Life-Hunting Mission skulle få tillbaka prover från Saturn Moon Enceladus

NASA: s rymdskepp Cassini fångade den här utsikten över Saturns måne Enceladus den 10 mars 2012. (Bildkredit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

Inom en inte alltför avlägsen framtid kan en rymdfarkost leverera prover från ett främmande hav till jorden, där forskare skulle granska materialet för tecken på liv.

Forskare utvecklar ett uppdragskoncept som skulle sända en sond som flyger genom plummen som skapats av de hundratals udda gejsrarna som bryter ut från södra polarområdet på Saturnus istäckta måne Enceladus.

Dessa gejsrar spränger vatten, salter och organiska föreningar från satellitens underjordiska hav långt ut i rymden. Uppdraget, känt som Life Investigation for Enceladus (LIFE), skulle samla prover av dessa saker och sedan skicka det tillbaka till jorden i en returkapsel. [ Inuti Enceladus, Icy Moon of Saturn (Infographic) ]

'Att få ett prov från Enceladus skulle vara fenomenalt', säger LIFE -ledaren Peter Tsou, från Sample Exploration Systems i La Canada, Kalifornien. 'Detta är' vi är ensamma '-frågan - potentiellt kan vi kasta enormt ljus över det i ett enda uppdrag.'

LIFE finns inte på NASA: s böcker; det förblir ett koncept för tillfället. Tsou uppskattar att prov-returansträngningen kan monteras för cirka 700 miljoner dollar-ungefär 30 procent av kostnaden för NASA: s Mars Rover Curiosity-uppdrag.

Mer än 100 gejsrar spränger vattenis, organiska molekyler och annat material i rymden från den södra polära delen av Saturns måne Enceladus.(Bildkredit: NASA/JPL/SSI)

En potentiellt beboelig måne

Enceladus har ett omfattande vattenhav under sin isiga skorpa som matar vattenstrålar som kommer från nära sydpolen. Se hur Enceladus fungerar och hur dess vattengejsrar bryter ut i denna guesswhozoo.com -infografik .(Bildkredit: Av Karl Tate, Infographics Artist)

Många astrobiologer betraktar Enceladus 310-mils breda (500 kilometer) och den mycket större Jupiter-månen Europa som solsystemets bästa satsningar för att vara värd för liv bortom jorden.

Enceladus och Europa verkar ha hav av flytande vatten under ytan som är i kontakt med deras steniga mantlar, vilket möjliggör många komplexa kemiska reaktioner. Och färska studier tyder på att medan båda månenas hav är utanför räckvidden för solljus, kan de fortfarande hysa energikällor tillräckligt för att upprätthålla mikrobiellt liv .

NASA arbetar redan med ett flyby-uppdrag till Europa, som byrån hoppas kunna lansera i början till mitten av 2020-talet. Men många forskare driver också på för en dedikerad Enceladus-insats, till stor del på grund av satellitens dramatiska gejsrar, som NASA: s Saturn-kretsande Cassini-rymdfarkoster upptäckte 2005.

Dessa kraftfulla jetstrålar, som härrör från sprickor nära Enceladus sydpol, smälter samman och bildar en plume - ett kallt moln av havspartiklar som sträcker sig många mil ut i rymden och bara väntar på att bli hakad och studerad. [ Se Enceladus gejsrar i aktion (video) ]

'Det är gratisprover', säger Jonathan Lunine, från Cornell University, till guesswhozoo.com. 'Vi behöver inte landa, borra, smälta eller göra något sådant.'

Cassini har flög genom plummen vid flera tillfällen och hittat bevis på kolhaltiga organiska föreningar med sitt masspektrometerinstrument. Men Cassini är inte utrustad för att leta efter livstecken.

Argumentet för provåtergång

Lunine är huvudutredare av ett annat uppdragskoncept som heter Enceladus Life Finder (ELF), som syftar till att söka efter tecken på liv i plympartiklar. Men ELF -sonden skulle göra allt detta arbete ombord i Saturnus -systemet, snarare än att skicka proverna tillbaka till jorden för analys.

Tsou tycker att prov-retur är ett bättre sätt att gå och säger att det kan vara svårt för en robotfartyg som är miljonmil från sina hanterare att göra en definitiv upptäckt av främmande liv.

'Just nu har ingen biolog eller astrobiolog en allmänt överenskommen definition av livet', sa Tsou. 'Så, för att vi ska kunna avgöra att det finns liv på Enceladus, kommer det inte att vara ett enkelt, binärt, 1-eller-0-svar,' sa Tsou. 'Du måste göra många, många studier.'

Som ett exempel nämner Tsou och hans team den utdragna analysen av bitar av Comet Wild 2, som levererades till jorden av NASA: s Stardust -uppdrag 2006. (Tsou fungerade som Stardusts ställföreträdande utredare.)

'Slutlig bekräftelse av det kometära ursprunget för aminosyran glycin från Comet Wild 2 erhölls över 3 år efter att proverna återlämnades till jorden', LIFE -teamet skrev i ett papper som presenterades vid den 45: e Lunar and Planetary Science Conference, som hölls förra året i The Woodlands, Texas.

'Betydande framsteg när det gäller att bedöma Enceladus biologiska potential kan göras på återlämnade prover i terrestriska laboratorier, där full effekt av toppmodern laboratorieinstrumentation och procedurer kan utnyttjas, utan allvarliga gränser för effekt, massa eller kostnad, 'tillade de. 'Terrestriska laboratorier ger den ultimata analytiska förmågan, anpassningsförmågan, reproducerbarheten, tillförlitligheten och synergin bland forskare.' [ 5 Djärva påståenden om främmande liv ]

Hur det skulle fungera

LIFE-sonden skulle skjuta till Saturnus-bana, som den skulle kunna nå efter 5 år om omloppsdynamiken möjliggjorde en hastighetsförstärkande flyby av Jupiter, sade Tsou. Resan skulle ta 7 eller 8 år utan en sådan tyngdkraftshjälpmanöver, tillade han. (Resan skulle dock bli mycket kortare om NASA: s rymdlanseringssystem megarocket i utveckling används.)

Väl i omlopp skulle LIFE utföra flera plumprovtagningsflygbyten av Enceladus och samla material i en dämpande aerogel liknande den som används vid Stardust-uppdraget. LIFE skulle också ha en returkapsel, en kamera, en masspektrometer (som skulle möjliggöra en del in situ -analys) och en dammräknare, som skulle låta uppdragsforskare veta att sonden verkligen hade flugit genom plummen.

Efter att insamlingen var klar skulle LIFE skicka proverna i snabbkapsling tillbaka mot jorden. Plommaterialet måste hanteras extremt noggrant när det väl kommer hit, på grund av möjligheten att det kan rymma främmande livsformer (vilket teoretiskt kan skada eller förändra jordens liv och ekosystem).

Enceladusprover skulle därför sannolikt lämnas in och studeras i en anläggning som kan innehålla ”biosäkerhetsnivå 4” (BSL-4), den säkraste klassificeringen, sade Tsou. Forskare som studerar extremt smittsamma och farliga smittämnen, till exempel Ebola-viruset, gör sitt arbete på BSL-4.

USA har inte en BSL-4-anläggning utrustad för att hantera material från rymden, och tidigare studier har uppskattat kostnaden för att bygga en skräddarsydd en till 500 miljoner dollar eller mer, sade Tsou. Men LIFE skulle inte nödvändigtvis behöva drabbas av den kostnaden.

Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMESTEC) planerar att bygga en BSL-4-anläggning ombord på sitt havsforskningsfartyg Chikyu, sade Tsou. Och JAMESTEC -tjänstemän har svarat positivt på möjligheten att lagra och studera Enceladus -prover på Chikyu, tillade han.

'De kommer att ha personalen; de kommer att ha erfarenheten, sa Tsou. 'För att återställa [prover] från ett annat [världens] hav - de var mycket glada.'

LIFE: s samarbete med Japan kan bli omfattande om uppdraget slutar: Tsou sa att det finns en god chans att Japan skulle leverera LIFE: s prov-retur-kapsel. (Nationen har viss expertis på detta område; Japan Aerospace Exploration Agency, eller JAXA, skickade framgångsrikt tillbaka bitar av asteroiden Itokawa till jorden 2010 och lanserade ytterligare ett asteroidprov-returuppdrag förra året.)

Det finns inga fasta åtaganden vid denna tidpunkt, men Tsou sa att han har haft produktiva möten med tjänstemän från JAXA och nationens Institute of Space and Aeronautical Science.

Tsou uttryckte verkligen optimism om att Japan kanske skulle kunna hämta cirka 200 miljoner dollar av det potentiella uppdragets prislapp, och lämnade NASA att betala de återstående 500 miljoner dollarna eller så. LIFE kan därför någon gång kunna flyga som en del av NASA: s Discovery Program, som lanserar fokuserade, relativt låga uppdrag.

Framtiden i tvivel

Rymdorganisationen överväger för närvarande cirka två dussin förslag på ett Discovery-uppdrag som kommer att lanseras i slutet av 2021, med en kostnadsram på 450 miljoner dollar (exklusive operationer efter lansering). NASA förväntas välja ut en handfull finalister den här månaden och sedan göra sitt val i september 2016.

ELF är på gång för det uppdraget, men Tsou och hans kollegor lämnade inte in LIFE som en möjlighet. Det nuvarande Discovery-samtalet förbjöd användning av kärnkraftskällor-till exempel radioisotop-termoelektriska generatorer, som omvandlar värmen som skapas av det radioaktiva sönderfallet av plutonium-238 till elektricitet-tydligen i ett försök att bevara NASA: s minskande lager av plutonium.

Tsou tycker kärnbränsle är avgörande för sonder som flyger ända till Saturnus, som ligger 9,5 gånger längre från solen än jorden gör och därmed får mycket mindre solenergi. (Lunine, å andra sidan, är övertygad om att ELF kan lyckas med solenergi.)

Så LIFE: s framtid ligger i luften. Tsou sa att han skulle vilja föreslå konceptet som ett Discovery-uppdrag på vägen, även om han kunde förutse att skicka in LIFE via NASA: s medelklassforskningsprogram, känt som New Frontiers, även om nästa Discovery-samtal är kärnfritt. (New Horizons-uppdraget på 720 miljoner dollar, som genomförde Plutos första flyby någonsin i juli, är ett New Frontiers-projekt.)

'Vi fortsätter fortfarande utan finansiering och gör så gott vi kan', sa Tsou.

Följ Mike Wall på Twitter @michaeldwall och Google+ . Följ oss @Spacedotcom , Facebook eller Google+ . Ursprungligen publicerad den guesswhozoo.com .