Expedition zum Wassermond - wissenschaft.de
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Expedition zum Wassermond

Jupiter-Trabant Europa: Auf der Suche nach dem Leben. Was verbirgt sich unter dem Eispanzer Europas? Die Raumsonde Galileo erkundet nach dem erfolgreichen Abschluß ihrer Primärmission jetzt gezielt den rätselhaften Jupitermond.

Alle diese Welten gehören Euch, außer Europa“, lautet eine mysteriöse Botschaft aus dem All. „Unterlaßt jeden Versuch, dort zu landen!“ – So steht es in dem 1983 erschienenen Roman „Odyssee 2010 – das Jahr, in dem wir Kontakt aufnehmen“ von Arthur C. Clarke. Jetzt hat der Schriftsteller die Teilnehmer einer internationalen Fachtagung dazu aufgefordert, den Jupitermond dennoch genauestens zu erforschen. „Ich hoffe, es gibt Leben dort.“

Auch das mag für viele wie Science-fiction klingen. Doch inzwischen sind Clarkes Spekulationen gar nicht mehr so abwegig. Selbst renommierte Wissenschaftler halten den Gedanken an einfache Organismen auf dem Himmelskörper, der fünfmal weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde, nicht für ausgeschlossen. „Wenn Europa einen Ozean besitzt, stehen die Chancen, daß es dort heute noch Leben gibt, besser als für den Mars“, war der Planetenforscher Eugene Shoemaker vom Lowell-Observatorium in Flagstaff in Arizona noch kurz vor seinem tödlichen Unfall im letzten Jahr überzeugt.

In den vergangenen Monaten haben sich die Indizien weiter verdichtet, daß unter dem Eispanzer des Jupitermondes ein ausgedehntes Meer liegen könnte. Obwohl der definitive Beweis noch fehlt, sind viele Forscher zuversichtlich. Schon gab es wissenschaftliche Kongresse, auf denen Ozeanographen und Planetenkundler gemeinsam über mögliches Leben diskutierten. „Niemand hat bislang Ozeanographie einer anderen Welt betrieben. Es ist ein interessantes kulturelles Experiment“, sagt John R. Delaney, ein Meereskundler von der University of Washington.

Zum letzten Mal glückte die Entdeckung eines unbekannten Ozeans dem spanischen Eroberer Vasco N£ñez Balboa, als er 1513 über die Landenge von Panama zum Pazifik vorstieß. Jahrhunderte vergingen, bis Fraser P. Fanale von der University of Hawaii über die Existenz von Meeren unter den Eiskrusten anderer Himmelskörper mutmaßte. Das war 1977. Nachdem die beiden Voyager-Sonden zwei Jahre später Jupiter und seinen Monden einen kurzen Besuch abgestattet hatten, wurden Fanales Überlegungen aktuell. Leider hatten sie aufgrund ihrer Flugbahn nur vergleichsweise grobe Aufnahmen von Europa „geschossen“. Die homogene Oberfläche des Mondes deutete jedoch auf ständige Umstrukturierungen hin. Inzwischen ist bekannt, daß Europa der glatteste aller Körper im Sonnensystem ist. Die höchsten Erhebungen betragen gerade einen Kilometer.

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Außerdem gibt es ein komplexes Netzwerk von Bergrücken, Tälern und Rillen, verbogene Hügelkämme und gewundene Fließstrukturen sowie Spuren von Material, das aus dem Inneren des Mondes stammt. „Wahrscheinlich handelt es sich um Relikte von Eisvulkanen oder Geysiren“, meint Ronald Greeley, der als Astronom an der Arizona State University arbeitet.

Diese und viele andere Entdeckungen verdanken die Wissenschaftler der Raumsonde Galileo. Seit Dezember 1995 fliegt sie als erster künstlicher Satellit auf langgestreckten Ellipsenbahnen durch das Jupitersystem und erkundet den Riesenplaneten und seine Trabanten (bild der wissenschaft 5/1997, „Mondschein über Jupiter“). Nachdem ihre Primärmission im Dezember 1997 planmäßig endete, gingen die Erkundungen unter der Leitung des neuen Projektmanagers Bob Mitchell nahtlos in die Verlängerung.

Im Brennpunkt dieser neuen „Galileo Europa Mission“ (GEM) steht der kleinste der vier Jupitermonde. Zwischen dem 16. Dezember 1997, als Galileo in nur 200 Kilometer Entfernung an Europa vorbeiraste, und dem 1. Februar 1999 wird der Mond insgesamt achtmal angeflogen. Auf dem Programm stehen anschließend vier enge Passagen an Jupiters äußerstem Großmond Callisto und schließlich noch zwei nahe Begegnungen mit dem vulkanischen Io. Im Zentrum von GEM steht zunächst die genauere Erkundung von Europas Oberfläche. Inzwischen sind die Experten überzeugt, daß die 100 bis 150 Kilometer dicke Kruste des Jupitermonds nicht völlig durchgefroren ist – oder es einmal war. Dafür sprechen zahlreiche Indizien:

Ganz Europa wird von 100 bis 300 Meter hohen, bis zu 3 Kilometer breiten und mitunter über 1000 Kilometer langen Linien überzogen, die die Forscher „Triple Bands“ nennen, weil sie wie drei parallele Streifen erscheinen. Es sind Bruchzonen, die sich durch Spannungen in Europas Eispanzer gebildet haben.

Durch die Spalten drang Eismatsch an die Oberfläche, der von gesteinshaltigen Verunreinigungen durchsetzt ist und deshalb dunkel erscheint. Auf Europas Oberfläche gibt es zahlreiche elliptische Gruben, Aufwölbungen und dunkle Flecken, die 7 bis 15 Kilometer groß und oft nur wenige Kilometer voneinander entfernt sind. Das Galileo-Team vermutet, daß es sich um „Diapire“ handelt. Diese Strukturen könnten entstehen, wenn Blasen aus warmem Eis aus der Tiefe aufsteigen und die Oberfläche hochdrücken oder sogar aufbrechen. Die ungewöhnliche Form des Pwyll-Kraters, der wohl erst vor 10 bis 100 Millionen Jahren entstand, deutet darauf hin, daß warmes Eis nach dem Einschlag das Kraterbecken auffüllte und den 600 Meter hohen Zentralberg noch über die Höhe des Kraterrandes hob. Europas Kern wurde durch die Gezeitenkräfte Jupiters so weit abgebremst, daß er dem Riesenplaneten immer dieselbe Seite zeigt. Die Oberfläche des Mondes scheint jedoch von dieser „gebundenen Rotation“ abgekoppelt zu sein. Die Richtung, Anzahl und Altersunterschiede der Bruchlinien auf der Oberfläche legen nahe, daß sich die Eiskruste etwas schneller bewegt als der Kern – für eine Umdrehung benötigt sie freilich Zehntausende, wenn nicht gar Millionen Jahre. Die Kruste ist demnach nicht fest mit Kern und Mantel verbunden. Als Schmiermittel kommt Wasser oder warmes Eis in Frage. Europa besitzt ein Magnetfeld, das der Mond nicht selber erzeugen kann, sondern Jupiter verdankt. Nach Modellrechnungen von Fritz Neubauer (Universität Köln) und David Stevenson (California Institute of Technology) soll Europa das Magnetfeld des Riesenplaneten in einer Weise stören, die sich gut mit der Annahme eines salzhaltigen Ozeans erklären läßt. Das Salz wirkt als Elektrolyt. Darin kann Jupiters Magnetfeld Wirbelströme induzieren, die ihrerseits ein Magnetfeld erzeugen, das sich Jupiters Magnetfeld überlagert. Auch der Jupitermond Callisto hat ein induziertes Magnetfeld. Vielleicht existiert unter seiner Oberfläche ebenfalls ein Ozean. Das überzeugendste Indiz für einen Ozean auf Europa fand eine Wissenschaftlergruppe unter der Leitung von Michael H. Carr (US Geological Survey, Menlo Park, Kalifornien), der auch Gerhard Neukum vom Institut für Planetenerkundung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Berlin angehört. Die Forscher entdeckten zwischen zwei riesigen, sich kreuzenden Triple Bands ein mosaikartig zusammengesetztes Gebiet, das aus einem wirren Konglomerat einzelner Bruchstücke zu bestehen scheint. „Die Blöcke ähneln Eisschollen, wie sie auch in den Polarregionen auf der Erde beobachtet werden, wenn das Packeis während der Tauwetterperiode im Frühling aufs Meer treibt“, erläutert Ronald Greeley. „Ihre Form und Lage deutet darauf hin, daß sie als dünne Eisschicht auf Wasser oder Eismatsch schwammen und durch Bewegungen in der Kruste zerbrochen sind. Das ältere Terrain rutschte vermutlich weg.“ Auch hat man 100 Kilometer lange Platten entdeckt, die gegeneinander verschoben und verdreht sind. Zwischen ihnen befindet sich ebenfalls dunkleres Material, das einst geschmolzen war.

Fest steht also, daß Europas Kruste zumindest stellenweise durch Jupiters Gezeitenkräfte aufgeweicht wurde. Der Riesenplanet knetet den Mond regelrecht durch, wobei Reibungswärme entsteht. Die Wissenschaftler hoffen, mit Galileos Hilfe in den nächsten Monaten weitere Indizien für die Auswirkung dieser Gezeitenkräfte zu erspähen, die auch die Ursache der weitverbreiteten Brüche und Spalten im Eispanzer sind.

Die Forscher versprechen sich auch genauere Aufschlüsse über das Alter der Oberfläche. Clark Chapman vom Southwest Research Institute in Boulder und zahlreiche weitere Wissenschaftler datieren die Kruste auf höchstens einige Millionen Jahre. Andere, beispielsweise Gerhard Neukum und Michael Carr, schätzen sie dagegen auf ein bis drei Milliarden Jahre. Das würde die Chancen für einen noch vorhandenen Ozean mindern. Große Erwartungen setzen die Wissenschaftler schließlich auf die Messungen des Near Infrared Mapping Spectrometer. „Wenn es organische Stoffe in den Triple Bands gibt, spüren wir sie auf“, hofft Adriana Ocampo vom Jet Propulsion Laboratory, die die Infrarotspektroskopie koordiniert.

Alle Fragen wird Galileo freilich nicht beantworten können. Die entscheidende lautet: Befindet sich heute noch flüssiges Wasser oder nur zähflüssiges Eis – oder beides – unter der Oberfläche? Und wie tief ist es verborgen? Experten meinen: ungefähr 20, stellenweise vielleicht nur 1 bis 2 Kilometer.

Möglicherweise gibt es sogar Leben in dem eisigen Meer. Denn Wasser ist für Organismen, wie wir sie kennen, lebensnotwendig. Sie könnten vor einigen Jahrmilliarden entstanden sein, als vielleicht noch freie Meere die Oberfläche Europas bedeckten. Damals war Jupiter beinahe eine zweite Sonne – ein von der Urwärme noch glühender Gasball, der für lebensfreundliche Temperaturen auf seinen nächstgelegenen Monden gesorgt haben dürfte.

Einmal entstanden, könnte das Leben immer wieder Wege gefunden haben, mit Umweltveränderungen zurechtzukommen. Auf der Erde war dies ständig der Fall. „Zumindest ist Europa, wie Mars und der Saturnmond Titan, ein natürliches Labor, um die Bedingungen zu erforschen, die auf der Erde zur Entstehung von Leben geführt haben“, sagt James Head von der Brown University in Providence, Rhode Island.

Heute ist die Oberfläche Europas mit großer Wahrscheinlichkeit ein toter Ort. Die Höchsttemperaturen betragen nur minus 130 Grad Celsius. Die Strahlung von Jupiters Magnetosphäre reicht aus, um einen Menschen nach kurzer Zeit zu töten. Europas „Bewohner“ müßten sich unter die Eiskruste zurückgezogen haben.

Wissenschaftler wie Julian Chela-Flores vom Internationalen Zentrum für Theoretische Physik in Triest überlegen bereits, wie sie exotischen Ökosystemen auf dem Jupitermond am besten auf die Spur kommen könnten. „Archaebakterien-ähnliche Einzeller sind die wahrscheinlichsten Lebensformen auf Europa“, mutmaßt Chela-Flores, schließt aber die Evolution höherer Organismen nicht aus. „Auf Sonnenenergie sind sie nicht unbedingt angewiesen.“

Tatsächlich hat man auf der Erde Lebensgemeinschaften aufgespürt, die unabhängig vom Sonnenlicht existieren. Sie gedeihen in der Nähe von Tiefseevulkanen und selbst in Basaltgesteinen 2,8 Kilometer unter der Erde. „Auch der größte Teil der Biomasse in der Arktis befindet sich unter, nicht über dem Eis“, betont der Ozeanograph James H. Morison von der University of Washington.

Es spricht mithin nichts gegen die Existenz von Mikroorganismen auf dem Jupitermond. Deshalb soll er auch nach Abschluß der Galileo Europa Mission im Blickfeld der Wissenschaft bleiben. Die NASA hat bereits mit der Planung eines Europa-Orbiters begonnen. Mit 300 Millionen Dollar inklusive Startkosten wird er wesentlich preisgünstiger ausfallen als Galileo (1,4 Milliarden Dollar).

„Wir würden am liebsten schon morgen aufbrechen“, fiebert Richard Terrile, Projektwissenschaftler der NASA, dem auf das Jahr 2003 veranschlagten Starttermin entgegen. Je nach Leistung der Trägerrakete wird die Sonde zwei bis fünf Jahre unterwegs sein. Dann wird sie in eine Umlaufbahn um den Jupitermond einschwenken und ihn viele Monate lang genau inspizieren. Wichtig sind dreidimensionale Präzisionskarten, die Rückschlüsse auf innere Prozesse erlauben. Auch sind die Forscher Oberflächenspannungen durch Jupiters Gezeitenkräfte auf der Spur. Mit einem Langwellenradar ließe sich die Dicke der Eiskruste vermessen. Schließlich soll mit Hilfe von Radiowellen festgestellt werden, ob es eine scharfe Grenze zwischen gefrorenem und flüssigem Wasser gibt.

Die Wissenschaftler haben noch ehrgeizigere Pläne: Am Jet Propulsion Laboratory (JPL) wird gegenwärtig das Projekt „Ice Clipper“ erwogen. Dabei soll die Sonde ein Projektil auf den Mond schießen und währenddessen in 50 Kilometer Höhe darüber hinwegfliegen, dabei einige der hochgeschleuderten Trümmerstücke auffangen, um sie an Bord zu analysieren und einen Teil vielleicht tiefgefroren zur Erde zu bringen.

Am effektivsten wäre es freilich, gleich auf dem Mond zu landen. „Ein Seismometer könnte uns viel über das Innere verraten“, meint Henry M. Harris, der am JPL an der Konzeption einer Europa-Orbiter-Lander-Mission mitarbeitet. „Wir könnten abhören, wie Eismassen verschoben werden und zerbrechen, und vielleicht sogar nach Wellen im Ozean lauschen.“

Noch verwegenere Pläne hat Joan C. Horvath vom JPL mit einem Eistorpedo im Sinn, den Karl Kuivinen von der University of Nebraska in Lincoln entwickelt und „Cryobot“ genannt hat. Mit Hilfe eines nuklear betriebenen Wärmeaggregats an seiner Spitze kann er sich durch kilometerdicke Eisschichten schmelzen. Hat er das Eis durchbohrt, stößt er ein kleines U-Boot aus. Dieser „Hydrobot“ würde sich selbständig im Ozean unter dem Eis bewegen und könnte nach Lebensspuren Ausschau halten.

Zunächst muß der Cryobot freilich auf der Erde getestet werden. Horvath hat dafür schon ein geeignetes Ziel im Visier: den größten der ungefähr 70 Seen unter dem ewigen Eis der Antarktis, 1300 Kilometer vom geographischen Südpol entfernt. Der Wostoksee besteht aus Süßwasser, ist 14000 Quadratkilometer groß, 600 Meter tief und liegt 3700 Meter unter der Oberfläche.

Auf einer Konferenz im März in St. Petersburg wurde der Rahmen für eine Zusammenarbeit der JPL-Wissenschaftler mit russischen Polarforschern abgesteckt, die die über dem See gelegene Antarktisstation „Wostok“ betreiben. Wahrscheinlich wird ein Heißwasserbohrer zunächst einen Kanal durch das Eis treiben. Die letzten 200 Meter soll sich der Cryobot selbständig vorarbeiten. Das acht bis zehn Millionen Dollar teure Projekt könnte 2001 gestartet werden.

Das Durchstoßen der Eisdecke wird auch ein biologischer Durchbruch sein, denn wahrscheinlich ist der Wostoksee seit vielen hunderttausend Jahren von der Umgebung abgeschlossen. Eine völlig unbekannte Welt scheint hier ihrer Entdeckung zu harren. Doch bislang hat es kein Forscher gewagt, zu ihr vorzustoßen, weil zu befürchten ist, daß dabei Mikroorganismen von der Oberfläche in den See gelangen könnten.

Gegenwärtig arbeiten die Wissenschaftler an Wegen, die Aggregate hinreichend und umweltschonend zu sterilisieren. Für eine Europa-Mission hat das Kontaminationsproblem ebenfalls Priorität. Schließlich will man nicht viele Millionen Dollar ausgeben, um sich am Ende von Mikroben foppen zu lassen, die von der Erde eingeschleppt wurden und – schlimmer noch – womöglich die Existenz einer fremdartigen Lebensgemeinschaft im Ozean des Jupitermondes gefährden könnten.

Jupiter & Co. – Meldungen aus einer fernen Welt

Die Bilanz von Galileos Primärmission

Am 18. Oktober 1989 hatte das Space Shuttle Atlantis die Raumsonde Galileo ins All transportiert. Nach einer verschlungenen Reise durch das Sonnensystem schwenkte sie am 7. Dezember 1995 in eine elliptische Umlaufbahn um Jupiter ein und hat den Planeten bis zum 7. Dezember 1997 (Ende der Primärmission) elfmal umkreist. Sie schoß eine Forschungskapsel in die Atmosphäre des Planeten und hat von ihm und seinen vier großen Monden über 1800 Fotos gemacht. Die wichtigsten Resultate der Primärmission:

Entdeckung von Wasserdampf, Blitzen und Polarlichtern in der Jupiteratmosphäre. Gewitter liefern Energie für Tiefs in der Jupiter-Atmosphäre, die Wirbelstürme (Großer Roter Fleck und weiße Ovale) antreiben. Entdeckung einer Staubhülle um Jupiters Ring. Io, Europa und Ganymed haben einen metallischen Kern aus Eisen und Nikkel, der von einem felsigen Mantel umgeben wird. Europa und Ganymed sind zudem von Wassereis bedeckt. Callisto ist möglicherweise eine homogene Mischung aus Eis und Gestein. Europa besitzt eine Ionosphäre aus geladenen Teilchen und eine dünne Sauerstoff-Atmosphäre, die der Elektronenbeschuß von Jupiters Strahlungsgürtel aus dem Oberflächeneis herausschlägt. Ganymed wird von einer dünnen Wasserstoffhülle und Callisto von einer Atmosphäre aus Wasserstoff und Kohlendioxid umgeben. Studium von Ios Natriumhülle, aktiven Vulkanen und dramatischen Oberflächenveränderungen. Anzeichen eines Ozeans unter Europas Eispanzer in der Vergangenheit oder noch heute. Nachweis von Salz und Kohlendioxid in Europas Eis. Ganymed besitzt ein eigenes Magnetfeld (ein Zehntel so stark wie das der Erde). Io, Europa und Callisto haben vermutlich ein schwaches, von Jupiter induziertes Magnetfeld. Fotos von den Kleinmonden Adrastea, Thebe, Amalthea und Metis.

Der Steckbrief von Europa

Entdeckung 7. Januar 1610 von Galileo Galilei

Durchmesser 3138 Kilometer Masse 4,8Ÿ 1022 Kilogramm Dichte 3,0 Gramm pro Kubikzentimeter Oberflächenschwerkraft 0,135 (Erde = 1) Fluchtgeschwindigkeit 2,02 Kilometer pro Sekunde Oberflächentemperatur -190° bis – 130° Celsius Albedo (Lichtreflexionsvermögen) 64 Prozent Mittlere Entfernung von der Sonne 778 Millionen Kilometer Mittlere Entfernung von Jupiter 670 900 Kilometer (9,5 Jupiterradien) Umlaufgeschwindigkeit 13,74 Kilometer pro Sekunde Umlaufperiode 3,551181 Tage Rotationsperiode 3,551181 Tage Exzentrizität der Umlaufbahn 0,009 (Kreis = 0,0) Bahnneigung 0,470 Grad

Infos im Internet

Galileos Europa-Mission: http://www.ba.dlr.de/ne/pe/GLL_press/1997_europa.html

http://www.jpl.nasa.gov/galileo/gem/

Rüdiger Vaas

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