Hydrothermal processes on Enceladus Saturn's moon Enceladus has a subsurface ocean covered by a layer of ice. Some liquid escapes into space through cracks in the ice, which is the source of one of Saturn's rings. In October 2015, the Cassini spacecraft flew directly through the plume of escaping material and sampled its chemical composition. Waite et al. found that the plume contains molecular hydrogen, H 2 , a sign that the water in Enceladus' ocean is reacting with rocks through hydrothermal processes (see the Perspective by Seewald). This drives the ocean out of chemical equilibrium, in a similar way to water around Earth's hydrothermal vents, potentially providing a source of chemical energy. Science , this issue p. 155 ; see also p. 132

Saturn's moon Enceladus harbours a global water ocean 1 , which lies under an ice crust and above a rocky core 2 . Through warm cracks in the crust 3 a cryo-volcanic plume ejects ice grains and vapour into space4-7 that contain materials originating from the ocean8,9. Hydrothermal activity is suspected to occur deep inside the porous core10-12, powered by tidal dissipation 13 . So far, only simple organic compounds with molecular masses mostly below 50 atomic mass units have been observed in plume material6,14,15. Here we report observations of emitted ice grains containing concentrated and complex macromolecular organic material with molecular masses above 200 atomic mass units. The data constrain the macromolecular structure of organics detected in the ice grains and suggest the presence of a thin organic-rich film on top of the oceanic water table, where organic nucleation cores generated by the bursting of bubbles allow the probing of Enceladus' organic inventory in enhanced concentrations.

Saturn’s moon Enceladus has a potentially habitable subsurface water ocean that contains canonical building blocks of life (organic and inorganic carbon, ammonia, possibly hydrogen sulfide) and chemical energy (disequilibria for methanogenesis). However, its habitability could be strongly affected by the unknown availability of phosphorus (P). Here, we perform thermodynamic and kinetic modeling that simulates P geochemistry based on recent insights into the geochemistry of the ocean–seafloor system on Enceladus. We find that aqueous P should predominantly exist as orthophosphate (e.g., HPO 4 2− ), and total dissolved inorganic P could reach 10 −7 to 10 −2 mol/kg H 2 O, generally increasing with lower pH and higher dissolved CO 2 , but also depending upon dissolved ammonia and silica. Levels are much higher than <10 −10 mol/kg H 2 O from previous estimates and close to or higher than ∼10 −6 mol/kg H 2 O in modern Earth seawater. The high P concentration is primarily ascribed to a high (bi)carbonate concentration, which decreases the concentrations of multivalent cations via carbonate mineral formation, allowing phosphate to accumulate. Kinetic modeling of phosphate mineral dissolution suggests that geologically rapid release of P from seafloor weathering of a chondritic rocky core could supply millimoles of total dissolved P per kilogram of H 2 O within 10 5 y, much less than the likely age of Enceladus’s ocean (10 8 to 10 9 y). These results provide further evidence of habitable ocean conditions and show that any oceanic life would not be inhibited by low P availability.

Abstract Jupiter’s icy moon, Europa, harbors a subsurface liquid water ocean; the prospect of this ocean being habitable motivates further exploration of the moon with the upcoming NASA Europa Clipper mission. Key among the mission goals is a comprehensive assessment of the moon’s composition, which is essential for assessing Europa’s habitability. Through powerful remote sensing and in situ investigations, the Europa Clipper mission will explore the composition of Europa’s surface and subsurface, its tenuous atmosphere, and the local space environment surrounding the moon. Clues on the interior composition of Europa will be gathered through these assessments, especially in regions that may expose subsurface materials, including compelling geologic landforms or locations indicative of recent or current activity such as potential plumes. The planned reconnaissance of the icy world will constrain models that simulate the ongoing external and internal processes that act to alter its composition. This paper presents the composition-themed goals for the Europa Clipper mission, the synergistic, composition-focused investigations that will be conducted, and how the anticipated scientific return will advance our understanding of the origin, evolution, and current state of Europa.

Abstract The presence of a hydrosphere on Europa raises questions about its habitability, and studies of its volatile inventory can provide insight into its formation process. Different scenarios suggest that Europa's volatiles could be derived from cometary ices or devolatilized building blocks. The study of post-accretion processes—in particular, the “open-ocean” phase that likely occurred before the formation of the icy crust—is crucial to distinguishing these origins, as this phase is likely to have influenced the volatile inventory. The abundance of ammonia in Europa's building blocks is also crucial for understanding the composition of its ocean and primordial atmosphere. We aim to investigate the ocean–atmosphere equilibrium during the post-accretion period by varying the ammonia fraction in the atmosphere. Our model evaluates the vapor–liquid equilibrium of water and volatiles, as well as the chemical equilibrium within the ocean, to study Europa's early hydrosphere. We explore two initial conditions: one in which Europa's hydrosphere originates from comet-like building blocks, and another in which it forms in equilibrium with a thick-and-CO 2 -rich atmosphere. In both scenarios, the initial ratio of accreted CO 2 to NH 3 determines the magnitude of their partial pressures in Europa's early atmosphere. If this ratio exceeds a certain threshold (set to 10 −4 in this study), the atmosphere will be CO 2 -rich; otherwise, it will be CO 2 -depleted, by multiple orders of magnitude. Overall, our work provides an initial assessment of the distribution of primordial volatiles in Europa's primitive hydrosphere and provides a baseline for interpreting data from the upcoming Europa Clipper mission.