Die NASA-Raumsonde Juno hat Salze und organische Verbindungen auf der Oberfläche von Ganymed, dem größten Jupitermond, entdeckt. Die Entdeckung erfolgte während eines Vorbeiflugs im Juni 2021, bei dem Juno Ganymed mit ihrem Instrument Jovian InfraRed Auroral Mapper (JIRAM) untersuchte, einem Instrument zur Erforschung der Chemie und Wechselwirkungen in den Atmosphären des Jupiters und seiner Monde. Ganymed, einer dieser Monde, ist mit 5.268 Kilometern (3.200 Meilen) der größte Mond im Sonnensystem und größer als der Planet Merkur. Unter seiner Eiskruste befindet sich ein riesiger Ozean.
Während seines Vorbeiflugs an Ganymed im Jahr 2021 entdeckte Junos JIRAM-Instrument Salze wie hydratisiertes Natriumchlorid, Ammoniumchlorid, Natriumbicarbonat und möglicherweise sogar organische Verbindungen, sogenannte aliphatische Aldehyde. Die Entdeckung dieser Verbindungen und Salze könnte Astronomen helfen, die Entstehung und Entwicklung Ganymeds besser zu verstehen und möglicherweise Licht auf die Chemie seines unterirdischen Ozeans zu werfen. Eine Studie über Junos Beobachtungen von Salzen und organischen Stoffen auf Ganymeds Oberfläche wurde in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
Jupiter und Ganymed. Visualisierung durch die NASA
Der nahe Jupiter besitzt ein so starkes Magnetfeld, dass organische Verbindungen und Salze auf der Oberfläche seiner Monde kaum überleben könnten. Die Region um Ganymeds Äquator scheint jedoch ausreichend vor den Elektronen und schweren Ionen geschützt zu sein, die Jupiters Magnetfeld aussendet, um die Existenz dieser Verbindungen zu belegen.
„Wir fanden die größte Menge an Salzen und organischen Stoffen in dunklen und hellen Regionen in Breitengraden, die durch das Magnetfeld geschützt waren“, sagte Scott Bolton, Junos leitender Forscher am Southwest Research Institute in San Antonio. „Das deutet darauf hin, dass wir die Überreste von Tiefseesole sehen, die die Oberfläche dieser gefrorenen Welt erreicht haben.“
Das Vorhandensein dieser Salze und organischen Verbindungen könnte auf hydrothermale Aktivitäten tief unter Ganymeds eisiger Oberfläche oder auf Wechselwirkungen zwischen seinem unterirdischen Ozean und Gesteinen tief im Inneren des Planeten hinweisen.
Jupiter und Ganymed. Visualisierung durch die NASA
„Umfangreiche Wechselwirkungen zwischen Wasser und Gestein könnten für ein solches Gleichgewicht sorgen und würden mit der Anwesenheit von Natriumsalzen als unabhängigem Indikator für Wasserveränderungen innerhalb von Ganymed vereinbar sein“, schreiben die Autoren in einem Artikel, der am 30. Oktober in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurde.
Die Autoren fügen jedoch hinzu, dass diese Salze auch durch andere Prozesse als einen salzigen Ozean im Inneren entstanden sein könnten. „Da Ganymed eine viel dickere Kruste als Europa hat, bestimmt der Materieaustausch zwischen seinem tiefen Inneren und der Oberfläche möglicherweise nicht seine Oberflächenzusammensetzung und spiegelt daher möglicherweise den Materieaustausch zwischen der flachen Kruste und der Oberfläche oder exogene Ablagerungen wider“, schreiben sie in ihrer Studie.
Die Raumsonde Juno startete am 5. August 2011 von Cape Canaveral in Florida und war nach der Galileo-Sonde der NASA erst die zweite Mission in die Umlaufbahn des Jupiters. Juno wurde entwickelt, um das Wetter, die magnetischen Bedingungen und die Geschichte des Gasriesen zu erforschen.
Ganymed. NASA-Visualisierung
Einer neuen Studie zufolge haben Astronomen erstmals Spuren von Wasserdampf in der dünnen Atmosphäre von Ganymed, einem Mond des Jupiters, dem größten Mond im Sonnensystem, gefunden.
Die Forscher sagen, die Entdeckung könnte Aufschluss über ähnliche Wasseratmosphären geben, die möglicherweise andere eisige Körper im Sonnensystem und darüber hinaus umhüllen.
Frühere Studien deuteten darauf hin, dass Ganymed, der größer als Merkur und Pluto und nur geringfügig kleiner als der Mars ist, mehr Wasser enthalten könnte als alle Ozeane der Erde zusammen. Der Jupitermond ist jedoch so kalt, dass das Wasser auf seiner Oberfläche gefroren ist. Jegliches flüssige Wasser auf Ganymed wäre etwa 160 Kilometer unter seiner Kruste eingeschlossen. Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse am 26. Juli 2021 in der Fachzeitschrift Nature Astronomy.
Ganymed mit Jupiter im Hintergrund. Visualisierung durch die NASA
Frühere Studien deuteten darauf hin, dass Eis auf Ganymeds Oberfläche vom festen in den gasförmigen Zustand übergehen kann, ohne dass es dabei zu einer Flüssigkeitsphase kommt. Daher könnte Wasserdampf Teil der dünnen Atmosphäre des Riesenmondes sein. Beweise für Wasser gibt es jedoch bislang nicht.
Für die neue Studie analysierten die Wissenschaftler alte und neue Daten über Ganymed vom Hubble-Weltraumteleskop der NASA. 1998 machte Hubble die ersten Ultraviolettbilder von Ganymed, darunter auch Bilder seiner Polarlichter, riesiger Mondanaloga der Nord- und Südlichter der Erde. Mehrfarbige Bänder aus elektrisiertem Gas in diesen Polarlichtern trugen zum Nachweis bei, dass Ganymed ein schwaches Magnetfeld besitzt.
Die in diesen Polarlichtbändern detektierten ultravioletten Signale deuten auf das Vorhandensein von Sauerstoffmolekülen aus zwei Atomen hin, die entstehen, wenn geladene Teilchen Ganymeds eisige Oberfläche aufbrechen. Einige dieser ultravioletten Emissionen entsprachen jedoch nicht den Erwartungen an eine Atmosphäre aus reinem molekularem Sauerstoff. Frühere Studien hatten vermutet, dass diese Diskrepanzen auf Signale von atomarem Sauerstoff oder einzelnen Sauerstoffatomen zurückzuführen seien.
Monde des Jupiter. Visualisierung durch die NASA
Im Rahmen eines umfangreichen Beobachtungsprogramms zur Unterstützung der Juno-Mission der NASA zum Jupiter maßen Forscher mit dem Hubble-Weltraumteleskop den atomaren Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre von Ganymed. Überraschenderweise stellten sie fest, dass praktisch kein atomarer Sauerstoff vorhanden war, was eine weitere Erklärung für die frühen ultravioletten Signale nahelegt.
Die Wissenschaftler untersuchten, wie stark die Oberflächentemperatur Ganymeds im Tagesverlauf schwankt. Die Höchsttemperaturen am Äquator erreichen mittags etwa minus 123 Grad Celsius und nachts etwa minus 193 Grad Celsius. An den heißesten Stellen Ganymeds kann Eis so heiß werden, dass es direkt zu Dampf wird. Sie stellten fest, dass die Unterschiede, die auf mehreren UV-Bildern Ganymeds zu sehen sind, der Wasserverteilung in der Mondatmosphäre, die auf dem Klima beruht, sehr ähnlich sind.
Der Hauptgrund dafür, dass bisherige Studien kein Wasser in Ganymeds Atmosphäre nachweisen konnten, ist das sehr starke ultraviolette Signal von molekularem Sauerstoff. Dieses stärkere Sauerstoffsignal erschwert die Erkennung anderer Signale. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass in der Atmosphäre eisiger Körper im äußeren Sonnensystem tatsächlich Wasserdampf vorhanden ist.
Ganymed mit Jupiter im Hintergrund. Visualisierung durch die NASA
Ein Asteroideneinschlag könnte die ursprüngliche Oberfläche Ganymeds vollständig zerstört haben. Eine neue Studie legt nahe, dass ein riesiger Asteroid vor etwa vier Milliarden Jahren mit solcher Wucht auf Ganymed, den größten Mond des Jupiters, einschlug, dass sich die Ausrichtung des Mondes dramatisch und dauerhaft veränderte. Die Wissenschaftler sagen, dass der entscheidende Einschlag auch die geologische und innere Entwicklung des Mondes, der größer als Merkur ist, maßgeblich beeinflusste.
Computermodelle des Planetenforschers Naoyuki Hirata von der japanischen Universität Kobe sagen voraus, dass der Asteroid etwa 300 Kilometer breit gewesen wäre, also zwanzigmal so groß wie der verhängnisvolle Asteroid, der vor etwa 66 Millionen Jahren die Dinosaurier auslöschte.
Der Einschlagsort des Asteroiden auf dem Jupitermond Ganymed fällt fast genau mit dem am weitesten vom Jupiter entfernten Meridian zusammen. Dies bedeutete, dass Ganymed eine Neuausrichtung seiner Rotationsachse erfahren hatte, und ermöglichte es dem Planetenforscher Naoyuki Hirata von der japanischen Universität Kobe, zu berechnen, welche Art von Einschlag dies verursacht haben könnte. Naoyuki Hirata
Nur eine Kollision dieser Größenordnung wäre stark genug, um Ganymed zu destabilisieren und den gezeitengebundenen Mond dazu zu bringen, sich um seine Achse zu drehen, heißt es in einer von Hirata in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlichten Studie.
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„Dies ist ein geschickter Versuch, die Zeit zurückzudrehen und mithilfe von Computermodellen die Verteilung der Narben auf Ganymed zu erklären“, sagte Lee Fletcher, ein Planetenwissenschaftler an der Universität Leicester in Großbritannien, der nicht an der neuen Studie beteiligt war, gegenüber The Guardian.
Hirata schätzt, dass sich der nachfolgende Prozess etwa 1.000 Jahre nach dem Einschlag des Asteroiden abspielte. Der neuen Studie zufolge schlug das Weltraumobjekt wahrscheinlich in einem Winkel von 60 bis 90 Grad auf Ganymed ein und hinterließ einen Krater mit einem Durchmesser von 1.400 bis 1.600 Kilometern.
Der Jupitermond Ganymed ist auf einem großen Teil seiner Oberfläche mit Furchen bedeckt, die konzentrische Kreise um einen bestimmten Punkt (rotes Kreuz) bilden. Dies führte Forscher in den 1980er Jahren zu dem Schluss, dass sie das Ergebnis eines großen Einschlagsereignisses waren. Naoyuki Hirata
Hinweise auf Ganymeds Neuausrichtung liefert seine Oberfläche, die mit riesigen Rillen übersät ist – konzentrischen Ringen aus Vertiefungen, die vermutlich die fragmentierten Überreste schüsselförmiger Vertiefungen sind, die durch Asteroideneinschläge entstanden sind. Eine neue Analyse des größten Rillensystems Ganymeds, das den Mond knapp unterhalb seines Äquators durchzieht, legt nahe, dass ein Asteroideneinschlag den Mond so rotieren ließ, dass sein Krater nun von Jupiter abgewandt ist.
In einer kürzlichen Erklärung erklärte der Forscher, der Asteroideneinschlag hätte die ursprüngliche Oberfläche Ganymeds „vollständig ausgelöscht“, wobei der Krater bis zu 25 Prozent der Größe des Jupitermondes erreichen würde. Der Einschlag könnte die Geologie und das Innere des Mondes erheblich verändert haben. Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich dort ein verborgener Salzwasserozean befindet, der mehr Wasser enthält als alle Ozeane der Erde zusammen.
Dieses verbesserte Bild des Jupitermondes Ganymed wurde von der JunoCam-Kamera an Bord der NASA-Raumsonde Juno aufgenommen, als diese am 7. Juni 2021 während Junos 34. Vorbeiflug am Jupiter an dem Eismond vorbeiflog. NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kalleheikki Kannisto
Wissenschaftler nutzen Infrarotlicht, um den Jupitermond Ganymed, den größten Mond unseres Sonnensystems, besser zu untersuchen.
Mithilfe des Instruments Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM) an Bord von Juno, das für das menschliche Auge unsichtbares Infrarotlicht erkennt, hat das Juno-Wissenschaftsteam laut NASA eine neue Infrarotkarte von Ganymed erstellt, von der sie hoffen, dass sie ihnen dabei helfen wird, die Eiskruste des Jupitermondes und den darunter liegenden Ozean besser zu verstehen.
Ganymed. NASA-Visualisierung
„Ganymed ist größer als Merkur, aber praktisch alles, was wir auf dieser Jupitermission erforschen, hat gewaltige Ausmaße“, sagte Scott Bolton, Junos leitender Forscher am Southwest Research Institute in San Antonio, in einer NASA-Erklärung. „Die Infrarot- und anderen Daten, die Juno während des Vorbeiflugs sammelte, liefern grundlegende Hinweise zum Verständnis der Entwicklung der 79 Jupitermonde von ihrer Entstehung bis heute.“
Bei Junos jüngster Annäherung an Ganymed, die auf einen viel näheren Vorbeiflug am 7. Juni 2021 folgte, kam die Raumsonde bis auf 50.109 Kilometer an Ganymeds Oberfläche heran.
Durch den nahen Vorbeiflug konnte Junos JIRAM-Instrument erstmals die Nordpolregion Ganymeds beobachten. Das Instrument sammelte der Erklärung zufolge auch Daten zur Zusammensetzung der Materie in niedrigen und hohen Höhen auf dem Mond.
Neues Infrarotbild von Ganymed von der NASA-Raumsonde Juno. NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM
Die von Juno während dieses Vorbeiflugs gesammelten Daten ergänzen die Daten früherer Beinahe-Begegnungen sowie Beobachtungen früherer Sonden wie der NASA-Mission Voyager und der Raumsonden Galileo, New Horizons und Cassini. Durch die Beobachtung des Mondes im Infrarotlicht konnte das Team mehr über Ganymeds Zusammensetzung erfahren und so nicht nur den Mond selbst, sondern auch ähnliche Planeten besser verstehen.
„Wir haben festgestellt, dass in den hohen Breitengraden Ganymeds vor allem Wassereis mit kleinen Körnern vorkommt, was auf einen intensiven Beschuss durch geladene Teilchen zurückzuführen ist“, sagte Alessandro Mura, ein Juno-Co-Forscher vom Nationalen Institut für Astrophysik in Rom, in derselben Erklärung.
„Im Gegensatz dazu sind niedrige Breiten durch Ganymeds Magnetfeld abgeschirmt und enthalten mehr von der ursprünglichen Chemie, hauptsächlich nicht-wassereisartige Komponenten wie Salze und organische Stoffe“, fügte Mura hinzu. „Es ist entscheidend, die einzigartigen Eigenschaften dieser eisigen Regionen zu charakterisieren, um die Weltraumverwitterungsprozesse, denen die Oberfläche unterliegt, besser zu verstehen.“
Auf diesem von Juno aufgenommenen Bild umgeben dunkle Auswurfwolken den Kittu-Krater auf Ganymed. ASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS. Bildbearbeitung: Thomas Thomopoulos © CC BY
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