Gibt es einen Ozean unter dem Eis des Jupitermonds Europa?
14. Oktober 2024 | Start der NASA-Mission Europa Clipper
Gibt es einen Ozean unter dem Eis des Jupitermonds Europa?
Die NASA-Mission Europa Clipper am Jupitermond Europa
Diese künstlerische Darstellung zeigt das NASA-Raumschiff Europa Clipper, das am 14. Oktober 2024 ins Jupitersystem aufbricht, um es 2030 zu erreichen. Die Raumsonde wird dann in eine Umlaufbahn um den Jupiter gehen, um bis 2034 den Mond Europa eingehend zu untersuchen. Europa ist eine Welt, die starke Anzeichen für einen Ozean aus flüssigem Wasser unter ihrer eisigen Kruste liefert und in dem es günstige Bedingungen für Leben herrschen könnten. Die nominale Mission sieht 49 Vorbeiflüge an Europa in einer Höhe von 2.700 Kilometern bis 25 Kilometern über der Oberfläche vor. Das DLR ist wissenschaftlich an Europa Clipper beteiligt.
Letzte Startvorbereitungen für die Mission Europa Clipper
Ingenieurinnen und Techniker arbeiten an dem hoch aufragenden Hauptteil des NASA-Raumschiffs Europa Clipper in der geschichtsträchtigen Spacecraft Assembly Facility im Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. Mit einer Höhe von 3 Metern und einer Breite von 1,5 Metern steht der Kern des Raumschiffs im Reinraum High Bay 1 der Anlage im Zentrum der Aufmerksamkeit, während das Raumschiff für seinen Start zum Jupitermond Europa im Oktober 2024 fertiggestellt wird. An Bord sind neun wissenschaftlichen Instrumente, außerdem ein Experiment zur Untersuchung des Schwerefeldes Europas. Die zehn Experimente werden Daten über die Atmosphäre, die Oberfläche und das Innere des Monds sammeln.
Eine SpaceX Falcon Heavy-Trägerrakete mit der NASA-Raumsonde Europa Clipper hebt am Montag, den 14. Oktober 2024 um 18:06 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit (MESZ) vom Launch Complex 39A im Kennedy Space Center der NASA in Florida ab. Nach dem Start will das Raumschiff im Februar 2025 am Mars vorbeifliegen und im Dezember 2026 zur Erde zurückkehren, wobei es die Schwerkraft jedes Planeten nutzt, um den Schwung zu erhöhen. Mit Hilfe dieses Gravity-Assist-Manövers wird Europa Clipper die erforderliche Geschwindigkeit erzielen, um im April 2030 den Jupiter zu erreichen.
Am 14. Oktober 2024 um 18.06 Uhr MESZ ist der Start der NASA-Flagship-Mission Europa Clipper von Cape Canaveral ins Jupitersystem geplant.
Sie wird 2030 ankommen und bis 2034 am Eismond Europa 49 Vorbeiflüge durchführen.
Das DLR ist an zwei der zehn Experimente beteiligt.
Europa Clipper ergänzt sich ideal mit der 2023 gestarteten Mission JUICE der ESA.
Schwerpunkte: Raumfahrt, Planetenforschung, Eismonde, Suche nach habitablen Zonen
+++ Die NASA-Raumsonde Europa Clipper hat ihre lange Reise zum Jupiter angetreten, um dessen Mond Europa zu erforschen. Der perfekte Start der Raumsonde erfolgte am Montag um 18:06 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit (MESZ) an Bord einer SpaceX Falcon Heavy Rakete von der Startrampe 39A des Kennedy Space Center der NASA in Florida. +++
Kaum ein anderer Mond im Sonnensystem übt eine solche Faszination aus wie Europa, einer der vier großen Trabanten des Gasplaneten Jupiter. Von einer hell schimmernden Eiskruste umgeben vermutet man unter der rund minus 160 Grad Celsius kalten Oberfläche einen 100 bis 150 Kilometer tiefen Ozean, der mehr Wasser enthalten könnte, als alle Ozeane der Erde zusammen. Am 14. Oktober um 18.06 Uhr MESZ ist der Start der NASA-Raumsonde Europa Clipper geplant, die den Ozean unter dem Eispanzer Europas bestätigen und viele weitere Erkenntnisse zu diesem exotischen Himmelskörper gewinnen soll. Vielleicht kann sogar aktiver Kryo- oder Eisvulkanismus beobachtet werden. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist mit dem Institut für Planetenforschung wissenschaftlich an der Mission beteiligt.
Europa Clipper ergänzt sich ideal mit der im April 2023 gestarteten Mission JUICE (JUpiter ICy Moons Explorer) der Europäischen Weltraumorganisation ESA, die ab 2031 die großen Monde Jupiters untersucht, deren Schwerpunkt aber auf der Erforschung des Eismonds Ganymed liegt, unter dessen Oberfläche ebenfalls ein tiefer Ozean vermutet wird.
Messdaten und Modelle zeigen, dass das Wasser des erdmondgroßen Monds Europa unter der Eiskruste nicht gefroren ist. Trotz der großen Sonnenentfernung – Europa empfängt nur etwa vier Prozent der Sonnenenergie wie die Erde – und der vergleichsweise geringen Größe des Körpers befindet sich mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ein mächtiger Ozean zwischen Eiskruste und Gesteinsmantel. An der Existenz eines Ozeans unter Europas Eiskruste gibt es also kaum Zweifel – aber auch diese möchte die Planetenforschung endgültig ausräumen.Wichtiges Ziel der Mission ist jedoch, herauszufinden, in welcher Tiefe der Ozean beginnt und ob von ihm kryovulkanische Aktivität („Eisvulkanismus“) an der Oberfläche ausgeht. Denn die Gezeitenkräfte, die Jupiter auf Europa ausübt, führen möglicherweise zu einem dynamischen Austausch zwischen dem Ozean unter der Eiskruste und der Oberfläche Europas. Das Ozeanwasser gelangt durch Risse im Eis auf die Oberfläche, auf der es rasch gefriert.
Zeitmarken von Start, Aufstieg und Beginn der Mission Europa Clipper
Die NASA-Raumsonde Europa Clipper wird mit einer SpaceX Falcon Heavy Rakete vom Kennedy Space Center der NASA in Florida gestartet. Die Grafik zeigt den voraussichtlichen Zeit-plan der wichtigen Wegmarken unmittelbar nach dem Start am 14. Oktober 2024 um 18.06 Uhr MESZ startet. Die Trennung des Raumfahrzeugs von der Rakete wird ein klein wenig mehr als eine Stunde nach dem Start erfolgen.
Mehr noch: Das Wasser dieses subkrustalen Ozeans könnte an seinem Grund den darunterliegenden, durch den Zerfall radioaktiver Elemente erhitzen Gesteinsmantel durchströmen und könnte dort Minerale lösen. Dieses „Salzwasser“ wird dann in den Ozean, ähnlich wie an den „Schwarzen Rauchern“ in den irdischen Ozeanen, zurückgespült. Das macht ihn mineralhaltig, wie wir es von der Erde kennen. Durch die Gezeitenverformung des Monds bricht das Eis der Oberfläche auf, durch die Risse kann das salzhaltige Wasser auf die Eisoberfläche dringen. Danach gefriert der Riss sofort wieder zu. Die bei diesem Kryo- oder Eisvulkanismus ausgefällten und abgelagerten Mineralsalze konnten spektroskopisch bereits nachgewiesen werden.
In der globalen Ozeanschicht könnten also Temperaturen und chemische Bedingungen herrschen, wie sie auch vor über dreieinhalb Milliarden Jahre in den Ozeanen der Erde vorherrschten, als dort, an warmen Wasserströmen am Grund der irdischen Ozeane, das Leben auf der Erde entstanden sein könnte. Ein Ozean unter Europas Eiskruste könnte also durchaus eine „habitable Zone“ sein, eine lebensfreundliche Welt, in der die Existenz von einfachen Lebensformen denkbar ist. Ob darin tatsächlich komplexere organische, kohlenstoffhaltige Moleküle als Vorstufen von Lebensformen enthalten sind – auch das soll der Europa Clipper herausfinden. Es gibt Untersuchungen, die zeigen, dass der subkrustale Ozean auf Europa sogar schon länger existiert als die Ozeane der Erde.
Zwischen 2030 und 2034 Untersuchung von Europa
Nach ihrem Start wird die über sechs Tonnen schwere Sonde zunächst zwei Schleifen im inneren Sonnensystem ziehen und dabei am 28. Februar 2025 am Mars und am 2. Februar 2026 an der Erde bei sogenannten Gravity-Assist-Manövern, ähnlich wie bei der Mission JUICE, so stark beschleunigt, dass sie am 11. April 2030 nach fast drei Milliarden Reisekilometern das knapp 800 Millionen Kilometer von der Sonne entfernte Jupitersystem erreichen wird. Dort angekommen, wird der Europa Clipper Jupiter umkreisen und zunächst drei nahe Vorbeiflüge am größten Jupitermond Ganymed absolvieren. So kann der Orbit verändert werden, um dann die geplanten 49 nahen Vorbeiflüge an Europa zu ermöglichen.
Bei jedem Vorbeiflug wird die Sonde weniger als einen Erdentag in der gefährlichen Strahlungszone in der Nähe zu Jupiter verbringen, bevor sie sich wieder in strahlungsärmere Regionen entfernt. Alle zwei bis drei Wochen wird die Sonde diesen Vorgang wiederholen. An Bord von Europa Clipper befinden sich neun wissenschaftliche Instrumente und ein Gravitationsexperiment, welches das Telekommunikationssystem nutzt. Alle wissenschaftlichen Instrumente werden bei jedem Durchgang gleichzeitig arbeiten.
Zehn Experimente werden Europa untersuchen
Das DLR ist mit Dr. Hauke Hußmann und Dr. Ana-Catalina Plesa vom Berliner Institut für Planetenforschung an der Mission wissenschaftlich beteiligt. Das Wissenschaftsteam des Radarexperiments REASON (Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface) versucht, mit hochfrequenten (HF, 3-30 Megahertz) und sehr hochfrequenten (300 Megahertz bis 3 Gigahertz, VHF) Radarwellen direkt in die eisige Hülle von Europa zu blicken. Es wird vermutet, dass die Eiskruste vielleicht nur 10 bis 20 Kilometer oder stellenweise nur wenige Kilometer dick ist – darunter folgt der Ozean. REASON sendet Radiowellen aus, die an Strukturen im darunter liegenden Eis reflektiert werden. Das Instrument misst die Laufzeit, Stärke und Frequenz der Wellen. Damit könnte der vermutete Ozean bestätigt, die Dicke des Eises und dessen innere Struktur abgeleitet und vielleicht sogar Wasserkörper im Eis gefunden werden, die mit Oberfläche und Ozean verbunden sind. An REASON ist auch die Technische Universität Dresden beteiligt.
Außerdem ist das DLR am Experiment „Gravity/Radio Science“ (G/RS) wissenschaftlich beteiligt. Europa Clipper durchquert das Schwerefeld von Europa in verschiedenen Entfernungen von Jupiter. G/RS untersucht, wie die Flugbahn der Sonde bei jedem Vorbeiflug durch die Schwerkraft von Europa verändert wird. Damit lässt sich herausfinden, wie sich der Mond verformt, was wiederum Aufschluss über die innere Struktur von Europa gibt. Bei Schwerkraftexperimenten senden Funkantennen auf der Erde ein Funksignal an Europa Clipper. Das Raumschiff sendet dann auf genau derselben Frequenz Signale zurück zur Erde. Dabei verschiebt sich durch Beschleunigung oder Abbremsen des Satelliten bei den Europa-Vorbeiflügen durch die Gravitation von Europa die Frequenz des Signals zu längeren und kürzeren Wellenlängen – die „Dopplerverschiebung“. Das liefert Informationen über die Bewegung der Sonde und damit über das Schwerefeld von Europa. Im Idealfall lässt sich dann auch herausfinden, wie tief der Ozean ist.
An Bord des Europa Clipper befinden sich ferner eine Kamera für das sichtbare Licht und das nahe Infrarot, ein Instrument zur Messung des thermalen Infrarot, das Temperaturen misst und beispielsweise wärmeres, frisch auf die Oberfläche ausgetretenen Wasser identifizieren könnte, sowie ein Ultraviolett- und Infrarotspektrometer zur Bestimmung der chemischen und mineralogischen Bestandteile an der Oberfläche. Außerdem ein Magnetometer, ein Plasmainstrument, ein Massenspektrometer und einen Staubdetektor, der winzige, von Meteoriten ins All geschleuderte Teilchen oder Eispartikel, die vom Ozean stammen messen kann; an diesem Experiment ist die Freie Universität Berlin beteiligt.
Jupitermond Europa
Entdeckt wurde Europa im Januar 1610 fast zeitgleich von Galileo Galilei und dem Ansbacher Astronomen Simon Marius. Beide entdeckten in zwei aufeinanderfolgenden klaren Januarnächten nördlich und südlich der Alpen vier Monde, die den Jupiter umkreisen. Galilei veröffentlichte seine Beobachtung sofort, Marius erst mit einer Verzögerung. Die vier Monde (von innen nach außen) Io, Europa, Ganymed und Callisto wurden später die „Galileischen Monde“ genannt. Europa ist mit einem Durchmesser von 3122 Kilometern fast genauso groß wie der Mond der Erde. Im Jahr 2024 sind 95 Monde bekannt, die den Jupiter umkreisen.
Eis- oder Kryovulkanismus auf dem Jupitermond Europa
Künstlerisches Konzept einer Wasserdampffahne, einer Art Geysir, der möglicherweise auf der kalten, eisigen Oberfläche des Jupitermonds Europa ausbricht. Aufgrund von spektroskopischen Messungen des Hubble-Weltraumteleskops der NASA wurde errechnet, dass diese „kryovulkanischen“ Wolken bis zu einer Höhe von 200 Kilometern aufsteigen, das Wasser sofort gefriert und dann wahrscheinlich als Eispartikeln auf die Oberfläche des Monds zurückfallen. Die NASA-Mission Europa Clipper könnte diese kryovulkanische Aktivität im Missionsverlauf mit ihren Experimenten festhalten.
Der Name Europa – also auch unseres Kontinents – stammt aus der griechischen Mythologie. Göttervater Zeus verliebte sich in die Tochter von König Agenor und seiner Gattin Telephassa. In einen Stier verwandelt, entführte Zeus auf seinem Rücken Europa nach Kreta.
Die Vorbeiflüge der beiden NASA-Raumsonden Voyager I und II im Jahr 1979 zeigten die Galileischen Monde erstmals in detailreichen Aufnahmen. Bei Europa fiel sofort auf, dass es auf der Eiskruste so gut wie keine Einschlagskrater gibt. Das bedeutet, dass die Oberfläche sehr jung, und, so wie sie sich heute zeigt, nicht lange dem Bombardement von Asteroiden ausgesetzt war.
Auf den Bildern mehrerer Vorbeiflüge der Raumsonde Galileo (1995-2003) waren zudem unzählige Risse und lange, schmale, Bergrücken zu sehen, durch die vermutlich Wasser aus dem Untergrund an die Oberfläche gelangte, das dort sofort gefror und die Oberfläche dadurch erneuerte. Fotogeologische Untersuchungen, geophysikalische Modelle und der Nachweis eines durch Jupiter induzierten Magnetfeldes im Ozean mit seinen ionisierten Salze-Ionen führten zu dem Schluss, dass unter dem Eis ein womöglich bis zu hundert oder mehr Kilometer tiefer Ozean existieren könnte.
Durch die enormen Gezeitenkräfte, die Jupiter auf den in nur 600.000 Kilometer über der Wolkendecke kreisenden Mond ausübt, und zusätzlich wirkende Resonanzeffekte mit den Nachbarmonden Ganymed und Io wird Europa während seiner Umrundungen Jupiters stark verformt. Die Kruste des Monds hebt und senkt sich bei den Umläufen bis zu 60 Meter und der ganze Körper wird dabei gewissermaßen durchgewalkt, so dass das Wasser auch in dieser großen Sonnentfernung bei dem relativ kleinen Körper Europa nicht gefriert (oder zumindest nicht vollständig gefriert, auch eine Mischung aus Wasser und Eis wird diskutiert) und gleichzeitig die Gesteine des tiefer gelegenen Mantels erhitzt werden
Die Schwerkraft zieht auf der dem Jupiter zugewandten Seite stärker an Europa als auf der abgewandten Seite. Gleichzeitig ist die Umlaufbahn von Europa elliptisch, so dass der Abstand des Monds zu Jupiter variiert. Da die Stärke der Schwerkraft das umgekehrte Quadrat der Entfernung ist, ist der Unterschied in der Schwerkraft zwischen der nahen und der fernen Seite des Monds umso größer, je näher Europa dem Jupiter kommt. Infolgedessen wird Europas Kugelform in Richtung Jupiter zu einem länglicheren Körper deformiert, wenn sie sich dem Jupiter nähert, und wieder „kugeliger“, wenn sie sich weiter vom Jupiter entfernt. Wenn Europa seine Form ändert, wird im Inneren Reibungswärme erzeugt und gleichzeitig ändert sich auch sein Schwerefeld – was gemessen werden kann.
