Een paar jaar geleden dachten astronomen dat ze rond Saturnusmaan Rhea piekerige ringen vonden. Nu hebben nieuwe waarnemingen iets anders rond Rhea laten zien dat totaal onverwacht was: een zuurstofatmosfeer. In maart van dit jaar maakte het Cassini-ruimtevaartuig een korte vlucht door Rhea en registreerde gegevens over een dunne atmosfeer bestaande uit zuurstof en kooldioxide.
De bron van de zuurstof is niet echt een verrassing: Rhea's dichtheid van 1.233 keer die van vloeibaar water suggereert dat Rhea driekwart ijs en een kwart gesteente is. De ijle atmosfeer van de maan wordt in stand gehouden door de voortdurende chemische ontbinding van ijswater op het maanoppervlak door bestraling vanuit de magnetosfeer van Saturnus.
Zuurstof is onlangs ook gedetecteerd in de atmosfeer van twee van de manen van Jupiter, Europa en Ganymedes. Aangezien zuurstof een hoofdbestanddeel is van de atmosfeer rond de ringen van Saturnus, denken astronomen dat er vergelijkbare atmosferen kunnen zijn rond andere ijzige manen die in een baan rond de magnetosfeer van Saturnus draaien.
"De nieuwe resultaten suggereren dat actieve, complexe chemie met zuurstof vrij algemeen voorkomt in het zonnestelsel en zelfs in ons universum", zegt hoofdauteur Ben Teolis, een Cassini-teamwetenschapper bij het Southwest Research Institute in San Antonio. 'Een dergelijke chemie kan een levensvoorwaarde zijn. Alle bewijzen van Cassini geven aan dat Rhea te koud is en verstoken is van het vloeibare water dat nodig is voor het leven zoals wij dat kennen. '
Natuurlijk is er altijd de mogelijkheid van leven zoals we het niet kennen.
En er moet een soort organische stof op de maan zijn - dat wil zeggen koolstofverbindingen. De bron van de kooldioxide in de atmosfeer van Rhea is nog niet bekend, maar de aanwezigheid ervan suggereert dat radiolyse-reacties tussen oxidanten en organische stoffen aan de oppervlakte van de maan plaatsvinden.
Wat betreft al deze nieuwe bevindingen die verband houden met de uitgesloten hypothese van ringen rond Rhea, vertelde Teolis aan Space Magazine dat er nog veel over Rhea's omgeving moet worden bepaald. 'De uitputting van elektronen is momenteel onverklaard', zei Teolis in een e-mail. De scherpe, symmetrische daling van de elektronen rond Rhea was de eerste bevinding achter de ringtheorie. "Ons huidige denken is dat het mogelijk verband houdt met de ionisatie van de atmosfeer, misschien in combinatie met elektrostatische oplading van Rhea's oppervlak, maar ik heb op dit moment geen definitief antwoord. De wisselwerking tussen atmosfeer en magnetosfeer is een complex probleem en het zal enige tijd duren om uit te zoeken. Maar voor het eerst bij een ijzige maan geven de bevindingen van Cassini ons een in situ observatievenster op deze interactie, waarvan het begrip nog steeds zeer theoretisch is. We werken eraan. "
Deze laatste gegevens kwamen van Cassini's ion- en neutrale massaspectrometer en de Cassini plasmaspectrometer tijdens flybys op 26 november 2005, 30 augustus 2007 en 2 maart 2010. De ionen- en neutrale massaspectrometer zagen piekdichtheden van zuurstof van rond de 50 miljard moleculen per kubieke meter (1 miljard moleculen per kubieke voet). Het detecteerde piekdichtheden van koolstofdioxide van ongeveer 20 miljard moleculen per kubieke meter (ongeveer 600 miljoen moleculen per kubieke voet).
De plasmaspectrometer zag duidelijke handtekeningen van stromende stromen van positieve en negatieve ionen, met massa's die overeenkwamen met ionen van zuurstof en kooldioxide.
De wetenschappers zeiden dat de zuurstof naar een atmosfeer lijkt te stijgen wanneer het magnetische veld van Saturnus over Rhea draait. Energetische deeltjes die vastzitten in het magnetische veld van de planeet, doorkruisen het water-ijsoppervlak van de maan. Ze veroorzaken chemische reacties die het oppervlak ontleden en zuurstof afgeven.
Het vrijgeven van zuurstof door bestraling van het oppervlak zou kunnen helpen bij het creëren van gunstige omstandigheden voor het leven in een ander ijzig lichaam dan Rhea met vloeibaar water onder het oppervlak, zei Teolis. Als de zuurstof en kooldioxide van het oppervlak op de een of andere manier naar een ondergrondse oceaan zouden kunnen worden getransporteerd, zou dat een veel gastvrijere omgeving bieden voor complexere verbindingen en leven.
De wetenschappers weten niet hoe de kooldioxide vrijkomt. Het kan het gevolg zijn van "droog ijs" dat gevangen zit in de oerzonnevel, zoals het geval is bij kometen, of het kan te wijten zijn aan vergelijkbare bestralingsprocessen die werken op de organische moleculen die gevangen zitten in het waterijs van Rhea. De koolstofdioxide kan ook afkomstig zijn van koolstofrijke materialen die zijn afgezet door kleine meteoren die het oppervlak van Rhea bombardeerden.
"Rhea blijkt veel interessanter te zijn dan we ons hadden voorgesteld", zegt Linda Spilker, Cassini-projectwetenschapper bij JPL. "De Cassini-bevinding benadrukt de rijke diversiteit van de manen van Saturnus en geeft ons aanwijzingen over hoe ze gevormd en geëvolueerd zijn."
Dit onderzoek verschijnt in het nummer van 25 november 2010 van Science Express.
Bronnen: Science, JPL, e-mailuitwisseling met Teolis
