https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...tdeckt20180717/

12 weitere Jupitermonde entdeckt:


Der Gasplanet Jupiter wird von verschiedenen Gruppen von Monden in unterschiedlichen Richtungen umkreist (Illu.).
Copyright: Roberto Molar-Candanosa, Carnegie Institution for Science
Washington (USA) – Astronomen haben 12 neue Jupitermonde entdeckt. Damit steigt die Anzahl der Trabanten des Gasriesen auf insgesamt 79 und damit die größte Anzahl an Monden um einen Planeten des Sonnensystems an. Unter den neu entdeckten Monden fällt ein Mond allerdings aus der Reihe.

Wie das Team um Scott Sheppard von der Carnegie Institution for Science aktuell berichtet, haben sie die „neuen“ Monde seit dem Frühjahr 2017 während ihrer Suche nach noch unbekannten Objekten im äußeren Sonnensystem und einem noch unentdeckten großen Planeten jenseits der Plutobahn, dem sog. Planet Nine, entdeckt, da sich Jupiter zur Beobachtungszeit gerade im Blickfeld dieser Himmelsdurchmusterung befand. Da es mehrerer Beobachtungen bedarf, um ein Objekt tatsächlich auch als Jupitermond zu bestätigen, dauerte der Vorgang insgesamt knapp ein Jahr.

Neun der 12 neuentdeckten Monde sind Teil eines äußeren Schwarms aus Trabanten, die den Planeten retrograd, also entgegengesetzt zu Jupiters eigener Rotationsrichtung, umkreisen (s. Abb. rot). „Diese retrograden Monde gruppieren sich in mindestens drei Untergruppen und sind vermutlich die Überreste einst größerer Körper, die durch Kollisionen mit Asteroiden, Kometen oder anderen Monden auseinanderbrachen“, berichten die Astronomen. „Diese retrograden Monden brauchen in etwa ein Jahr, um ihren Planeten zu umkreisen.“

Zwei der Monde sind Teil einer des Planeten näher gelegenen Gruppe, die den Jupiter in dessen Drehrichtung umkreisen (s. Abb. blau). „Diese inneren prograden Monde haben alle den gleichen Abstand und Neigungswinkel und gelten deshalb als Fragmente eines einstigen größeren Mondes. Sie benötigen etwas weniger als ein Jahr, um Jupiter zu umrunden.“

Ein weiterer Mond (s. Abb. grün) – dem die Astronomen den römisch-mythologischen Namen Valetudo gaben – unterscheidet sich hingegen von allen bislang bekannten Jupitermonden: „Während es sich vermutlich um den kleinsten bislang bekannten Jupitermond handelt, dessen Durchmesser weniger als ein Kilometer beträgt, ist dieser Mond weiter von seinem Planeten entfernt als die Gruppe prograder Monde und braucht rund eineinhalb Jahre für eine Jupiterumrundung. Im Gegensatz also zur Gruppe der prograden Monde, hat dieser ebenfalls prograde Mond eine Umlaufbahn, die jene der äußeren retrograden Monde kreuzt. Aus diesem Grund sind zukünftige Zusammenstöße sehr wahrscheinlich, durch die die kollidierenden Körper vermutlich zerstört werden.“ Die Astronomen um Sheppard vermuten, dass die unterschiedlichen Trabanten-Gruppen durch genau solche Vorgänge und Mechanismen in grauer Vorzeit einst entstanden sind.

https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=8sOFuNbdeWM

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https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...n-sein20180724/

Lebensspuren auf Jupitermond Europa könnten schon unmittelbar
unter dessen Eispanzer zu finden sein:


Die starke Strahlung des Jupiter kann Moleküle an der Oberfläche des Mondes Europa zerstören, die mit Wasser-Eis-Material aus dem unter dessen Eiskruste verborgenen Wasserozean an die Oberfläche transportiert wird und möglicherweise Hinweise auf Leben in diesem Ozean (sog. Biosignaturen) beinhalten könnte (Illu.).
Copyright: NASA/JPL-Caltech
Pasadena (USA) – Wissenschaftler sehen vermehrt Hinweise dafür, dass Wasser aus dem unter der Eiskruste des Jupitermondes Europa an dessen Oberfläche gelangt und hier Spuren möglichen Lebens beinhalten könnte. Hier jedoch wären diese Moleküle der ebenso starken wie schädlichen Strahlung des Gasriesen ausgesetzt und würden zerstört. Eine neue Karte zeigt nun jedoch, wo die Strahlung am geringsten ist und ebenso, dass mögliche Lebensspuren schon unmittelbar unter der Oberfläche gefunden werden könnten.

Schon seit der Galileo-Mission der NASA in den 1990er Jahren haben Wissenschaftler Hin- und Beweise dafür gesammelt, dass sich unter der dicken Eiskruste des Jupitermondes Europa ein gewaltiger Ozean flüssigen Salzwassers befindet, in dem es – angetrieben von der Energie und den Nährstoffen unterirdischer Tiefseequellen – auch Leben geben könnte und dessen Wasser durch Eisfontänen an die Oberfläche des Mondes transportiert wird. Von Untersuchungen dieses eisigen Materials erhoffen sich Forscher mehr über die potentielle Lebensfreundlichkeit des Jupitertrabanten zu erfahren. Die fortwährende starke Strahlung des Gasriesen könnte jedoch jegliche auf diese Weise direkt an die Oberfläche transportierten Lebensmoleküle schnell zerstören.

Um für geplante zukünftige Europa-Missionen die besten Ziel- und Landeorte zu identifizieren, haben Wissenschaftler um Tom Nordheim vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) und Chris Paranicas vom Johns Hopkins Applied Physics Laboratory der NASA eine Karte erstellt, die die Strahlungsverteilung auf Europa erstmals präzise kartographiert und so aufzeigt, wo die Jupiterstrahlung die Regionen unterhalb des Eispanzers und dortige potentielle Biosignaturen von Leben wie stark beeinflusst. Wie die Forscher aktuell im Fachjournal „Nature Astronomy“ (DOI: xxx), basiert ihre Arbeit auf den Messungen der Vorbeiflüge der Mission „Galileo“ und „Voyager-1“.


Die jetzt erstellte Strahlungskarte der Oberfläche des Jupitermondes Europa. Regionen mit erhöhter Strahlungsbelastung sind rosa gefärbt.
Copyright: U.S. Geological Survey, NASA/JPL-Caltech, Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, Nature Astronomy

Tatsächlich zeigt die Studie, dass die Strahlung verschieden stark auf unterschiedliche Regionen des Mondes einwirkt: „Am stärksten konzentriert sich die Strahlung in den Regionen rund um den Äquators und nimmt in Richtung der Pole ab (s. Karte)“

Die neuen Informationen über die von der Strahlung am wenigsten beeinträchtigten Regionen sollen u.a. der für 2022 geplanten Mission „Europa-Clipper“ den Weg weisen, die den Mond 45 passieren und dabei die Zusammensetzung der Oberfläche analysieren soll.

Die neuen Daten erlauben jedoch nicht nur die Erstellung einer zweidimensionalen Oberflächenkarte, sondern auch einen Blick in das Eis der Kruste. Auf diese Weise können die Wissenschaftler auch mit Hilfe von 3D-Modellen ersehen, wie tief die Strahlung jeweils in das Eis vordringt, und so auch vorhersagen, wie tief sich eine zukünftige Landemission in das Eis der Kruste vorbohren müsste, um hier möglicherweise vorhandenen Biosignaturen wie Aminosäuren (den Bausteinen von Proteinen) zu finden.

Die Antwort auf diese Frage variiert von 10 bis 20 Zentimetern tiefer in den Regionen, die am stärksten der Jupiterstrahlung ausgesetzt sind und gerade einmal einem Zentimeter in den mittleren und polaren Regionen des Mondes. Damit sind entsprechend aussagekräftige Proben in deutlich geringeren Tiefen zugänglich als bislang gedacht und die Antwort auf die Frage, wie lebensfreundlich der europa-Ozean tatsächlich ist und ob er vielleicht sogar bereits Leben beinhaltet in Reichweite.

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Jupitermond Ganymed verstärkt elektromagnetische Wellen millionenfach:


Ansicht des größten Jupitermondes Ganymed – zugleich auch der größte Mond im Sonnensystem.
Copyright: NASA
Potsdam (Deutschland) – Alle Planeten – auch unsere Erde – sind von elektromagnetischen Wellen umgeben, die sogar akustisch hörbar gemacht werden können und dann an ein knisterndes Lagerfeuer, morgendliches Vogelgezwitscher oder zirpende Insekten erinnern können. Sie erzeugen nicht nur Polarlichter, sondern können so schnell beschleunigen, dass sie sogar Satelliten schädigen können. Anhand alter Daten der NASA-Sonde „Galileo“ haben Wissenschaftler nun festgestellt, dass sich Chorwellen in der Nähe einiger Jupitermonde enorm verstärken – bei Ganymed sogar im das Millionenfache. Warum das so ist, lässt die Forscher indes noch rätseln.

Wie das Team unter der Leitung von Yuri Shprits vom GFZ Helmholz-Zentrum Potsdam und der Universität Potsdam aktuell im Fachjournal „Nature Communications“ (DOI: 10.1038/s41467-018-05431-x) berichtet, nimmt die Intensität der Chorwellen um Jupiter in der Nähe des Mondes Ganymed um den Faktor eine Million im Vergleich zum dortigen Durchschnitt zu. Rund um den Mond Europa sind die elektromagnetischen Wellen immerhin noch hundertmal intensiver.

„Die Beobachtungen haben uns überrascht und stellen uns auch vor ein Rätsel, wie ein Mond mit einem eigenen Magnetfeld elektromagnetische Wellen dermaßen verstärken kann“, sagt Shprits.

Bei den Chorwellen handelt es sich um Radiowellen in sehr tiefen Frequenzbereichen. Anders als die Erde mit ihrem eigenen Magnetfeld bewegen sich Ganymed und Europa (auch) innerhalb des gigantischen Magnetfeldes von Jupiter. Dieser Umstand spielt, so vermuten die Wissenschaftler, eine Schlüsselrolle bei der Wellenverstärkung.


Anhand der Galileo-Daten ermittelten die Wissenschaftler um Yuri Shprits die Stärke des Magnetfeldes um den Gasplaneten in der Nähe seiner Monde Ganymed und Eruopa (Grafik).
Copyright: Y.Y. Shprits et al., GFZ

Das das Jupiter-Magnetfeld das stärkste in unserem Sonnensystem darstellt und das der Erde um den Faktor 20.000 übertrifft, sind die irdischen Chorwellen nicht annähernd so stark wie die um den Jupiter. Selbst wenn nur ein Bruchteil dieser Wellen es schafft, die nähere Umgebung von Ganymed zu verlassen, können sie Elektronen extrem beschleunigen und damit auch für hochenergetische „Killer-Elektronen“ innerhalb des Jupiter-Magnetfeldes sorgen.

Während schon zuvor bekannt war, dass der Jupitermond Ganymed ein eigenes Magnetfeld und Plasmawellen in seiner Umgebung besitzt, war bis jetzt war noch unklar, ob es sich bei den Wellen um Zufallsereignisse handelte oder ob so eine Verstärkung die Regel ist. Die Auswertung der Daten der Galileo-Vorbeiflüge 1996 und 2000 zeigt nun, dass es sich offenbar um ein fortwährendes Phänomen handelt.

„Zumindest auf der Erde spielen die Chorwellen eine wichtige Rolle bei der Entstehung von ‚Killer-Elektronen‘, erläutert die GFZ-Pressemitteilung und führt dazu weiter aus: „Diese können Satelliten und deren Übertragungstechnik empfindlich stören können.“

Die aktuelle Studie wirft die Frage auf, ob das auch im Jupiter-Orbit so sein könnte. Mehr noch: Die Beobachtungen des Gasplaneten erhellen grundlegende Prozesse der Plasmaphysik, die auch für die künftige Energieversorgung wichtig sein könnten. Außerdem erlauben sie Einblicke in die Beschleunigung und den Verlust von Elektronen bei anderen Planeten und darüber hinaus sogar in entfernten Winkeln des Universums.

„So kann die Studie uns vielleicht helfen herauszufinden, ob Planeten außerhalb unseres Sonnensystems – die Exoplaneten – eigene Magnetfelder haben“, so Yuri Shprits und fügt abschließend hinzu: „Unsere Ergebnisse liefern auch wertvolle Beobachtungsdaten, die als Vergleich und Randbedingung für Modellrechnungen zu Magnetfeldverstärkungen herangezogen werden können.“

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https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...aneten20180901/

Leben auf Jupiter? Messdaten sprechen für flüssiges Wasser auf dem Gasplaneten:


Der Gasplanet Jupiter. Copyright: NASA
Greenbelt (USA) – NASA-Wissenschaftler haben im Innern des Großen Roten Flecks auf dem Gasplaneten Jupiter die chemische Signatur von Wasser oberhalb der tiefsten Wolken des Planeten entdeckt. Die Entdeckung regt Wissenschaftler auch zu neuen Spekulationen über die Frage an, ob es auf Jupiter einst auch Leben gegeben haben könnte oder sogar heute noch gibt?

Bereits seit Jahrhunderten sind Wissenschaftler von Fragen rund um die Zusammensetzung des größten Planeten unseres Sonnensystems fasziniert – nicht zuletzt, weil der Planet, chemisch betrachtet, der Sonne am ähnlichsten ist als alle anderen Planeten.

Während zahlreiche Fragen über die Zusammensetzung des Jupiters bereits beantwortet werden konnten, bleiben viele andere noch immer rätselhaft. So bislang auch die Frage, ob es tief im Innern der dichten Atmosphäre des Gasriesen Wasser gibt – und wenn ja, wieviel?

Wie das Team um Gordin L. Bjoraker vom Goddard Space Flight Center der NASA aktuell im „Astronomical Journal“ (DOI: 10.3847/1538-3881/aad186) berichtet, haben sie den charakteristischen Großen Roten Fleck des Jupiter mit erdgestützten Teleskopen in verschiedenen Wellenlängen nach aus den Tiefen des diesen Fleck bildenden Riesensturms austretender thermaler Strahlung untersucht. Dabei haben sie tatsächlich die chemische Signatur von Wasser unmittelbar oberhalb der tiefsten Jupiterwolken entdeckt.

„Anhand des Drucks des Wasser in Kombination mit den Messungen eines anderen sauerstoffhaltigen Gases, Kohlenmonoxid, legen unsere Daten nahe, dass Jupiter über die zwei- bis neunfache Menge an Sauerstoff verfügt als die Sonne selbst“, berichten die Forscher und führen dazu weiter aus: „Diese Entdeckung bestätigt theoretische und auf Computersimulationen gestützte Modelle, wonach es auf Jupiter auch große Mengen an Wasser (H2O) bestehend aus Sauerstoff (O) und molekularem Wasserstoff (H2) geben sollte.“

Sollte die NASA-Jupiter-Sonde „Juno“ die Messungen der Wissenschaftler bestätigen, könnte dies die langjährigen Frage nach Wasser auf Jupiter beantworten. „Dann könnten diese Daten und Messtechnologien auch auf andere Gasplaneten im Sonnensystem und darüber hinaus angewendet werden“, zeigt sich die Goddard-Planetenwissenschaftlerin Amy Simon schon jetzt begeistert.

Im Gegensatz zu der bisherigen Vorstellung von Jupiter als reinem Gasplaneten ohne festen Kern, sprechen einige neue Daten zusehends dafür, dass Jupiter doch einen festen Kern aus flüssigem oder festem Fels und Eis von der bis zu 10fachen Masse unserer Erde haben könnte. Dieser Kern, so die Theorie könnte noch vor seiner gewaltigen und dichten Atmosphäre entstanden sein.

Über diesem Kern, für dessen Existenz auch die neusten Gravitationsmessungen der Juno-Sonde sprechen, existieren in der Jupiteratmosphäre sogar durch von hoher Luftfeuchtigkeit befeuerte Blitzgewitter. „Auch die Jupitermonde bestehen mehrheitlich aus Wassereis und in der gesamten Umgebung des Jupiters gibt es gewaltige Mengen an Wasser – warum also auch nicht auf dem Planeten selbst, dessen gewaltige Schwerkraft so vieles anzieht?“, so Bjoraker.

So sehr die Vorstellung von Leben auf Jupiter unseren bisherigen Vorstellungen des Gasplaneten auch widersprechen mag, die jetzige Entdeckung von großen Mengen an Wasser auf Jupiter bzw. innerhalb der Jupiteratmosphäre, rückt diese Frage erneut in den Fokus von Astrobiologen.

Tatsächlich hat Jupiter alle für Leben wie wir es kennen benötigten Zutaten und schon in den 1970er Jahren machten sich Wissenschaftler um den bekannten US-Astronom Carl Sagan in einer Studie Gedanken darüber, wie Leben innerhalb der Jupiteratmosphäre aussehen könnte.

Während in den tiefen Atmosphärenschichten der Druck und die damit einhergehenden Temperaturen wohl zu hoch für Leben wären, spekulierten Sagan und Kollegen in ihrem Gedankenexperiment über Leben in der oberen Jupiter-Atmosphäre (s. Video.). in Form kleiner (Sinkers) aber auch riesiger ballonförmiger Wesen (Floaters), die in der Atmosphäre schweben und die von anderen Lebewesen (Hunters) gejagt werden.

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...europa20180906/

Wärmekarte offenbart lebensfreundlichste Orte
und kaltes Rätsel auf Jupitermond Europa:


Der Jupitermond Europa, aufgenommen von der NASA-Sonde “Voyager”. Copyright: NASA/JPL-Caltech/Kevin M. Gill
Pasadena (USA) – Mit seinem von einem dicken Eispanzer bedeckten, verborgenen flüssigen und vermutlich lebensfreundlichen Ozean stellt gibt der Jupitermond Europa viele Rätsel auf. Eine neue globale Wärmekarte des Mondes zeigt die wärmsten und damit vermutlich lebensfreundlichsten Orte auf Europa – offenbart zugleich aber auch kaltes ungelöstes Rätsel.

Wie das Team um Samantha Trumbo und prof. Michael Brown vom California Institute of Technology (Caltech) vorab via ArXiv.org und in einer kommenden Ausgabe des „The Astronomical Journal“ berichtet, besitzt die mit Hilfe von Beobachtungen des Jupitertrabanten mit dem chilenischen ALMA-Teleskop erstellten Karte eine räumliche Auflösung von 200 Kilometern. Zu vergleichen sei dies mit einem Tennisball der von New York aus im 350 Kilometer entfernt gelegenen Boston noch gesehen werden kann.

Während die Forscher eigentlich nach den wärmsten – und damit für Leben im Europa-Ozean wahrscheinlichsten Orten – suchten, an denen wärmeres Wasser den kilometerdicken Eispanzer dünner werden lässt, entdeckten sie zunächst eine ungewöhnliche kalte Region in der nördlichen Hemisphäre des Jupitermondes.


Die neue Wärmekarte des auf seiner Oberfläche nicht „wärmer“ als –177 Grad Celsius werdenden Europa-Globus zeigt auch einen ungewöhnlich kalten Ort (siehe: grüne Region im vergrößerten Bild, roter Pfeil) auf dem Jupitermond. Copyright: Samantha K. Trumbo, Michael E. Brown, and Bryan J. Butler

Wo die Wissenschaftler einige wenige „Hot-Spots“ auf Europa nicht alleine mit der Reflexion des Sonnenlichts, sondern mit vermutlich vorhandenen geothermalen Quellen an Grunde des Ozeanbodens (…GreWi berichtete) und Rissen und Spalten im Eispanzer erklären, stellt der „kalte Fleck“ die Forscher hingegen vor ein Rätsel.

Im Gegensatz zu einer besonders warmen Region im Pwyll-Krater, die noch in Folge des dieses Merkmal verursachenden Einschlags immer noch Wärme hält, findet sich für den kalten Fleck kein physisches Merkmal. Der kalte Fleck befindet sich bei 90°W und 23°N auf der Nordhalbkugel des Mondes, die stets in Richtung der seiner Umlaufbahn weist und ist die kälteste Stelle auf der gesamten nördlichen Hemisphäre.

„Bislang haben wir für diesen kalten Fleck noch keine gute Erklärung“, gesteht Trumbo gegenüber der Nachrichtenseite der American Geophysical Union (AGU) „EOS“ ein, vermutet aber, dass es sich hier um die größte Konzentration von Wasser auf Europa handeln könnte. Interessantereise befindet sich der kalte Fleck global betrachtet genau auf der gegenüberliegenden Seite des bereits beschriebenen Pwyll-Kraters, dem größten und jüngsten Einschlagskrater auf Europa – doch könne auch dieser Umstand die „merkwürdigen thermalen Eigenschaften nicht erklären“.

Weitere Erkenntnisse erhoffen sich die Astronomen nun von weiteren Beobachtungen des Jupitermondes mit ALMA und natürlich von jenen der für die 2020er Jahre geplanten Missionen zur direkten Erforschung von Europa.

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https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...europa20190314/

Jupiters Magnetfeld erzeugt „Golfstrom“ im Ozean auf Mond Europa:


Blick auf dem Jupitermond Europa. Copyright: NASA
Paris (Frankreich) – Französische Astronomen haben Belege dafür gefunden, dass das starke Magnetfeld des Jupiters im Innern des unter der frostigen Oberfläche des Saturnmondes Europa verborgenen Ozeans eine starke Meeresströmung antreibt, der auch von Bedeutung für eventuell auf dem Jupitermond existierendes Leben sein könnte.

Wie Christophe Gissinger und Ludovic Petitdemange vom Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Superieure an der Université PSL aktuell im Fachjournal „Sciecne Astronomy“ (DOI: 10.1038/s41550-019-0713-3) berichten, basiert ihre Analyse auf den Daten der NASA-Sonde „Galileo“, die von 1995 bis 2003 den Jupiter und seine Monde erkundete.

Wie die Forscher berichten, sei das Magnetfeld des Jupiters stark genug, um sich bis auf dessen Monde auszuwirken. Gemeinsam mit dem salzigen verborgenen Ozean, ergebe sich eine hohe Leitfähigkeit, die wiederum sehr wahrscheinlich in Innern des Ozeans eine starke Strömung antreiben könne.


Simulationsmodelle des Jet Streams im Innern des Europa-Ozeans (Illu.).Copyright/Quelle: Petitdemange und Gissinger, Science 2019

Anhand zahlreicher Simulationen zeigen Petitdemange und Gissinger, dass sich ein solcher Strom am wahrscheinlichsten in der Nähe des Äquators bilden würde und das Wasser mit einer Geschwindigkeit von mehreren Zentimetern pro Sekunde entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Mondes bewegen würde.

Ein derart gegenläufiger Strom sollte sich dann auch in Form von geologischem Stress auf die eisige Oberfläche des Mondes auswirken und hier zu markanten Spalten und Rissen führen, wie sie tatsächlich für Europa charakteristisch sind.

Das Wissenschaftler-Duo führt weiterhin aus, dass sich die Energie des Magnetfeldes auf den Ozean übertragen würde, wodurch Teile davon – vermutlich rund um die Pole – dem Mond entweichen würden. „Sollte dies der Fall sein, sollten sich auch Anzeichen dafür finden lassen, dass die eisige Kruste de Monde dünner wird, je mehr Schmelzwasser an die Oberfläche gelangt“, so die Forscher und führen dazu weiter aus: „Auch dieser Umstand wurde bereits in Form der Geysir-artigen Fontänen an den Europa-Polen beobachtet.“

Die nun beschriebene Meeresströmung im Europa-Ozean vergleichen die Wissenschaftler mit dem irdischen Golfstrom, der neben Wärme auch weitere für das Leben wichtige Komponenten in den irdischen Ozeanen verteilt. „Sollte es auch auf Europa Leben geben, so könnte auch der dortige Jet Stream eine ähnliche Funktion erfüllen.“

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Europa: Schon die nächste NASA-Mission könnte Leben auf Jupitermond nachweisen:


Galileo-Aufnahme des Jupitermondes Europa.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/SETI Institute
Washington D.C. (USA) – Mitte der 2020er will die NASA mit der Mission „Europa Clipper“ den Jupitermond Europa erforschen und dabei gezielt feststellen, ob Europa lebensfreundlich ist. Wie Missionswissenschaftler jetzt berichten, könnte die Mission aber sogar auf Europa vorhandenes Leben direkt nachweisen.

„Unsere Mission dient eigentlich dazu, die Frage nach der grundsätzlichen Lebensfreundlichkeit von Europa zu untersuchen“, erläuterte der Missionswissenschaftler Robert Pappalardo vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA aktuell auf der 70th International Astronautical Congress (IAC) in Washington, D.C. „Und obwohl wir keine Mission zur direkten Suche nach Leben auf Europa sind, könnten wir anhand der zu messenden Spektren vielleicht auch Leben nachweisen.“

Die Europa-Clipper-Sonde soll mindestens drei Jahre lang immer wieder an dem Jupitermond vorbeifliegen, da eine direkte Orbitalmission aufgrund der starken Strahlung des Jupiters nicht machbar wäre. Hierbei soll die Sonde dann mit Hilfe eines Massenspektrometers die dünne Atmosphäre und mögliche Fontänen aus dem Innern des Mondes und damit die Zusammensetzung der eisigen Europa-Oberfläche wie auch des flüssigen Ozeans analysieren, von dem Forscher ausgehen, dass er sich unter der eisigen Kruste verbirgt.

„Sollte das Innere von Europa reich an organischen Mikroben sein, die durch den Materialaustausch auch an die Oberfläche gelangen, so wären wir anhand der Spektralanalysen auch in der Lage, dieses Leben zu detektieren“, so Pappalardo. „Das wäre zwar schwierig aber nicht unmöglich.“

Auch wenn die Existenz von Wasser-Eis-Fontänen, wie sie vom Saturnmond Enceladus bekannt sind, auf Europa noch umstritten sind, gibt es bereits mehrere Hinweise darauf, dass auch auf Europa Wasser des verborgenen Ozeans durch Risse und Spalten in der mächtigen Eiskruste an die Oberfläche tritt (…GreWi berichtete, siehe Links).

Zunächst soll die Sonde also gezielt nach Fontänen auf Europa suchen und – so erfolgreich – deren Mechanismen genauer verstehen. „Und vielleicht haben wir auch das Glück, und können direkt durch eine solche Fontäne hindurchfliegen. Wenn das gelingt, können wir neben dem Massenspektrometer auch andere Instrumente an Bord nutzen, um das Material, aus dem diese Fontänen bestehen, genauer zu untersuchen. Vorhandenes organisches Material würde uns dann auch ermöglichen, die Chemie im Innern von Europa besser zu verstehen“, zitiert „Space.com“ den Wissenschaftler. Allerdings sei zu beachten, dass eventuelle Fontänen auf Europa nicht nur dem verborgenen und möglicherweise lebensfreundlichen Ozean, sondern auch Wassertaschen im Innern der Eiskruste selbst entspringen könnten.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Europa-Ozean direkt in Kontakt mit dem felsigen Grund steht, weshalb zumindest theoretisch die Möglichkeit – wenn nicht gar hohe Wahrscheinlichkeit – für zahlreiche Wechselwirkungen und Mechanismen besteht, die die Grundlage für die Entstehung von Leben liefern könnten. Mit einer leistungsfähigen Kamera soll der „Europa Clipper“ die Oberfläche des Jupitermondes mit einer Auflösung von 0,5 Meter pro Pixel fotografieren und so bisherige Aufnahmen des Mondes, die von 1995 bis 2003 von der NASA-Sonde „Galileo“ gemacht wurden, um das 10-fache übertreffen. Zugleich soll der Clipper einer zukünftigen Mission zur direkten Suche nach Leben auf bzw. in Europa ebnen.

Quellen: NASA, Space.com

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NASA bestätigt Wasserdampf auf Jupitermond Europa:


Aufnahme des Jupitermondes Europa aus 2,9 Millionen Kilometer Entfernung (aufgenommen 1979 von der Sonde „Voyager 1“ (l.); Nahaufnahme der von Rissen und Spalten durchzogenen Oberfläche Europas, aufgenommen von „Voyager 2“ (m.) und eine Halbmondansicht durch die „Galileo-Sonde“ Ende der 1990er Jahre (r.).
Copyright: NASA/JPL
Greenbelt (USA) – Der Jupitermond Europa steht ganz oben auf der Liste der Ziele für die Suche nach außerirdischem Leben im Sonnensystem. Unter einem kilometerdicken Eispanzer vermuten Wissenschaftler schon lange einen Ozean flüssigen Wassers. Doch ob dieses Wasser durch Risse und Spalten in Form von geysirartigen Fontänen auch an die Oberfläche gelangt, war bislang umstritten. Jetzt aber bestätigen neuste Beobachtungen Wasserdampf auf dem Jupitermond.

Wie das Team um Lucas Paganini, vom Goodard Space Flight Center der NASA aktuell im Fachjournal „Nature Astronomy“ (DOI: 10.1038/s41550-019-0933-6) berichtet, gelang der Nachweis von Wasserdampf mit dem Teleskop des W. M. Keck Observatory auf Hawaii. Die Bestätigung von Wasserdampf oberhalb der Mondoberfläche erlaubt es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern auch, die Vorgänge im Innern von Europa besser zu verstehen. So stützt die Entdeckung die Vorstellung vom unter der Eiskruste verborgenen Ozean flüssigen Wassers und damit einer der Grundlagen für Leben, wie wir es bislang nur von der Erde kennen. Bisherige Berechnungen vermuten, dass der globale Europa-Ozean doppelt so viel Wasser beherbergen könnte wie die irdischen Ozeane.

Allerdings könnte das durch Fontänen an die Oberfläche gepresste Wasser auch aus flachen Taschen innerhalb der Eiskruste selbst stammen. Zudem könnte der Wasserdampf auch durch die Wechselwirkung der starken Strahlung des Jupiters mit dem Eispanzer entstehen.

Allerdings zweifeln die NASA-Wissenschaftler anhand der neusten Beobachtung an diesem Mechanismus als Erklärung für ihre Wasserdampfmessungen.

„Die grundlegenden chemischen Zutaten des uns bekannten Lebens – Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel – sowie Energiequellen finden wir an zahlreichen Orten im Sonnensystem. Die dritte Zutat – flüssiges Wasser – finden wir aber nur selten jenseits der Erde“, erklärt Paganini. „Auch wenn wir bislang auf Europa noch kein flüssiges Wasser direkt nachweisen konnten, so ist der jetzt geortete Wasserdampf bislang doch der beste Hinweis dafür.“


Grafische Überblendung der spektroskopischen Daten der Wasserdampfmessung mit einer Kompositaufnahme des Jupitermondes Europa, der Sonden “Voyager” und “Galileo”.
Copyright: NASA/ESA/L. Roth/SWRI/Universität zu Köln

Hintergrund
Schon vor der aktuellen Entdeckung gab es Hinweise auf Wasser auf Europa. So entdeckte die Galileo-Sonde, die das Jupitersystem von 1995 bis 2003 erforschte, Störungen im Magnetfeld des Jupiters, wie sie auf eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit – am ehesten einen verborgenen Wasserozean – unter der Eiskruste Europas hindeuteten. Weitere Analysen dieser Störungen ergaben 2018 Hinweise auf Fontänen, wie sie ähnlich schon auf dem Saturnmond Enceladus entdeckt wurden (…GreWi berichtete). Hinweise auf diese Fontänen hatte schon das Weltraumteleskop „Hubble“ 2013 und 2016/17 geliefert, diese konnten bei späteren in anderen Beobachtungsdaten zunächst jedoch nicht, später dann doch bestätigt werden.

Wie das Team berichtet, reiche die Menge des aktuell gemessenen Wasserdampfs mit 2.360 Kilogramm pro Sekunde leicht aus, um damit binnen weniger Minuten ein Wettkampfschwimmbecken zu füllen. Zugleich entdeckten die Wissenschaftler aber auch, dass das Wasser nur selten in derart großen Mengen austritt, wie sie mit Teleskopen von der Erde aus detektiert werden können. Tatsächlich gelang den Astronomen die Ortung der Wassermoleküle nur einmal während insgesamt 17 Beobachtungsnächten zwischen 2016 und 2017.

Weitere Erkenntnisse soll die NASA-Mission „Europa-Clipper“ liefern, die Mitte der 2020er Jahre ins Jupiter-System aufbrechen soll. Mindestens drei Jahre lang wird die Sonde dann immer wieder an Europa vorbeifliegen, da eine direkte Orbitalmission aufgrund der starken Strahlung des Jupiters nicht machbar wäre. Hierbei soll die Sonde dann mit Hilfe eines Massenspektrometers die dünne Atmosphäre und mögliche Fontänen aus dem Innern des Mondes und damit die Zusammensetzung der eisigen Europa-Oberfläche wie auch des vermuteten flüssigen Ozeans analysieren, von dem Forscher ausgehen, dass er sich unter der eisigen Kruste verbirgt (…GreWi berichtete).

Quelle: NASA

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Nachtleuchten des Jupitermondes Europa könnte weitere Hinweise auf Leben geben:


Künstlerische Darstellung des vermuteten, simulierten Leuchtens der Nachtseite des Jupitermondes Europa (Illu.).
Copyright: NASA / JPL-Caltech

Pasadena (USA) – Die starke Strahlung seines Mutterplaneten Jupiter lässt die Nachtseite seines Mondes Europa vermutlich erleuchten. Der Grund für dieses Leuchten könnte Wissenschaftler Hinweise auf die Frage geben, ob es auf Europa Leben geben könnte oder nicht.
In ihren Versuchen haben NASA-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler mit einem Spektrometer die verschiedenen “Signaturen” bzw. Spektren mit verschiedenen Eiszusammensetzungen simuliert und ermittelt. „Die meisten bisherigen Beobachtungen mit einem Spektrometer auf einem Mond wie Europa wurden mit reflektiertem Sonnenlicht am Tag des Mondes durchgeführt. Unsere neuen Ergebnisse beleuchten jedoch, wie Europa im Dunkeln aussehen würde“, erklären die Forschenden.

Das nun entdeckte Nachtleuchten Europas sei mehr als nur ein „cooler Bildeffekt“, erläutert das Team um Murthy Gudipati und Bryana Henderson vom Jet Propulison Laboratory (JPL) der NASA aktuell im Fachjournal „Nature Astronomy“ (DOI: 10.1038/s41550-020-01248-1). „Während der eisige Ozean-Mond Europa den Jupiter umkreist, hält er einem unerbittlichen Strahlenbeschuss mit Elektronen und anderen Teilchen durch Jupiter stand und taucht die Oberfläche des Mondes in energiereiche Strahlung. (…) Schlagen diese Teilchen nun auf die an verschiedenen Salzen reiche Mondoberfläche und gelangen in den verborgenen Ozean, erzeugen auf der Nachtseite vermutlich ein Leuchten.

Die jetzt veröffentlichte Studie beschreibt zum ersten Mal, wie dieses Leuchten aussehen und was es über die Zusammensetzung des Eises auf der Oberfläche Europas aussagen könnte.

Dass das Einbringen dieser Salze in den Wasserozean unter Europa-ähnlichen Bedingungen und die Strahlung des Jupiters den Mond zum Leuchten bringen können, war allerdings keine Überraschung: Schon zuvor war bekannt, dass bestrahlte Oberfläche leuchten und dass dieser Glanz durch energetische Elektronen verursacht wird, die die Oberfläche durchdringen und die darunter liegenden Moleküle energetisieren können. Wenn sich diese Moleküle entspannen, setzen sie Energie in Form von sichtbarem Licht frei.

„Verschiedene salzige Verbindungen reagieren im Labor unterschiedlich auf die Strahlung und geben ihren eigenen einzigartigen Schimmer ab“, erläutern die Forscher und Forscherinnen weiter. „Mit bloßem Auge sah dieses Leuchten manchmal leicht grün, manchmal leicht blau oder weiß und mit unterschiedlichen Helligkeitsgraden aus, je nachdem, um welches Material es sich handelt.“

“Wir konnten vorhersagen, dass dieses nächtliche Eisglühen zusätzliche Informationen über die Oberflächenzusammensetzung Europas liefern kann. Wie diese Zusammensetzung variiert, könnte uns Hinweise darauf geben, ob Europa lebensfähige Bedingungen bietet”, erklärt Gudipati. „Das liegt daran, dass Europa einen massiven globalen inneren Ozean besitzt, der durch die dicke Eiskruste des Mondes an die Oberfläche sickern könnte. Durch die Analyse der Oberfläche könnten wir also mehr darüber erfahren, was darunter liegt.“

Frühere Studie legen nahe, dass die Oberfläche Europas aus einer Mischung von Eis und allgemein bekannten Salzen auf der Erde wie Magnesiumsulfat und Natriumchlorid (Tafelsalz) bestehen könnte (…GreWi berichtete).

Eine Bestätigung des Nachtleuchtens Europas könnte schon die derzeit für Mitte der 2020er-Jahre anvisierte NASA-Mission „Europa Clipper“ liefern, mit der Mondoberfläche in mehreren Vorbeiflügen beobachtet werden soll, während die Sonde selbst den Jupiter umkreist. Angesichts der neuen Erkenntnisse überprüfen die NASA-Missionswissenschaftler derzeit, ob ein Glühen mit den wissenschaftlichen Instrumenten der Sonde erkennbar wäre.

In einem solchen Fall sollen die gesammelten Informationen mit den Messungen der neuen Forschung abgeglichen werden, um so die salzigen Bestandteile auf der Mondoberfläche zu identifizieren oder ihre möglichen Grenzen einzugrenzen. Missionen wie „Europa Clipper“ tragen auf diese Weise zum Forschungsgebiet der Astrobiologie – also der interdisziplinären Erforschung der Variablen und Bedingungen ferner Welten, die Leben beherbergen könnten – bei. Während „Europa Clipper“ selbst keine direkte Lebenserkennungsmission sein wird, soll sie aber eine detaillierte Aufklärung Europas durchführen und untersuchen, ob der eisige Mond mit seinem unterirdischen Ozean Leben unterstützen könnte. „Ein besseres Verständnis der potenziellen Lebensfreundlichkeit Europas wird Wissenschaftlern auch helfen, besser zu verstehen, wie sich das Leben auf der Erde entwickelt hat und welches Potenzial besteht, Leben jenseits unseres Planeten zu finden.“

Quelle: NASA
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Neues Modell für Fontänen-Quellen auf Jupitermond Europa:


Künstlerische Darstellung einer kryovulkanischen Eurption im Innern eines Kraters im Eispanzer des Jupitermondes Europa (Illu.)
Copyright: Justice Blaine Wainwright

Stanford (USA) – Fontänen aus Wassereis und Dampf, die aus Rissen und Spalten des kilometerdicken Eispanzers des Jupitermondes Europa ins All schießen, galten bislang als Fenster in den unter dem Eis verborgenen flüssigen Salzwasserozean des Mondes. Neue Modelle stellen nun allerdings auch eine andere Quelle der geysirartigen Eruptionen. Diese könnte die Hoffnungen mindern, über die Fontänen den vielleicht sogar Leben beherbergenden Ozean direkt zu beproben.
Wie das Team um die Astrobiologen Gregor Steinbrügge und Danielle Torrent Tucker von der Stanford University aktuell im Fachjournal „Geophysical Research Letters“ (DOI: 10.1029/2020GL090797) berichtet, könnten die Geysire auch aus sehr viel dichter unter der Eisoberfläche lagernden Wassertaschen entspringen.

Anhand von Aufnahmen der NASA-Sonde „Galileo“ haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein Modell entwickelt, laut dem eine Kombination aus Einfrieren und Drucklast zu Ausbrüchen von Eisschlammvulkanen, sogenanntem Kryovulkanismus oder auch zu Wasserstößen führen kann.

Sollten die Europa-Fontänen also solchen Taschen und nicht dem verborgenen Ozean entspringen, hätte dies auch Konsequenzen für die bisherigen Hoffnungen, den Ozean statt mit aufwendigen Bohr-Tauch-Sonden zunächst indirekt durch die Wassereis-Fontänen untersuchen zu können, so wie es etwa die von der NASA angedachte Mission „Europa-Clipper“ durchführen soll (…GreWi berichtete).


Schaubild zur bisherigen Vorstellung der Quelle der sich aus dem verborgenen Ozean speisenden Europa-Fontänen. Das neue Modell vermutet hingegen, dass einige Fontänen wandernden Wassertaschen im Eispanzer entspringen (siehe Titel-Abbildung).
Copyright: NASA/JPL-Caltech

Würde das Wasser allerdings aus den Taschen im Eispanzer stammen, so wäre es vermutlich wesentlich weniger lebensfreundlich, da es innerhalb dieser Wassertaschen sehr viel schwieriger wäre, die chemische Energie aufrechtzuerhalten, die es braucht, damit Leben darin entstehen und gedeihen könnte. “Es ist sehr wichtig zu verstehen, woher diese Wasserfahnen kommen, um so zu wissen, ob zukünftige Europa-Sonden anhand dieser Fontänen die Möglichkeit haben könnten, Leben auf Europa schon aus dem Weltraum zu entdecken, ohne den Ozean direkt zu untersuchen”, erläutert Steinbrügge.

Bei ihren Analysen konzentrierten sich die Forschenden auf den mehrere Millionen Jahre alten und rund 30 Kilometer durchmessenden Europa-Krater „Manannán“, da derartige Kollisionen, wie sie einst auch diesen Krater geschlagen haben, große Wärme erzeugen.

Das neue Modell zeigt, wie das Schmelzen und anschließende Einfrieren einer Wassertasche im Eispanzer zum Ausbruch des Wassers führen kann. Das Modell beschreibt, dass bei der Umwandlung von Europas Wasser in Eis in den späteren Phasen des Aufpralls Wassertaschen mit erhöhtem Salzgehalt in der Mondoberfläche entstehen könnten. Darüber hinaus könnten diese Salzwassertaschen seitwärts durch die Eiskruste Europas wandern, indem benachbarte Regionen mit weniger Brack-Eis aufgeschmolzen und dadurch noch salziger werden.

“Wir haben einen Weg entwickelt, wie sich eine Wassertasche seitlich bewegen kann”, sagte Steinbrügge. “Eine solche Tasche kann sich entlang thermischer Gradienten von kalt nach warm bewegen, und zwar nicht nur in schwerkraftbedingter Abwärtsrichtung.

Weiterhin sagt das neue Modell voraus, dass eine derart wandernde Salzwasser- bzw. Soletasche, wenn diese das Zentrum des Manannán-Kraters erreicht hätte, hier zu Stillstand gekommen wäre und sich schließlich durch entstehenden Druck auf die Tasche in einer Fontänenfahne entladen hätte, die schätzungsweise über eine 1,6 Kilometer hoch aufschoss.

Tatsächlich findet sich im Innern des Kraters auch ein spinnenförmiger dunkler Abdruck, wie er für die beschriebenen Geysire charakteristisch wäre (s. Abb. l.; Copyright: Steinbrügge et al, NASA/JPL). “Auch wenn dadurch die Fontänen keinen direkten Einblick in den Ozean Europas gewähren, deuten unsere Ergebnisse daraufhin, dass die Eiskruste Europas selbst sehr dynamisch ist”, so die Autoren und Autorinnen der Studie. „Die relativ geringe Größe der Fontänenfahne, die sich in Manannán gebildet hatte, deutet zugleich aber darauf hin, dass Einschlagkrater die Quelle anderer größerer Fontänen auf Europa, wie sie mit dem Weltraumteleskop ‘Hubble’ beobachtet wurden, wahrscheinlich nicht erklären können.” Hier bestehe weiterhin die Möglichkeit, dass diese großen Ausbrüche direkt aus dem Ozean entspringen.

Zugleich könnte der für den Manannán-Ausbruch modellierte Prozess aber auch auf anderen eisigen Körpern stattfinden – und dies auch ohne ein Aufprallereignis: “Die Migration von Soletaschen ist nicht nur auf Europas Krater anwendbar”, erläutert die Mitautorin der Studie Joana Voigt von der University of Arizona. “Stattdessen könnte der Mechanismus Erklärungen für andere Eiskörper liefern, bei denen Wärmegradienten existieren.”

Quelle: Stanford University
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Studie: Leben in Jupiter-Atmosphäre möglich:


Symbolbild: Blick der NASA-Sonde „Juno“ in die wolkenschwere Atmosphäre des Jupiter.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

Belfast (Nordirland) – Eine neue Studie nordirischer Astrobiologen liefert eine Sensation: Während es in der wolkendichten Atmosphäre der Venus viel zu wenig Wasser gibt, um selbst bakterielles Leben – wie wir es von der Erde kennen – zu ermöglichen, bietet die dichte Atmosphäre des Gasriesen Jupiter hingegen nicht nur ausreichend Wasser, sondern auch weitere positive Bedingungen für dortiges Leben.
Zuvor hatten Messdaten die Anwesenheit des potenziellen Biomarkers Phosphin in den gemäßigten und damit potenziell lebensfreundlichen Schichten der Venus-Atmosphäre nahegelegt (…GreWi berichtete) – eine Entdeckung bzw. Interpretation der Daten, die seither unter Wissenschaftlern umstritten ist und kontrovers diskutiert wird (…GreWi berichtete, siehe Links u.).

Wie nun das Team um den Astrobiologen Dr. John E. Hallsworth und Dr. Philip Ball von der irischen Queen‘s University aktuell im Fachjournal „Nature Astronomy“ (DOI: 10.1038/s41550-021-01391-3) berichtet, haben sie die Menge an Wasser in der Venusatmosphäre anhand der dortigen Konzentration von Wassermolekülen, die sogenannte Wasser-Aktivität, gemessen.

Das Ergebnis: Die Menge an Wasser in den stark schwefelhaltigen Wolken der Venus ist hundert Mal geringer als die Mindestmenge an Wasser, die zumindest jedes bislang bekannte irdische Leben benötigt, um zu existieren.

Während die Studie also die Wahrscheinlichkeit für mikrobisches Leben auf der Venus bzw. in deren Atmosphäre minimiert, zeichnet die Studie ein gänzlich gegenteiliges Szenario für die Atmosphäre des Gasriesen Jupiter. Hier sei nicht nur ausreichend „Wasseraktivität“, sondern auch milde Temperaturen vorhanden, um mikrobisches Leben zu ermöglichen – vorausgesetzt auch andere Zutaten wie die notwendigen Nährstoffe sind vorhanden.

„Die Suche nach außerirdischem Leben (im Sonnensystem) war bislang etwas zu vereinfacht auf Wasser als solches konzentriert“, erläutert Ball. „Wie unsere Ergebnisse zeigen, dass alleine die Anwesenheit von Wasser nicht ausreicht, um auf die tatsächliche Lebensfreundlichkeit einer Umwelt zu schließen. Vor dem Hintergrund des irdischen Lebens sollten wir auch damit beginnen, irdisches Leben als Maßstab zu betrachten und zu fragen, ob eine Umwelt ausreichend Wasser für diese biologischen Prozesse zur Verfügung stellt.“

Die nun ermittelten Wasseraktivitäten auf Venus und Jupiter basieren zudem nicht auf Modellen, sondern konkreten Messungen und Beobachtungen zu den vorhandenen Druckverhältnissen, Temperatur und Wasserkonzentrationen. Als Vergleichswerte haben die Forschenden ihre Berechnungen auch für Erde und Mars angestellt und zeigen zudem, dass Ähnliches auch für Planeten außerhalb des Sonnensystems (Exoplaneten) möglich sind.

Hintergrund
Erstmals über Leben in den Jupiterwolken spekulierten Wissenschaftler im Seotember 2018, als Messdaten Großen Roten Flecks auf dem Gasplaneten Jupiter die chemische Signatur von Wasser oberhalb der tiefsten Wolken des Planeten aufzeigten (…GreWi berichtete).
Tatsächlich hat Jupiter alle für Leben wie wir es kennen benötigten Zutaten und schon in den 1970er Jahren machten sich Wissenschaftler um den bekannten US-Astronom Carl Sagan in einer Studie Gedanken darüber, wie Leben innerhalb der Jupiteratmosphäre aussehen könnte.

Während in den tiefen Atmosphärenschichten der Druck und die damit einhergehenden Temperaturen wohl zu hoch für Leben wären, spekulierten Sagan und Kollegen in ihrem Gedankenexperiment über Leben in der oberen Jupiter-Atmosphäre (s. Video.). in Form kleiner (Sinkers) aber auch riesiger ballonförmiger Wesen (Floaters), die in der Atmosphäre schweben und die von anderen Lebewesen (Hunters) gejagt werden.

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Hubble liefert erstmals Beweise für Wasserdampf in der Atmosphäre des Jupitermondes Ganymed:


Hubble-Aufnahmen des Jupitermondes Ganymed von 1998
Copyright: SCIENCE: NASA, ESA, John Spencer (SwRI Boulder)

Stockholm (Schweden) – Zum ersten Mal haben Astronomen direkte Beweise für Wasserdampf in der Atmosphäre des Jupitermondes Ganymed gefunden. Dieser Wasserdampf bildet sich, wenn das die Oberfläche des größten Mondes in Sonnensystem bedeckende Eis sublimiert, also vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht.
Wie das Team um Lorenz Roth vom KTH Königlichen Institut für Technologie T aktuell im Fachjournal “Nature Astronomy” (DOI: 10.1038/s41550-021-01426-9) berichtet, gelang ihnen der Wasserdampfnachweis mit dem Weltraumteleskop „Hubble.“

Schon zuvor hatten Beobachtungen auf Wasserdampf auf Ganymed hingewiesen, unter dessen Eiskruste sich ein gewaltiger Wasserozean befindet, in dem mehr Wasser gebunden ist als Wasser in den irdischen Meeren (…GreWi berichtete). Allerdings war bislang nicht klar – und die Beobachtungen deshalb auch strittig – wie sich Wasserdampf unter den extrem niedrigen Temperaturen auf der Ganymed-Oberfläche überhaupt bilden sollte.

Ganymeds flüssiger Wasserozean selbst befindet sich rund 100 Meilen unterhalb der Oberfläche seiner eisigen und entsprechend dicken Kruste. Aus diesem Grund handelt es sich bei dem Wasserdampf auch nicht um Wasser aus diesem Ozean.


Hubble-Aufnahmen von Ganymed im UV-Spektrum offenbarte 1998 Polarlichtbänder.
Copyright: SCIENCE: NASA, ESA, Lorenz Roth (KTH)

Schon 1998 lieferte der „Space Telescope Imaging Spectrograph“ (STIS) des Weltraumteleskops erstmals Aufnahmen des Jupitermondes im ultravioletten Lichtspektrum. Auf diesen waren farbereiche Bänder aus elektrisch geladenem Gas, sogenannte Aurorabänder, zu erkennen und lieferten damals die ersten Hinweise auf ein schwaches planetares Magnetfeld des Mondes. Die Beobachtungen wurden damals mit der Anwesenheit molekularem Sauerstoff (O2) erklärt. Allerdings stimmten nicht alle damaligen Merkmale der Beobachtungen mit der Vorstellung einer reinen CO2-Atmosphäre um Ganymed überein. Deshalb schlussfolgerten die Wissenschaftler, dass die Unstimmigkeiten mit einer höheren Konzentration an atomischen Sauerstoff (O) erklärbar sein könnten.

2018 machte sich das Team um Roth erneut daran, die Menge atomaren Sauerstoffs mit Hubble erneut zu messen. Hierzu kombinierten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen zwei Hubble-Instrumente: den „Cosmic Origins Spectrograph“ (COS) und die früheren STIS-Daten von 1998 bis 2010.

Zur Überraschung der Forschenden und im Gegensatz zu den früheren Interpretationen der älteren Daten, stellten das Team um Roth fest, dass in Wirklichkeit kaum atomarer Sauerstoff in der Ganymed-Atmosphäre vorhanden war und ist. Das wiederum bedeutete, dass es eine andere Erklärung für die Aufnahmen der Polarlichtbänder geben musste.

Roth und sein Team untersuchten sodann die Verteilung der Polarlichter in den UV-Aufnahmen. Tatsächlich variiert die Ganymeds Oberflächentemperatur sehr stark zwischen Tag und Nacht. Gegen Mittag wird die Äquatorregion des Mondes warm genug, dass das Oberflächeneis, kleine Mengen an Wassermolekülen abgibt. Wie die Forschenden nun zeigen können, stehen die Polarlichter in den UV-Aufnahmen in einem direkten Zusammenhang mit jenen Orten, an denen man die Abgabe des Wasserdampfs in die Atmosphäre des Mondes erwartet.

„Bislang wurde lediglich molekularer Sauerstoff beobachtet“, erläutert Roth. „Dieser entsteht, wenn geladenen Partikel die Eisoberfläche des Mondes erodieren. Der Wasserdampf, den wir nun aber gemessen haben, stammt aus der Sublimation des Oberflächeneises in den wärmeren Regionen.“

Die Entdeckung erhöht die Hoffnungen auf die bevorstehenden europäische JUICE-Mission, die die eisigen Jupitermonde gezielt erkunden soll. Der „JUpiter ICy moons Explorer” soll 2029 dann im Jupitersystem ankommen und die drei größten Monde des Jupiters erkunden. Ganymed steht dabei als potenzielle lebensfreundliche Ozeanwelt an erster Stelle des Interesses (…GreWi berichtete).


Die erste Juno-Aufnahme des Jupitermondes Ganymed. (Klicken Sie auf die Bildmitte, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

„Unsere Ergebnisse liefern für JUICE wichtige Informationen, mit denen die Sonde noch vor dem anvisierten Start optimiert werden kann“ zeigt sich Roth erfreut. Seit 2016 erkundet die NASA mit der Juno-Sonde das Jupiter-System und lieferte dabei erst kürzlich neue Aufnahmen von Ganymed (…GreWi berichtete).

Recherchequellen: HubbleSite.org / NASA
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Wasserdampf in der Atmosphäre des Jupitermondes Europa:


Hubble-Aufnahme des Jupiters mit seinem größten Mond Europa (l.).
Copyright: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center), and M. H. Wong (University of California, Berkeley) and the OPAL team.

Stockholm (Schweden) – Innerhalb der dünnen Atmosphäre des sechstgrößten Jupitermondes Europa, hat ein schwedischer Wissenschaftler dauerhaft vorhandenen Wasserdampf identifiziert. Die Entdeckung ist umso erstaunlicher, weil auf der Oberfläche des Eismondes bitterkalte Temperaturen herrschen.
Wie Lorenz Roth von der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) aktuell im Fachjournal „Geophysical Research Letters“ (DOI: 10.1029/2021GL094289) berichtet, gelang ihm der Nachweis des Wasserdampfes in der dünnen Europa-Atmosphäre anhand archivierter Beobachtungsdaten Hubble-Weltraumteleskops im ultravioletten Lichtspektrum von 1999, 2012, 2014 und 2015. Mit der gleichen Methode war es Roth erst im vergangenen Juli gelungen, konstanten Wasserdampf in der Atmosphäre des Jupitermondes Ganymed nachzuweisen (…GreWi berichtete).

Wie Roth erläutert, findet sich der Wasserdampf allerdings nur innerhalb der von der Umrundungsrichtung des Mondes abgewandten Hemisphäre des Mondes. Die Beobachtung trage nun zu einem besseren Verständnis über die Strukturen der Atmosphäre des eisigen Mondes bei und könne zukünftige Missionen zu den Eismonden der Gasriesen unterstützen.

Hintergrund
Europa ist der viertgrößte der bislang bekannten insgesamt 79 Jupitermonde und zugleich auch der sechstgrößte Mond im gesamten Sonnensystem. Europa selbst ist größer als der ehemals neunte Planet und heutige Zwergplanet Pluto und besitzt eine vergleichsweise glatte vollständig zugefrorene Oberfläche, deren Kruste jedoch von zahlreichen markanten Spalten und Rissen durchzogen ist. Die Oberflächentemperatur auf Europa beträgt durchschnittlich minus 170 Grad Celsius und der Mond verfügt nur über eine dünne Atmosphäre. Allerdings vermuten einige Wissenschaftler einen unter dem kilometermächtigen Eispanzer verborgenen gewaltigen Ozean, in dem es auch Leben geben könnte.
Tatsächlich wurde eine derart asymmetrische Verteilung von Wasserdampf – so vorhanden – schon anhand früherer Simulationen vermutet, konnte bislang aber noch nicht durch direkte Beobachtungen bestätigt werden.

„Die direkten Beobachtungen von Wasserdampf auf Ganymed und nun auch auf der nachlaufenden Seite von Europa erweitern unser Verständnis über die Atmosphäre der Eismonde“, so Roth und führt dazu weiter aus: „Der Nachweis von stabilen H2O-Vorkommen auf Europa ist zudem erstaunlich, da die Oberflächentemperaturen doch so extrem niedrig sind.“

Zwar konnte schon zuvor Wasserdampf auf Europa nachgewiesen werden, doch gingen diese Beobachtungen stets mit den für den Mond charakteristischen Geysir-artigen Fontänenausbrüchen aus der Kruste des Mondes einher und waren entsprechend lokal begrenzt und flüchtig (…GreWi berichtete).

Die neuen Daten zeigen nun relativ konstante Wasserdampfwerte, über weite Regionen der Oberfläche von 1999 bis 2015. Trotz dieser konstanten Werte für Wasserdampf auf der nachlaufenden Seite, finden sich keinerlei Anzeichen für die Anwesenheit des Gases in der Atmosphäre der vorauseilenden Hemisphäre des Jupitermondes.

Schon im kommenden Jahr soll mit der europäischen Mission „JUpiter ICy moons Explorer“ (JUICE) eine Sonde zu den drei größten Jupitermonden Ganymed, Callisto und Europa aufbrechen, um diese dann ab 2031 genauer zu erforschen. Europa ist zudem das Ziel der NASA-Mission „Europa Clipper“, die an und durch die Fontänen aus Wasserdampf und -Eis fliegen soll, um so zu untersuchen, ob das Wasser aus den die Geysire speisenden Ozeanen potenziell lebensfreundlich ist oder sogar direkte Hinweise auf dortiges Leben beinhaltet.

Recherchequelle: ESA Hubble-Site
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Jupitermond Europa: Flüssiges Wasser vielleicht deutlich näher an der Oberfläche:

Stanford (USA) – Wegen seines unter einem Eispanzer verborgenen flüssigen Salzwasserozean gilt der Jupitermond Europa als einer der Hauptkandidaten für die Suche nach außerirdischem Leben in unserem eigenen Sonnensystem. Zugleich verhindert diese kilometerdicke Eisschicht aber auch eine direkte Untersuchung dieses Ozeans. Neue Forschungsergebnisse legen nun jedoch nahe, dass genau diese Eisschicht weniger undurchlässig sein könnte als bislang gedacht. Stattdessen scheint es sich eher um ein dynamisches System zu handeln, in dem Wasserkörper sehr viel näher an der Oberfläche existieren könnten als bislang angenommen.
Wie das Team um Riley Culberg und Prof. Dustin Schroeder von der Stanford University aktuell im Fachjournal „Nature Communications“ (DOI: 10.1038/s41467-022-29458-3) berichtet, basieren die Folgerungen auf Vergleichen der eisigen Oberfläche des Jupitermondes und den dortigen Eisgraten mit Strukturen, wie sie auch in der Eisdecke über Grönland zu finden sind.


Radargramme von Doppelgraten im Grönlandeis.
Copyright/Quelle: Stanford University

Diese parallel verlaufenden Doppelgrate in Grönland und ihre Ähnlichkeit mit den Strukturen auf Europa legen nahe, dass auch die Eishülle des Jupitermondes von Taschen flüssigen Wassers durchsetzt ist.


Satellitenaufnahme eines kilometerlang verlaufenden Doppelgrats im Eispanzer des Jupitermondes Europa.
Copyright: NASA/JPL/ASU

„Dieser Umstand erhöht die Wahrscheinlichkeit ganz enorm, dass die für 2024 geplante NASA-Mission ‚Europa Clipper‘ potenziell lebensfreundliche Umgebungen auf Europa detektieren könnte“, so die NASA und hofft, mit dem das Eis durchdringenden Radar-Instrument REASON (Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface) die erhofften eingeschlossenen Wasserkörper nachweisen zu können. „Wenn es diese Wassertaschen nicht nur unter Grönlands Eis, sondern auch unter den Eisgraten auf Europa gibt, haben wir mit REASON das richtige Gerät, um sie zu finden.“ Auch die europäische Raumfahrtagentur ESA plant für 2023 mit „JUICE“ eine Forschungsmission zu den Jupitermonden.

Hintergrund
Die bisherigen Daten legen nahe, dass Europa unter seiner bis zu 25 Kilometer dicken Eispanzer einen tiefen und potenziell lebensfreundlichen Ozean besitzt. Die noch offene Frage: Kommt es trotz dieser gewaltigen Barriere zu einem Materialaustausch zwischen diesem Ozean und der Oberfläche?
„Die Vorstellung, was es bedeuten könnte, wenn es innerhalb des Eispanzers zahlreiche Wassertaschen gäbe, ist faszinierend“, kommentiert Gregor Steinbrügge, selbst ehemals Stanford-Forscher und heute am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA tätig. „Es würde unter anderem bedeuten, dass dieser Eispanzer extrem dynamisch ist. Diese Dynamik wiederum könnte auch zu einem Austauschprozess zwischen der Oberfläche und dem verborgenen Tiefenozean führen, der sich in beiden Richtungen auswirkt.“

Auf diese Weise könnten lebenswichtige Nährstoffe von der Europaoberfläche (die selbst von Europas vulkanischem Nachbarmond Io hier her gelangen könnten) in den Ozean gelangen, in dem weitere Chemikalien und Material von der Unterseite des Eispanzers und aus dem Ozeanboden eine lebensfreundliche Umgebung erzeugen könnten.

Zumindest die doppelten, parallel verlaufenden Grate in der Eisdecke Grönlands entstehen, wenn Wasser aus nahe gelegenen Seen bis auf undurchlässige Schichten innerhalb des Eises absinkt, dort in Form von Wassertaschen nach und nach wieder einfriert und so das darüberliegende Eis aufbricht und auf beiden Seiten zu den Graten emporfaltet. „Ähnliches könnte auch auf Europa passieren. Nur dass hier kein Wasser aus Seen an der Oberfläche absickert, sondern aus dem Untergrundozean oder den durch den Ozean gespeisten Wassertaschen nach oben gedrückt wird“, so die NASA-Forschenden. Obwohl sich die Grate auf Europa und Grönland gleichen, sind die Exemplare auf dem Jupitermond doch sehr viel größer und höher. „Ein Grund hierfür könnte auch die geringere Gravitation auf Europa sein.“


Künstlerische Darstellung des auf Europa vermuteten Prozess der Auffaltung der Doppelgrate.
Quelle: Standford University / NASA

Das REASON-Radar soll auf Europa die gleiche Aufgabe erfüllen wie das Radar der Mission „IceBridge“, mit dem die Beobachtungen und Messungen auf Grönland durchgeführt wurden. Während das Radar zwar das Eis durchdringen kann, wird es von flüssigem Wasser zurück reflektiert und erscheint dann als deutliche hellere Flecken auf den Radar-Aufnahmen. Auf diese Weise bilden entsprechende „Radargramme“ vertikale Profile der Eisdecke unterhalb der Oberfläche ab.

“Auf diese Weise werden wir mehr darüber lernen, wie wir Dinge, die wir von der Erde kennen und bereits verstehen, eventuell auch auf andere Himmelskörper übertragen und entsprechenden interpretieren können“, kommentiert Schroeder abschließend.

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Europa: Neue Aufnahmen der Oberfläche des potenziell lebensfreundlichen Jupitermondes:


Juno-Aufnahme der Oberfläche des Jupitermondes Europa vom 29. September 2022.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/SwRI

Pasadena (USA) – Bei ihrem jüngsten Vorbeiflug am Jupitermond Europa hat die NASA-Sonde “Juno” die bislang hochauflösendsten Aufnahmen von der eisigen Oberfläche des Mondes zur Erde gefunkt. Diese zeigen die von Furchen und Graten überzogene Oberfläche jenes kilometerdicken Eispanzers, unter dem Wissenschaftler einen flüssigen und potenziell lebensfreundlichen Wasserozean wähnen.
Wie die NASA berichtet, handelt es sich bei den neuen Aufnahmen um die ersten Nahaufnahmen von der Europa-Oberfläche seit rund 20 Jahren. Europa ist der sechsgrößte Mond des Jupiters und nur wenig größer als der Erdenmond.

Die neue Aufnahme (o.) zeigt einen Ausschnitt von 150 x 200 Kilometern. Die Auflösung der Aufnahme liegt bei 256 bis 340 Metern pro Pixel. Darauf deutlich zu erkennen, das Netzwerk aus Furchen, Rissen und den charakteristischen Doppelgraten in der Eiskruste von Europa, anhand derer einige Forschende vermuten, dass der darunter verborgenen Ozean näher sein könnte, als bislang angenommen (…GreWi berichtete).

Ebenfalls auf der neuen Aufnahme (o.) zu sehen, sind dunkle Flecken im Eis. Hier vermuten die NASA-Wissenschaftler und -Wissenschaftlerinnen, dass es sich um Ablagerungen handelt, die möglicherweise mit Material zu tun haben, dass im darunter verborgenen Ozean aufsteigt und durch die Oberfläche dringt. Helle weiße Punkte in der Oberfläche sind vermutlich das Ergebnis der Wechselwirkung der Eiskruste mit hochenergetischen Teilchen aus der stark von Strahlung dominierten Umgebung des Jupiters.


Zuvor schon hatte die NASA diese ersten neuen Vorbeiflugsaufnahmen veröffentlicht. (Klicken Sie auf die Bildmitte, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.)
Copyright: NASA/JPL-Caltech/SWRI/MSSS

Die neuen Beobachtungsdaten sollen auch dazu beitragen die für 2024 geplante Mission “Europa Clipper” vorzubereiten, mit der die NASA die Atmosphäre von Europa, dessen Oberfläche und das Innere erforschen will. Hauptziel dieser Mission wird es sein, zu untersuchen, ob es unter dem Eispanzer Orte gibt, die Leben beherbergen könnten (…GreWi berichtete).

Recherchequellen: NASA, eigene Recherchen grenzwissenschaft-aktuell.de
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