Ända sedanCassini uppdraget gick in i Saturn-systemet och började studera sina månar, Enceladus har blivit en viktig intressekälla. När sonden upptäckte vattenflöden och organiska molekyler som utbröt från månens södra polära region, började forskare att spekulera att Enceladus kan ha ett varmt vatten i sitt inre - ungefär som Jupiters mån Europa och andra kroppar i vårt solsystem.
I framtiden hoppas NASA att skicka ett nytt uppdrag till detta system för att ytterligare utforska dessa skott och det inre av Enceladus. Detta uppdrag kommer troligen att omfatta ett nytt instrument som nyligen tillkännagavs av NASA, känt som Submillimeter Enceladus Life Fundamentals Instrument (SELFI). Detta instrument, som föreslogs av ett team från NASA Goddard Space Flight Center, fick nyligen stöd för vidareutveckling.
Före Cassini uppdrag trodde forskare att ytan på Enceladus var fryst fast. I alla fall, Cassini data avslöjade en liten vingling i månens bana som antydde förekomsten av ett inre hav. Liksom Europa orsakas detta av tidvattenkrafter som orsakar böjning i kärnan, som genererar tillräckligt med värme för att hålla flytande vatten i det inre. Runt södra polen resulterar detta i att isen spricker upp och bildar sprickor.
De Cassini uppdraget upptäckte också plummar som härrör från cirka 100 olika sprickor som kontinuerligt spyr isiga partiklar, vattenånga, koldioxid, metan och andra gaser i rymden. För att studera dessa närmare har NASA utvecklat vissa ambitiösa instrument som kommer att förlita sig på millimetervåg eller radiofrekvensvågor (RF) för att bestämma deras sammansättning och lära sig mer om Enceladus inre hav.
Enligt SELFI Principal Investigator Gordon Chin representerar SELFI en betydande förbättring jämfört med befintliga submillimeter-våglängdsanordningar. När den väl har installerats kommer den att mäta spår av kemikalier i vattenflödena och isiga partier som periodvis härrörde från Enceladus södra sprickor, även känd som "Tiger Stripes". Förutom att avslöja havets kemiska sammansättning, kommer detta instrument också att indikera att det är potential för att stödja liv.
På jorden är hydrotermiska ventiler hem för blomstrande ekosystem och misstänks till och med vara det ställe där livet först uppstod på jorden. Därför varför forskare är så angelägna om att studera hydrotermisk aktivitet på månar som Enceladus, eftersom dessa kan representera det mest troliga stället att hitta utomjordiskt liv i vårt solsystem. Som Chin antydde i ett pressmeddelande från NASA:
”Submillimetervåglängder, som ligger inom området mycket högfrekvent radio, ger oss ett sätt att mäta mängden av många olika slags molekyler i en kall gas. Vi kan skanna igenom alla plommor för att se vad som kommer ut från Enceladus. Vattenånga och andra molekyler kan avslöja en del av havets kemi och leda ett rymdskepp på den bästa vägen att flyga genom plommorna för att göra andra mätningar direkt. "
Molekyler som vatten, koldioxid och andra element sänder specifika radiofrekvenser, som submillimeterspektrometrar är känsliga för. De spektrala linjerna är mycket diskreta och intensiteten vid vilken de sänder kan användas för att kvantifiera deras existens. Med andra ord, instrument som SELFI kan inte bara bestämma den kemiska sammansättningen av Enceladus inre hav, utan också överflödet av dessa kemikalier.
I decennier har spektrometrar använts inom rymdvetenskap för att mäta de kemiska sammansättningarna av planeter, stjärnor, kometer och andra mål. Senast har forskare försökt att få spektra från avlägsna planeter för att bestämma den kemiska sammansättningen av deras atmosfärer. Detta är avgörande när det gäller att hitta potentiellt bebodda exoplaneter, eftersom vattenånga, kväve och syregas alla krävs för livet som vi känner till det.
Att utföra skanningar i submillimeterbandet är dock en relativt ny process, eftersom submillimeterkänsliga instrument är komplexa och svåra att bygga. Men med hjälp av NASA: s finansiering av forskning och utveckling ökar Chin och hans kollegor instrumentets känslighet med hjälp av en förstärkare som ökar signalen till cirka 557 GHz. Detta gör att SELFI kan upptäcka jämna små spår av vatten och gaser som kommer från ytan på Enceladus.
Andra förbättringar inkluderar ett mer energieffektivt och flexibelt databehandlingssystem för radiofrekvens, samt en sofistikerad digital spektrometer för RF-signalen. Den senare förbättringen kommer att utnyttja programmerbara kretsar med snabb hastighet för att konvertera RF-data till digitala signaler som kan analyseras för att mäta gasmängder, temperaturer och hastigheter från Enceladus-plommorna.
Dessa förbättringar gör det möjligt för SELFI att samtidigt detektera och analysera 13 olika molekyltyper, som inkluderar olika isotoper av vatten, metanol, ammoniak, ozon, väteperoxid, svaveldioxid och natriumklorid (alias salt). Bortom Enceladus, tror Chin att teamet kan tillräckligt förbättra instrumentet för föreslagna framtida uppdrag. "SELFI är verkligen nytt", sade han. "Detta är ett av de mest ambitiösa submillimeterinstrument som någonsin har byggts."
Under senare år har till exempel forskare upptäckt plumaktivitet från Europas yta. Även här tros den här verksamheten vara resultatet av geotermisk aktivitet, som skickar varmvattenflöden från månens inre hav till ytan. Redan hoppas NASA kunna undersöka dessa plommon och de på Enceladus med hjälp av James Webb Space Telescope, som kommer att distribueras under 2019.
En annan möjlighet skulle vara att utrusta den föreslagna Europa Clipper - som kommer att lanseras mellan 2022 och 2025 - med ett instrument som SELFI. Instrumentpaketet för den här sonden kräver redan en spektrometer, men en förbättrad submillimetervåg och RF-enhet kan möjliggöra en mer detaljerad titt på Europas flöden. Dessa uppgifter kan i sin tur lösa den årtionden gamla debatten om huruvida Europas inre kan stödja livet eller inte.
Under de kommande decennierna är en av de största prioriteringarna för rymdutforskning att undersöka solsystemets ”Ocean Worlds” för tecken på liv. För att se detta igenom, är NASA och andra rymdbyråer upptagna med att utveckla nödvändiga verktyg för att sniffa ut alla kemiska och biologiska indikatorer. Inom ett decennium, med någon tur, kanske vi bara upptäcker att livet på jorden inte är undantaget utan en del av en större norm.
