorien Jets kartiert, die Hunderte von Kilometern von der Mondoberfläche entfernt sind, doch Webbs außerordentliche Sensibilität enthüllt eine neue Geschichte.

Die Länge der Wolke war nicht das einzige Merkmal, das die Forscher faszinierte. Besonders beeindruckend ist auch die Geschwindigkeit, mit der der Wasserdampf ausströmt, etwa 300 Liter pro Sekunde. Bei dieser Geschwindigkeit könnten Sie ein olympisches Schwimmbecken in nur wenigen Stunden füllen. Im Vergleich dazu würde dies mit einem Gartenschlauch auf der Erde mehr als zwei Wochen dauern.

Die NASA/ESA/ASI-Mission Cassini verbrachte mehr als ein Jahrzehnt damit, das Saturnsystem zu erforschen, und machte nicht nur zum ersten Mal ein Bild der Enceladus-Fahnen, sondern flog direkt durch sie hindurch und untersuchte, woraus sie bestanden. Während Cassinis Position im Saturnsystem unschätzbare Einblicke in diesen fernen Mond lieferte, bot Webbs einzigartiger Blick vom Sonne-Erde-Lagrange-Punkt 2, 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, zusammen mit der bemerkenswerten Empfindlichkeit seiner Integral Field Unit an Bord der NIRSpec (Near-Infrared). Spektrograph) Instrument bietet einen neuen Kontext.

Die Webb-Beobachtungen zeigen direkt, wie die Wasserdampffahnen des Mondes den Torus speisen, einen flockigen Donut aus Wasser, der sich neben dem E-Ring des Saturn befindet. Durch die Analyse der Webb-Daten haben Astronomen festgestellt, dass etwa 30 Prozent des Wassers in diesem Torus bleiben und die anderen 70 Prozent entweichen, um den Rest des Saturnsystems mit Wasser zu versorgen.

Geometrische Oberflächenalbedo von Enceladus und nachgewiesene Wasserdampfemissionen. a) Geometrische Oberflächenalbedo der hinteren Hemisphäre, normalisiert in Bezug auf ein reflektiertes Sonnenmodell30. Das Spektrum zeigt mehrere starke Signaturen von H2O-Eis, während für CO2-, CO- oder NH3-Eis bei den erwarteten Wellenlängen keine Absorptionen beobachtet werden. b) Modell der beobachteten Wasserausgasung, in dem vier verschiedene Regionen identifiziert werden: die mittlere Region (orangefarbener Kreis) innerhalb von 7 Enceladus-Radien (RE); die innere Fahnenregion zwischen 7 und 30 RE; die ausgedehnte Fahnenregion (blaue Kontur) nach Süden und zwischen 30 und 38 RE; und die Torus-Hintergrundregion (rosa Kontur) nach Norden und zwischen 30 und 38 RE. c) Daten (schwarze Linien) und Modell (farbige Linien) der H2O-Fluoreszenzemissionen in den vier Regionen von Tafel b, zur besseren Verdeutlichung vertikal verschoben. Die abgerufene Anzahl der Moleküle für jede Region wird ebenfalls angezeigt. Alle Modelle sind konsistent mit einer Rotationstemperatur von 25 ±3K.

In den kommenden Jahren wird Webb als Hauptinstrument für die Beobachtung des Ozeanmondes Enceladus dienen, und die Entdeckungen von Webb werden dazu beitragen, künftige Satellitenmissionen im Sonnensystem zu informieren, die darauf abzielen, die Tiefe des unterirdischen Ozeans, die Dicke der Eiskruste usw. zu erforschen mehr.

Aufbauend auf den Entdeckungen von Webb sowie denen der ESA-Mission Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) plant die ESA, mit zukünftigen Missionen noch näher an die Eismonde von Jupiter und Saturn heranzukommen, um nach möglichen Biosignaturen zu suchen.

Webbs Beobachtungen von Enceladus wurden im Rahmen des Guaranteed Time Observation (GTO)-Programms 1250 abgeschlossen. Das ursprüngliche Ziel dieses Programms besteht darin, die Fähigkeiten von Webb in einem bestimmten Bereich der Wissenschaft zu demonstrieren und die Voraussetzungen für zukünftige Studien zu schaffen.

Im gesamten Sichtfeld sind Wasseremissionen zu beobachten, die eine gewaltige Wasserfahne erkennen lassen, die von Enceladus ausgeht und einen ausgedehnten Hintergrundtorus um Saturn speist. a) Die Beobachtungen erfassen die hintere Hemisphäre von Enceladus und den Rand des Torus, wobei sich RS auf den mittleren Radius des Saturn bezieht. b) Bei jedem Spaxel (0,1″×0,1″) wurde die H2O-Säulendichte aus den beobachteten molekularen Fluoreszenzemissionen im Bereich von 2,62 bis 2,72 μm ermittelt. Enceladus hat einen Durchmesser von 0,07 Zoll (kleiner als ein Spaxel) und das Kontinuumsbild der Point-Spread-Function (PSF) wird im Nebenfeld angezeigt. Es ist eine gewisse verbleibende diagonale Streifenbildung zu beobachten, die vermutlich auf Detektoreffekte zurückzuführen ist. c) Ein Modell30 mit zwei Komponenten wie in Abbildung 1b dargestellt, bestehend aus einer Wolke und einer Torus-Hintergrundemission, reproduziert die Beobachtungen gut.

Die Ergebnisse des Teams wurden kürzlich zur Veröffentlichung am 17. Mai in Nature Astronomy angenommen. Eine JWST-molekulare Kartierung und Charakterisierung der Wasserfahne von Enceladus, die seinen Torus speist, finden Sie hier

Mehr Informationen

Webb ist das größte und leistungsstärkste Teleskop, das jemals ins All geschossen wurde. Im Rahmen einer internationalen Kooperationsvereinbarung stellte die ESA den Startdienst des Teleskops mithilfe der Trägerrakete Ariane 5 bereit. In Zusammenarbeit mit Partnern war die ESA für die Entwicklung und Qualifizierung von Ariane-5-Anpassungen für die Webb-Mission sowie für die Beschaffung des Startdienstes durch Arianespace verantwortlich. Die ESA stellte außerdem den leistungsstarken Spektrographen NIRSpec und 50 % des Mittelinfrarotinstruments MIRI zur Verfügung, das von einem Konsortium national finanzierter europäischer Institute (dem MIRI European Consortium) in Zusammenarbeit mit dem JPL und der University of Arizona entworfen und gebaut wurde.

Webb ist eine internationale Partnerschaft zwischen NASA, ESA und der Canadian Space Agency (CSA).

Quelle: https://astrobiology.com/2023/05/webb-space-telescope-maps-surprisingly-large-plume-jetting-from-saturns-moon-enceladus.html

Warten auf die erste JWST-Studie (Wissenschaftliche Untersuchung) zu Enceladus

Warten auf die erste JWST-Studie zu Enceladus: Extreme Vorfreude und Spannung pur!

Es ist immens“, sagte Sara Faggi, Planetenastronomin am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, am 17. Mai auf einer Konferenz am Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland. Nähere Angaben wollte sie nicht machen und verwies auf eine bald erscheinende wissenschaftliche Arbeit.

Referring to the Nature article, JWST spots biggest water plume yet spewing from a moon of Saturn:
https://www.nature.com/articles/d41586-023-01666-x

Do you know more precisely when the Scientific paper will be published and where?

With kind regards

Christian Dauck


Thank you for your email.

The paper will be published in Nature Astronomy, I am copying also the first author; we don’t have an exact date yet as we are coordinating the press release with NASA and STScI.

We’ll keep you informed.

Thanks,

NASA-Mitarbeiterin (Wissenschaftlerin)

Die Vorfreude ist natürlich enorm, ja schon unbeschreiblich extrem. Die erste JWST-Studie (Wissenschaftliche Untersuchung) zu Enceladus die man der interessierten Öffentlichkeit und der Wissenschaftsgemeinde präsentiert und das ist nur erst der Vorgeschmack auf das nächste großartige Beobachtungspogramm.

Die erste Vorankündigung ist ja schon Mega, ich bin sehr gespannt was die Wissenschaftler uns neues über Enceladus erzählen können. Auch hat sich Enceladus weitere Beobachtung mit JWST erspielt, schaut noch mal genauer auf mich. Super und total Spannend! Da sind Astrobiologen Weltweit doch aufgeregt und brennen nur so vor Spannung pur!

JWST entdeckt die bisher größte Wasserdampfwolke, die von Enceladus austritt

Die Raumsonde Cassini fliegt durch die Wolken des Saturnmondes Enceladus (künstlerische Darstellung). Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech

Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) hat beobachtet, wie der Saturnmond Enceladus eine riesige Wasserdampfwolke ausstößt, die weitaus größer ist als alles, was zuvor dort gesehen wurde. Diese riesige Wolke könnte die chemischen Bestandteile des Lebens enthalten, die unter der eisigen Oberfläche des Mondes hervorkommen.

Im Jahr 2005 entdeckte eine NASA-Raumsonde namens Cassini eisige Partikel, die aus dem unterirdischen Ozean von Enceladus durch Risse in der Mondoberfläche spritzten. JWST zeigt jedoch, dass das Material viel weiter sprüht als bisher angenommen – um ein Vielfaches tiefer in den Weltraum als Enceladus selbst.

„Es ist immens“, sagte Sara Faggi, Planetenastronomin am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, am 17. Mai auf einer Konferenz am Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland. Nähere Angaben wollte sie nicht machen und verwies auf eine bald erscheinende wissenschaftliche Arbeit.

Seltene Meereswelt

Enceladus begeistert Astrobiologen, weil es eine der wenigen „Ozeanwelten“ im Sonnensystem ist und damit einer der besten Orte für die Suche nach außerirdischem Leben. Der salzige Ozean, der unter der äußeren Eisschicht von Enceladus liegt, ist ein möglicher Zufluchtsort für lebende Organismen, die durch chemische Energie an hydrothermalen Quellen am Meeresboden ernährt werden könnten.

Das Material, das aus Enceladus herausspritzt, hauptsächlich durch Brüche, die als Tigerstreifen um den Südpol des Mondes bekannt sind, ist eine direkte Verbindung zu diesem potenziellen außerirdischen Ökosystem. Die von Cassini gesehenen Wolken enthielten Kieselsäurepartikel, die wahrscheinlich durch aufgewirbelte Flüssigkeiten vom Meeresboden nach oben getragen wurden 1 . Cassini flog viele Male durch die Wolken von Enceladus und maß Eiskörner und lebensfreundliche Chemikalien wie Methan, Kohlendioxid und Ammoniak.

Aber erst JWST, ein 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entferntes Teleskop, entdeckte etwas, das Cassini von seinem Sitz am Ring aus nicht sehen konnte. Während Cassini Eiskörner erkennen konnte, die sich nicht weit von der Oberfläche entfernen, verfügt JWST über eine breitere Perspektive und empfindliche Instrumente, die schwache Gassignale rund um Enceladus erfassen können.

Enceladus auf einen Blick

Am 9. November 2022 warf JWST einen kurzen Blick auf Enceladus. Nur 4,5 Minuten an Daten brachten die enorme, sehr kalte Wasserdampfwolke zum Vorschein.

 Das kommende Papier werde quantifizieren, wie viel Wasser herausspritzt und welche Temperatur es hat, sagte Faggi. Aber die Wolke hat wahrscheinlich eine geringe Dichte und ähnelt eher einer diffusen, kalten Wolke als einem feuchten Sprühnebel. Das sind keine guten Neuigkeiten für alle, die Proben aus der Wolke entnehmen und darauf hoffen, Leben zu finden, da die Lebenszeichen möglicherweise zu spärlich sind, um entdeckt zu werden 2 . Eiskörner, die Cassini viel näher an Enceladus gesehen hat, weisen mit größerer Wahrscheinlichkeit hohe Konzentrationen organischer Partikel auf, sagt Shannon MacKenzie, Planetenforscherin am Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University in Laurel, Maryland.Wissenschaftler haben eine neue Art von Eis hergestellt, das möglicherweise auf fernen Monden existiert

JWST analysierte auch das Spektrum des von Enceladus reflektierten Sonnenlichts und fand Hinweise auf viele Chemikalien, darunter Wasser und möglicherweise andere Verbindungen, die auf geologische oder biologische Aktivität im Ozean des Mondes hinweisen könnten. „Wir haben noch viele weitere Überraschungen“, sagte Faggi.

Forscher planen bereits, wie die Entdeckung weiterverfolgt werden soll. Letzte Woche veröffentlichten die JWST-Organisatoren eine Liste der Beobachtungen, die in der zweiten Betriebsrunde des Teleskops gemacht werden sollen – und sie enthält ein weiteres Projekt zur Untersuchung von Enceladus. Diese Arbeit wird Enceladus sechsmal länger untersuchen als die erste JWST-Studie und darauf abzielen, chemische Verbindungen zu finden, die mit der Bewohnbarkeit in Zusammenhang stehen, wie etwa organische Verbindungen und Wasserstoffperoxid.

Siehe unter: James Webb Beobachtungen Cycle 2/GO 4320.

Christian Dauck

 „Die neue Beobachtung wird uns unsere bisher beste Chance bei der Suche nach Bewohnbarkeitsindikatoren an der Oberfläche geben“, sagt Projektleiter Christopher Glein, Geochemiker am Southwest Research Institute in San Antonio, Texas.

Monderkundender Schlangenroboter

Die Ergebnisse des JWST liefern weiteren Grund für eine mögliche NASA-Mission nach Enceladus, um dort nach Lebenszeichen zu suchen. Zu den in Betracht gezogenen Vorschlägen gehört eine „Orbilander“-Mission, die den Mond eineinhalb Jahre lang umkreisen soll, bevor sie an seinem Südpol landet. Ein weiterer Vorschlag sieht die Entwicklung eines autonomen Schlangenroboters vor, der unter dem Eis von Enceladus hindurchgleiten könnte, um den Ozean zu erkunden.

Auch andere Eismonde im Sonnensystem erregen die Aufmerksamkeit des JWST. Auf der Konferenz berichtete Geronimo Villanueva, ein Planetenforscher in Goddard, dass das Teleskop Kohlendioxid auf dem Jupitermond Europa entdeckt habe. Das begeistert Wissenschaftler, denn Kohlenstoff und Sauerstoff sind Schlüsselbausteine ​​für das Leben auf der Erde. Die NASA startet nächstes Jahr eine Mission nach Europa, um diese Meereswelt genauer zu erkunden. „Dies ist definitiv eine neue Ära in der Erforschung des Sonnensystems“, sagte Villanueva.

Quelle:https://www.nature.com/articles/d41586-023-01666-x

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01666-x


James Webb Beobachtungen Cycle 1 Start July 1, 2022

GTO 1250

Fri May 19 17:37:48 GMT 2023

Principal Investigator: Geronimo Villanueva
PI Institution: NASA Goddard Space Flight Center
Investigators (xml)

Title: Probing the sub-surface oceans of Europa and Enceladus with JWST
Cycle: 1
Allocation: 10.4 hours allocation change history

Program Status: Program has been Completed

Program Coordinator: Weston Eck

MIRI Reviewer: Misty Cracraft

NIRCAM Reviewer: Bryan Hilbert

NIRSPEC Reviewer: Tracy Beck

Quelle: https://www.stsci.edu/jwst/science-execution/program-information.html?id=1250

Dear Christian,
The observations are now being planned to take place in October, November and in December. Several orbitalrestrictions and observatory operational and scheduling restrictions will define on which specific dates the differentobserving blocks will take place.
At this stage, the MRS observations are not being planned, and will take place once the issues with the instrumentare resolved.
Best,
Geronimo

Email an Christian Dauck

James Webb Beobachtungen Cycle 2 Start July 1, 2023

GO 4320

Fri May 19 17:48:41 GMT 2023

Principal Investigator: Christopher Glein
PI Institution: Southwest Research Institute
Investigators (xml)

Title: Seeking New Clues to the Habitability and Plume Activity of the Ocean World Enceladus using JWST-NIRSpec
Cycle: 2
Allocation: 3.5 hours
Exclusive Access Period: 12 months

Program Status: Implementation

Program Coordinator: Weston Eck

NIRSPEC Reviewer: Patrick Ogle

Quelle https://www.stsci.edu/jwst/science-execution/program-information.html?id=4320

We propose to make the first measurements of Enceladus’s leading hemisphere with JWST-NIRSpec. These data are needed to test results from Cassini, to put them in greater context, and to support a path between the Cassini era of Enceladus exploration and the next stage of spacecraft exploration. Enceladus has dazzled the science community and the public alike, and is among the highest-priority targets in the solar system as affirmed by the recently released Decadal Survey. Yet, important questions remain pertaining to the habitability of its ocean and its plume activity, despite Cassini’s in-depth investigations and JWST’s previous fleeting glimpse of the trailing hemisphere.
questions:

Are ocean-derived materials relatively abundant on Enceladus’s surface?
Are carbon-bearing compounds relatively abundant on Enceladus’s surface?
Are strong oxidants relatively abundant on Enceladus’s surface?
Do Enceladus’s gas plume and torus exhibit variability?
Sensitive searches for key signatures of indicator molecules (carbonate salts, ammonia, CO2, CH-organics, hydrogen peroxide, and water vapor in the range 1.66-5.1 µm) that strike at the heart of these questions will be performed using NIRSpec’s integral field unit with G235H and G395M gratings. Much longer exposures, driven by the need to detect CO2, will provide a substantial boost in SNR, which is one of several advancements
over the previous GTO observation of Enceladus. By providing access to required spectral regions that are opaque or compromised from the ground, JWST will enable the next breakthrough in our understanding of Enceladus, which otherwise may not happen for at least 20 years.

Quelle: https://www.stsci.edu/jwst/phase2-public/4320.pdf

Astrobiologie: Leben auf Enceladus?

NASA/JPL-Caltech

07.06.2021 Mikroben gelten als die wahrscheinlichste Ursache für Methan, das die Raumsonde Cassini auf dem Saturnmond aufspürte.

Auf dem Saturnmond Enceladus gibt es Fontänen aus Wasserdampf, die Methan enthalten. Auf Basis einer umfangreichen statistischen Analyse haben Forscher nun herausgefunden, dass Mikroben die wahrscheinlichste Ursache für das Methan sind. Am Boden des unter einer dicken Eisschicht verborgenen Ozeans gibt es vermutlich – ähnlich wie auf der Erde – heiße Quellen mit einer lebensfreundlichen Umgebung. Wenn dort kein Leben entstanden sei, müsse es für das Methan eine bislang unbekannte Quelle geben, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature Astronomy“.

Zwischen den Jahren 2004 und 2017 umkreiste die Raumsonde Cassini den Planeten Saturn und erforschte dabei auch dessen Monde – unter anderem Enceladus. Mit einem Durchmesser von 500 Kilometern ist Enceladus der sechstgrößte Mond des Planeten. Bereits im Jahr 2005 zeigten Aufnahmen von Cassini, dass die südpolare Region des Saturnmondes geologisch aktiv ist und dort Fontänen aus Eispartikeln und Wasserdampf mehrere Tausend Kilometer weit ins All hinausschießen. Für genauere Analysen flog die Raumsonde daraufhin mehrfach durch die Fontänen hindurch.

Es zeigte sich, dass der Dampf auch molekularen Wasserstoff und Methan enthält. Seit Langem vermuten Planetenforscher daher, dass es am Boden des Ozeans von Enceladus hydrothermale Quellen gibt. Durch bestimmte chemische Prozesse könnten in solchen Quellen molekularer Wasserstoff und Methan entstehen. In der Umgebung etwa von sogenannten Schwarzen Rauchern am irdischen Meeresboden gibt es reichhaltige Ökosysteme, die nicht von Sonnenlicht, sondern von der vorhandenen chemischen Energie angetrieben werden. Möglicherweise haben diese heißen Quellen auch eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Leben auf der Erde gespielt.

Das wirft die Frage auf, ob es nicht auf Enceladus ganz ähnlich sein könnte. Um darauf eine Antwort zu finden, haben Antonin Affholder von der Universität PSL in Paris und seine Kollegen die von Cassini gesammelten Daten nun mit bekanntem Wissen über geophysikalische, geochemische und biologische Prozesse in einem komplexen statistischen Verfahren analysiert. „Die beobachtete Menge an Methan lässt sich nicht allein durch nichtbiologische Veränderungen des felsigen Untergrunds erklären“, fassen die Forscher ihre Ergebnisse zusammen.

Aus den Daten lasse sich jedoch ableiten, dass es am Ozeanboden von Enceladus hydrothermale Quellen mit lebensfreundlichen Bedingungen geben müsse. Bleibt die Frage, ob dort auch tatsächlich Leben entstanden ist. Geht man davon aus, dass die Entstehung von Leben auf der Erde kein unwahrscheinlicher Zufall ist, müsste man diese Frage bejahen – und dann seien Mikroben die wahrscheinlichste Quelle für das Methan auf Enceladus. Die Forscher schätzen, dass die lebensfreundlichen Bedingungen auf dem Saturnmond bereits seit mehreren Milliarden Jahren existieren, „ausreichend Zeit also für die Entstehung von Leben“.

Es könnte sich allerdings auch zeigen, dass Leben bei geeigneten Bedingungen nicht zwangsläufig entsteht und es sich damit um ein extrem unwahrscheinliches und seltenes Ereignis handelt. Dann deuten die Daten der Raumsonde Cassini zwar trotzdem auf lebensfreundliche Bedingungen am Boden des Ozeans von Enceladus hin – aber es würde dort kein Leben geben. In diesem Fall müsse es, so die Forscher, bislang unbekannte Vorgänge zum Erzeugen von Methan geben, die noch auf ihre Entdeckung warten.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/universum/news/2021/leben-auf-enceladus/