Der Saturnmond Enceladus übernimmt offenbar einen Teil der Laborarbeit, die Forscher auf der Erde mühsam erledigen müssten. Eine neue Studie zeigt, dass die Tröpfchen aus seinem verborgenen Ozean auf dem Weg ins All langsam gefrieren und ihre Bestandteile dabei voneinander trennen. Viele der ausgestoßenen Eiskörner enthalten danach überwiegend einen einzigen Stoff in stark erhöhter Konzentration. Eine zweite Studie belegt zudem, dass bestimmte Mikroben mit den extremen Bedingungen in diesem Ozean besser zurechtkommen als erwartet.
Enceladus gilt als einer der vielversprechendsten Orte im Sonnensystem, um nach außerirdischem Leben zu suchen. Unter seiner dicken Eiskruste liegt ein globaler Ozean aus flüssigem Wasser, darunter ein Kern aus Gestein. Aus Rissen am Südpol schießen gewaltige, vom Ozean gespeiste Fontänen aus Wasserdampf und winzigen Eispartikeln mehrere Hundert Kilometer weit ins All. Die NASA-Sonde Cassini durchflog diese Fontänen mehrfach und analysierte ihre Zusammensetzung. Der Ozean des Enceladus ist damit das einzige außerirdische Gewässer, aus dem bislang Material direkt untersucht werden konnte. Nachgewiesen wurden unter anderem Salze und organische Verbindungen, frühere Auswertungen lieferten zudem Hinweise auf heiße Quellen am Meeresboden. Obwohl Cassini seine Mission schon vor Jahren beendet hat, liefern die gespeicherten Messdaten bis heute neue Erkenntnisse, wie zwei aktuelle Arbeiten mit Beteiligung der Freien Universität Berlin zeigen.
Beide Studien sind zeitgleich in der Fachzeitschrift Science Advances erschienen. Die erste leitete der Berliner Planetologe Frank Postberg mit einem internationalen Team. Sie rekonstruiert mit Cassini-Daten, jahrelangen Laborexperimenten und theoretischen Modellen, was mit dem Ozeanwasser auf seinem Weg durch die Eiskruste geschieht. Die zweite Arbeit entstand unter Leitung von Forschern der Ludwig-Maximilians-Universität München, Postberg und der Berliner Weltraumforscher Nozair Khawaja sind daran beteiligt. Sie prüft im Labor, ob irdische Mikroorganismen unter den chemischen Bedingungen des Enceladus-Ozeans überleben könnten. Zusammen ergeben die Arbeiten ein neues Bild. Postberg betont allerdings ausdrücklich, dass damit keineswegs bewiesen ist, dass es auf Enceladus tatsächlich Leben gibt. Die Ergebnisse zeigen nur, dass die Voraussetzungen günstiger sind als gedacht und dass mögliche Spuren leichter zu finden wären.
Am Anfang der Kette stehen platzende Gasblasen an der Oberfläche des Ozeans. Sie erzeugen kleine Tröpfchen, die der aufsteigende Wasserdampf durch Spalten in der Eiskruste Richtung Weltall trägt. Anders als bislang angenommen, gefrieren diese Tröpfchen nach der neuen Studie nicht schlagartig, sondern langsam. Dabei wandern ihre Bestandteile auseinander. Salze und organische Stoffe sammeln sich an unterschiedlichen Stellen im gefrierenden Tropfen, und selbst verschiedene gelöste Salze wie Kochsalz und Natriumkarbonate trennen sich voneinander. Auf dem Weg nach oben beschleunigen die gefrorenen Körner auf bis zu 1.000 Kilometer pro Stunde. Prallen sie gegen die Wände der Eisspalten, zerbrechen sie in Fragmente von nur wenigen Mikrometern Größe, bevor sie ins All hinausschießen. Viele dieser Bruchstücke enthalten dann überwiegend eine einzige der zuvor abgetrennten Substanzen, diese jedoch stark angereichert. Wie die Freie Universität Berlin erläutert, erledigt der Mond damit einen Teil der Probenvorbereitung gleich selbst.
Für die Suche nach Biosignaturen, also messbaren Hinweisen auf Leben, ist dieser Mechanismus besonders interessant. Befände sich mikrobielles Material in einem Ozeantröpfchen, würde es beim Gefrieren ebenfalls von den übrigen Bestandteilen getrennt. Nach dem Zerbrechen stünde es dann womöglich nur in wenigen Eispartikeln, dort aber vergleichsweise rein und in hoher Konzentration. Eine künftige Raumsonde müsste zwar beim Flug durch die Fontänen sehr viele einzelne Körner untersuchen. Träfe sie jedoch auf eines mit mikrobiellem Material, ließen sich die Spuren nach Einschätzung von Postberg mit bereits verfügbarer Messtechnik besonders gut erkennen. Frühere Laborstudien seiner Gruppe hatten schon gezeigt, dass sich Zellmaterial in einzelnen Eispartikeln mit geeigneten Instrumenten grundsätzlich nachweisen lässt. Der Befund ist deshalb auch für die geplante ESA-Mission L4 wichtig, die in den 2040er Jahren gezielt nach Lebensspuren auf Enceladus suchen und dafür Proben aus den Fontänen entnehmen soll.
Für die zweite Studie bauten die Forscher im Labor die Umgebung des Enceladus-Ozeans nach. Sie ist nahezu sauerstofffrei, stark alkalisch mit pH-Werten von 10 bis 11 und reich an Karbonaten, dazu kommt die Wechselwirkung des Wassers mit dem Gestein des Meeresbodens. Diesen Bedingungen setzten sie den Mikroorganismus Methanothermococcus okinawensis aus. Er gehört zu den Archaeen, urtümlichen Einzellern, die auf der Erde etwa an heißen Tiefseequellen leben, keinen Sauerstoff brauchen und aus Wasserstoff und Kohlendioxid Energie gewinnen. Das Ergebnis überraschte selbst das Team. In einem Nährmedium, das für diese Mikroben normalerweise optimal ist, konnten sie bei den hohen pH-Werten nicht überleben, weil zu wenig gelöstes Kohlendioxid vorhanden war. Unter den nachgebildeten Enceladus-Bedingungen vermehrten sie sich dagegen weiter. Sie nutzten den durch die Gesteinsreaktionen entstehenden Wasserstoff als Energiequelle, produzierten Methan und passten ihren Stoffwechsel an die winzigen Kohlendioxidmengen an. Khawaja räumt ein, dass das Team einen solchen Erfolg für unwahrscheinlich gehalten hatte.
Zusammen deuten die beiden Arbeiten darauf hin, dass die besondere Geochemie von Enceladus selbst bei hohen pH-Werten einen der ältesten bekannten Stoffwechselwege irdischen Lebens ermöglichen könnte. Methanbildende Archaeen gelten als Vertreter einer sehr frühen Lebensform, weil sie ohne Sauerstoff und Sonnenlicht auskommen. Dass sie im Laborozean gedeihen, macht Enceladus als möglichen Lebensraum noch interessanter. Die Suche nach Leben jenseits der Erde beschränkt sich dabei längst nicht auf das Sonnensystem, wie etwa die ersten Radiosignale von einem Exoplaneten in 64 Lichtjahren zeigen. An der Freien Universität Berlin fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft seit Juli 2026 zudem einen Sonderforschungsbereich unter Leitung der Planetenforscherin Lena Noack, der untersucht, unter welchen Bedingungen Planeten und Monde Leben ermöglichen. Enceladus ist dabei eines der zentralen Ziele.
Science Advances, Cassini CDA observes compositional segregation of Enceladus' ice grains from slow freezing and fragmentation of oceanic spray; doi:10.1126/sciadv.aee7256
Science Advances, Enceladus-like geochemistry fuels methanogenesis under extreme CO₂-limitation; doi:10.1126/sciadv.aei0167