Europa ist einer der interessantesten Monde im Sonnensystem. Er gehört neben Io, Ganymed und Kallisto zu den Galileischen Monden des Jupiters. Der Astronom Galileo Galilei gilt als Entdecker dieser Monde, die zu den größten im Sonnensystem gehören. Europa ist der kleinste der vier Monde, aber einer der interessantesten. Europas Oberfläche ist eisbedeckt, doch Wissenschaftler vermuten, dass sich darunter ein Ozean befindet. Die eisige Oberfläche macht ihn zudem zu einem der reflektierendsten Monde im Sonnensystem.
Im Jahr 2012 entdeckten Forscher mit dem Hubble-Weltraumteleskop eine mögliche Wasserfontäne aus der Südpolregion Europas. Ein anderes Team fand nach wiederholten Versuchen, die Beobachtungen zu bestätigen, 2014 und 2016 deutliche Fontänen. Die Forscher wiesen darauf hin, dass die Fontänen noch nicht vollständig bestätigt seien, vermuten aber, dass in Europas Ozean Wasser an die Oberfläche ausgestoßen wurde.
Mehrere Raumsonden sind an Europa vorbeigeflogen (darunter Pioneers 10 und 11 sowie Voyager 1 und 2 in den 1970er Jahren). Die Raumsonde Galileo führte von 1995 bis 2003 eine Langzeitmission in der Nähe des Jupiters durch.
Das Alter von Europa wird auf etwa 4,5 Milliarden Jahre geschätzt, was in etwa dem Alter von Jupiter entspricht. Im Durchschnitt ist Europa etwa 780 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt.
Europa ist der sechste Mond des Jupiters. Seine Umlaufbahn um Jupiter beträgt 670.900 km (414.000 Meilen). Europa umkreist Jupiter alle dreieinhalb Erdentage. Europa ist gezeitengebunden, d. h., die gleiche Seite ist Jupiter immer zugewandt.
Europa hat einen Durchmesser von 3.100 km (1.900 Meilen) und ist damit kleiner als der Erdmond, aber größer als Pluto. Er ist der kleinste der Galileischen Satelliten.
Die Oberflächentemperatur von Europa steigt am Äquator nie über minus 260 Grad Fahrenheit (minus 160 Grad Celsius). An den Polen des Satelliten steigt die Temperatur nie über minus 370 Grad Fahrenheit (minus 220 Grad Celsius).
Diese Bilder zeigen die hintere Hemisphäre des Jupitermondes Europa, aufgenommen von der Raumsonde Galileo aus einer Entfernung von etwa 677.000 Kilometern. Europa ist links in nahezu natürlichen Farben dargestellt, rechts in verstärkten Farben, um Details hervorzuheben. Das helle Objekt unten rechts ist der 45 Kilometer große Krater Pwyll. NSSDC-Fotogalerie
Europa hat eine ähnliche Größe wie unser Mond. Sein Durchmesser beträgt 1/4 des Erddurchmessers.
Europa besteht hauptsächlich aus Silikatgestein (chemische Formel SiO_x). Die oberste Schicht besteht noch aus Wassereis – H₂O. Auf Europa gibt es riesige Mengen an H₂O, und es gibt Hinweise darauf, dass H₂O unter der Eiskruste in flüssiger Form in einem globalen unterirdischen Ozean existiert.
Europa ist einer der aussichtsreichsten Kandidaten für die Existenz außerirdischen Lebens. Unter der Eiskruste befindet sich ein Ozean, der vermutlich einen echten Meeresboden besitzt, also an der Unterseite mit Silikatgestein in Kontakt steht.
Ein wichtiges Merkmal Europas ist seine hohe Reflektivität. Europas Eiskruste verleiht ihm eine Albedo (Lichtreflexion) von 0,64, einen der höchsten Werte aller Monde des Sonnensystems. Wissenschaftler haben berechnet, dass die Oberfläche Europas zwischen 20 und 180 Millionen Jahre alt ist, was sie recht jung macht.
Bilder und Daten der Raumsonde Galileo deuten darauf hin, dass Europa aus Silikatgestein besteht und wie die Erde einen Eisenkern und einen Gesteinsmantel besitzt. Im Gegensatz zum Erdinneren ist Europas Gesteinskern jedoch laut NASA von einer 80 bis 170 Kilometer dicken Schicht aus Wasser und/oder Eis umgeben.
Aufgrund der Schwankungen im Magnetfeld Europas, die auf das Vorhandensein einer Art Leiter hindeuten, vermuten Wissenschaftler zudem einen Ozean tief unter der Mondoberfläche. In diesem Ozean könnte es irgendeine Form von Leben geben. Die Möglichkeit außerirdischen Lebens ist einer der Gründe, warum Europa weiterhin großes Interesse weckt. Jüngste Studien haben zudem die Theorie, dass Europa bewohnbar sein könnte, neu belebt.
Europas Oberfläche ist mit Rissen übersät. Viele glauben, dass diese Risse durch die Gezeitenkräfte entstehen, die auf den Ozean unter der Oberfläche wirken. Möglicherweise steigt der Meeresspiegel unter dem Eis über den Normalwert, wenn Europa nahe an Jupiter kreist. Wenn dem so ist, wäre das ständige Steigen und Fallen des Meeresspiegels für die vielen Risse auf der Mondoberfläche verantwortlich.
Um Meerwasserproben zu gewinnen, sind möglicherweise keine Bohrungen in der Eiskruste erforderlich, wenn sich wiederholte Beobachtungen möglicher Fontänen als echte Wasserstrahlen erweisen. Obwohl Forscher 2012, 2014 und 2016 Hinweise darauf fanden, erfordern die wahre Natur der Fontänen und die Gründe für ihr sporadisches Auftreten weitere Beobachtungen.
Dieses Rohbild von Jupiters Eismond Europa wurde von der Raumsonde Juno während ihres Vorbeiflugs am 29. September 2022 aufgenommen. NASA/SWRI/MSSS
Im Jahr 2014 entdeckten Wissenschaftler, dass auf Europa möglicherweise eine Art Plattentektonik existiert. Zuvor war die Erde der einzige bekannte Körper im Sonnensystem mit einer dynamischen Kruste, die vermutlich zur Entwicklung des Lebens auf dem Planeten beigetragen hat.
Das Vorhandensein von Wasser unter Europas gefrorener Kruste macht ihn zu einem der besten Orte im Sonnensystem für die Entwicklung von Leben. Man geht davon aus, dass die eisigen Tiefen des Mondes Öffnungen in den Mantel enthalten, ähnlich den Ozeanen auf der Erde. Diese Öffnungen könnten die notwendige thermische Umgebung für die Entwicklung von Leben bieten.
Falls es Leben auf dem Mond gibt, könnte es durch Kometenfallout entstanden sein. In der Frühphase des Sonnensystems könnten eisige Körper organische Materie auf den Mond gebracht haben.
Eine Studie aus dem Jahr 2016 ergab, dass Europa zehnmal mehr Sauerstoff als Wasserstoff produziert – vergleichbar mit der Erde. Dies könnte die Ozeane dort lebensfreundlicher machen. Zudem benötigt der Mond möglicherweise keine Gezeitenwärme, um genügend Energie zu erzeugen. Stattdessen würden chemische Reaktionen ausreichen, um den Kreislauf aufrechtzuerhalten.
Forschungsgeschichte
Pioneer 10 (Vorbeiflug am Jupiter im Jahr 1973) flog zu weit an Europa vorbei, um detaillierte Bilder aufzunehmen, aber die Mission zeichnete einige Änderungen im Albedo (der Helligkeit) der Mondoberfläche auf.
Pioneer 11 (Jupiter-Vorbeiflug 1974) Die Raumsonde flog in einer Entfernung von fast 600.000 km an Europa vorbei, wodurch sie nur einige Veränderungen auf dessen Oberfläche beobachten konnte.
Voyager 1 (Jupiter-Vorbeiflug 1979) führte einen langen Vorbeiflug an Europa durch und lieferte auch Erkenntnisse darüber, wie die Schwerkraft eines Mondes im Jupitersystem die Schwerkraft anderer Monde beeinflusst. Beispielsweise war der Vulkanismus auf Io teilweise auf Ios Wechselwirkungen mit seinen Monden sowie mit dem massereichen Jupiter zurückzuführen.
Voyager 2 (Vorbeiflug am Jupitersystem im Jahr 1979). Eine der wichtigsten Entdeckungen war die Bestätigung brauner Streifen auf der Oberfläche Europas, die auf Risse in der Eisoberfläche hindeuten.
Galileo (umkreiste den Jupiter von 1995 bis 2003) machte seine berühmteste Entdeckung auf Europa und fand überzeugende Beweise für einen Ozean unter der eisigen Oberfläche des Mondes.
Die Raumsonde Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) startete am 14. April 2023 und befindet sich derzeit auf einer achtjährigen Reise in die Außenbezirke des Jupiters, wo sie voraussichtlich 2031 ankommen wird. JUICE wird nach Molekülen, beispielsweise organischen, suchen, die mit den Prozessen in Zusammenhang stehen, durch die Leben entstand. (Organische Substanzen sind im Sonnensystem häufig, aber die Moleküle selbst sind nicht immer ein Zeichen von Leben.)
Europa Clipper (Start 2024) wird Dutzende Male an Europa vorbeifliegen. Eines seiner Hauptziele ist die Suche nach Hinweisen auf sichtbare Fontänen, die Hubble-Forscher bereits mehrfach beobachtet haben.
Europa ist einer der interessantesten Monde im Sonnensystem. Stocktrek/Getty Images
Obwohl die Europa-Clipper-Mission nach JUICE startet, wird sie Jupiter vor JUICE am 11. April 2030 erreichen. Die Raumsonde wird neun wissenschaftliche Instrumente an Bord haben, darunter Kameras, ein Radar, um die Eisdecke zu untersuchen und ihre Dicke zu bestimmen, ein Magnetometer zur Messung des Magnetfelds (und damit des Salzgehalts des Ozeans) und ein Thermalinstrument zur Suche nach Anzeichen von Eruptionen. Die Vorbeiflughöhen liegen zwischen 25 und 2.700 Kilometern. Dadurch kann die Raumsonde in die strahlungsintensive Zone Europas vordringen, in der das Überleben schwierig ist. Die Fähigkeit, diese Zone zu betreten und zu verlassen, verlängert die Lebensdauer der Raumsonde und erleichtert die Datenübertragung zur Erde.
Eine der Prioritäten von Europa Clipper wird die weitere Beobachtung der von Hubble erzeugten Fontänen sein. „Sollte sich bestätigen, dass die Fontänen mit einem unterirdischen Ozean in Verbindung stehen, wird die Untersuchung ihrer Zusammensetzung den Wissenschaftlern helfen, die Chemie der potenziell bewohnbaren Umgebung Europas zu verstehen und gleichzeitig die Notwendigkeit von Bohrungen durch das Eis zu minimieren“, erklärte die NASA in einer Erklärung.
Die JUICE-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) wird Jupiter und seine drei Eismonde Europa, Kallisto und Ganymed besuchen. JUICE ist ein Ein-Personen-Orbiter ohne Landegerät, der Ganymed, den größten Mond unseres Sonnensystems, umkreisen wird. Damit ist sie die erste Sonde, die den Mond eines anderen Planeten als der Erde umkreist. Nach der Ankunft auf Europa wird die Mission organische Moleküle und andere Bestandteile untersuchen, die den Mond bewohnbar machen könnten. Die Raumsonde wird außerdem die Dicke der Erdkruste messen, insbesondere in den aktiven Regionen, die sie entdeckt.
Galileo Galilei entdeckte Europa am 8. Januar 1610.
Möglicherweise entdeckte der deutsche Astronom Simon Marius (1573–1624) zur gleichen Zeit auch den Mond. Da er seine Beobachtungen jedoch nicht veröffentlichte, wird die Entdeckung meist Galilei zugeschrieben. Europa und die drei anderen größten Monde des Jupiters werden daher oft als Galileische Monde bezeichnet. Galilei nannte diese Monde nach der Familie der Medici die Medici-Planeten.
Galilei hatte Europa möglicherweise bereits am Vortag, dem 7. Januar 1610, beobachtet. Da er jedoch ein Teleskop mit geringer Vergrößerungsleistung verwendete, konnte er Europa nicht von Io, einem anderen Jupitermond, unterscheiden. Erst später erkannte Galilei, dass es sich um zwei verschiedene Himmelskörper handelte.
Die Entdeckung hatte nicht nur astronomische, sondern auch religiöse Bedeutung. Die katholische Kirche vertrat damals die Vorstellung, dass sich alles um die Erde dreht, wie sie bereits in der Antike von Aristoteles und Ptolemäus vertreten wurde. Galileis Beobachtungen der Jupitermonde sowie die Tatsache, dass die Venus ähnliche „Phasen“ durchlief wie unser Mond, bewiesen überzeugend, dass sich nicht alles um die Erde drehte.
Mit der Entwicklung teleskopischer Beobachtungen ergab sich jedoch ein neues Bild des Universums. Monde und Planeten waren nicht mehr fest und perfekt; beispielsweise deuteten die auf dem Mond beobachteten Berge darauf hin, dass anderswo geologische Prozesse stattfanden. Darüber hinaus drehten sich alle Planeten um die Sonne. Im Laufe der Zeit wurden Monde um andere Planeten sowie um Jupiter entdeckt.
Gibt es Potenzial für Leben auf Europa? NASA-Experten antworten
Das ist eine gute Frage. Und die NASA versucht, sie mit ihrer Raumsonde Europa Clipper zu beantworten. Europa ist ein Mond des Jupiters. Er ist etwa so groß wie der Mond, aber seine Oberfläche sieht ganz anders aus. Europas Oberfläche ist mit einer Eisschicht bedeckt, und darunter, so vermuten wir, befindet sich eine Schicht aus flüssigem Wasser, die mehr Wasser enthält als alle Ozeane der Erde zusammen.
Aufgrund dieses riesigen Ozeans glauben wir, dass Europa tatsächlich einer der besten Orte im Sonnensystem ist, um nach Leben außerhalb der Erde zu suchen.
Für das Leben, wie wir es kennen, sind drei Grundvoraussetzungen erforderlich: flüssiges Wasser – alles Leben auf der Erde verwendet flüssiges Wasser als Grundlage.
Das zweite sind die richtigen chemischen Elemente. Dazu gehören Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel. Diese Elemente bilden das Leben, wie wir es auf der Erde kennen. Wir glauben, dass diese Elemente auf Europa vorhanden sind.
Die dritte Komponente ist eine Energiequelle. Während Europa den Jupiter umkreist, wirkt seine starke Schwerkraft auf ihn. Dadurch wird die Oberfläche gedehnt. Dies erzeugt eine Wärmequelle, die sogenannte Gezeitenheizung. Daher ist es möglich, dass auf dem Grund des Ozeans um Europa hydrothermale Systeme existieren, in denen reiches Leben existieren könnte.
Im Jahr 2022 flog die NASA-Raumsonde Juno nahe an Jupiters faszinierendem Mond Europa vorbei und enthüllte dabei mögliche Anzeichen moderner Aktivitäten auf seiner Oberfläche.
Die Stellar Reference Unit (SRU) der Raumsonde, eine Sternenkamera, die zur Unterstützung der Positionierung an Bord von Juno entwickelt wurde, wurde verwendet, um hochauflösende Bilder der Oberfläche Europas zu erhalten, die vom Jupiterschein oder vom von Jupiter gestreuten Sonnenlicht beleuchtet wird.
Das von SRU während des Vorbeiflugs aufgenommene Bild wird in einem Artikel diskutiert, der am 22. Dezember 2023 in der Zeitschrift JGR Planets veröffentlicht wurde. Das Bild zeigt eine ungewöhnlich geformte Eisfläche von 37 mal 67 Kilometern (23 mal 42 Meilen), die einem Schnabeltier ähnelt. Mit anderen Worten: Es hat einen „Körper“ im Norden und einen „Schnabel“ im Süden. Die beiden Regionen, die durch eine rissige Landbrücke verbunden sind, enthalten große Eisschollen von jeweils etwa einem Kilometer Größe, die Schatten werfen.
Vergleiche mit Bildern ähnlicher Auflösung, die zuvor von der NASA-Raumsonde Galileo aufgenommen wurden, die den Jupiter von 1995 bis 2003 untersuchte, zeigen Veränderungen im südlichen Teil des „Schnabeltiers“, was darauf hindeutet, dass sich Europas Oberfläche seit der Aufnahme der Galileo-Bilder verändert haben könnte.
Europa. NASA/JPL-Caltech/SETI-Institut)
Ein Autorenteam unter der Leitung von Heidi N. Becker vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA argumentiert jedoch, dass dieser Beweis aufgrund von Unterschieden in der Bildqualität und den Bedingungen nicht schlüssig sei.
Das Bild aus dem Jahr 2022 zeigt auch nahegelegene Ablagerungen mit geringer Albedo, die möglicherweise mit Grundwasser in Verbindung stehen, so die Forscher. Diese dunklen Flecken könnten mit Fontänen in Verbindung stehen, die vermutlich Wasser spucken.
Obwohl dies noch kein endgültiges Ergebnis ist, stellt Platypus ein attraktives Ziel für zukünftige Missionen wie NASAs Europa Clipper und Europas JUICE dar, um die moderne Oberflächenaktivität auf Europa zu erforschen und möglicherweise zu bestätigen. JUICE startete im April 2023 und wird Jupiter im Dezember 2031 erreichen. Europa Clipper soll am 6. Oktober dieses Jahres an Bord einer Falcon-Heavy-Rakete starten.
Unter der Eisoberfläche des Jupitermondes befinden sich möglicherweise große Mengen flüssiges Wasser.
Europa, einer der vier großen Jupitermonde, besitzt eine 20 Kilometer dicke Eiskruste, unter der Wissenschaftler vermuten, dass ein Ozean schwappt. Eine Studie aus dem Jahr 2022, die Ähnlichkeiten zwischen der Entstehung der Oberfläche des fernen Mondes und dem eisigen Grönland der Erde feststellte, legt jedoch nahe, dass wissenschaftliche Möglichkeiten viel näher an der gefrorenen Mondoberfläche liegen könnten. Kalberg und seine Kollegen veröffentlichten ihre Arbeit am 19. April 2022 in der Fachzeitschrift Nature Communications.
Europas Eiskruste ist von einem Gitter aus sogenannten Doppelrücken bedeckt – Paaren langer, paralleler, erhabener Linien mit einer dazwischenliegenden Mulde, die sich über Hunderte von Meilen oder Kilometern erstrecken. Jeder Fleck auf der Mondoberfläche ist durch kreuz und quer verlaufende Reihen dieser Doppelrücken gekennzeichnet, doch die Wissenschaftler wissen noch immer nicht genau, wie sie entstehen.
Eine aktuelle Analyse von Satellitenbildern hat jedoch ergeben, dass sich vor etwa zehn Jahren in der Eisdecke Grönlands ein auffallend ähnlicher Grat gebildet hat.
Kalberg und seine Kollegen untersuchten, was sich unter dem doppelten Grönlandrücken verbirgt. Sie vermuteten, dass die Doppelrücken – sowohl auf der Erde als auch auf Europa – durch Grundwasser entstanden sind, das durch Risse im Oberflächeneis aufsteigt und dann wieder gefriert. Sollte diese Erklärung zutreffen, deutet dies darauf hin, dass Europa nicht nur einen tiefen, verborgenen Ozean besitzt; auch der Jupitermond könnte direkt unter dem Oberflächeneis Wassertaschen aufweisen.
Künstlerische Darstellung der Wasserbecken, die die Doppelrücken auf dem Jupitermond Europa bilden. Blaine Wainwright
Kalberg, ein Geophysiker, der sich vor allem mit den Auswirkungen des Klimawandels auf das grönländische Eisschild beschäftigt, sah Bilder der Doppelrücken Europas und musste sofort an ein Merkmal denken, das er auf Bildern der Polarinsel der Erde gesehen hatte. Tatsächlich weist die Form des grönländischen Doppelrückens, wenn Wissenschaftler ihre Messungen an die Unterschiede in der Schwerkraft anpassen, eine verblüffende Ähnlichkeit mit der des Europas auf.
Das ist nützlich, denn Wissenschaftler können in Grönland etwas tun, was ihnen in Europa bisher nicht möglich war: Sie können die Eisdecke mit Radar durchdringen. Und in Grönland haben Radarscans gezeigt, dass das Wasser unterhalb des Doppelrückens steigt.
Wissenschaftler glauben, dass aufsteigendes Wasser der Schlüssel zur Bildung von Doppelrücken ist. Bildet sich im Eis eine Wasseransammlung, kann diese Druck auf die Eisoberfläche ausüben. Bei ausreichendem Druck kann das Eis brechen und Wasser in den Spalt aufsteigen. Das Wasser gefriert zwar schnell, doch der dabei entstehende Druck schneidet Doppelrücken in die Oberfläche.
Man kann kaum überschätzen, wie stark Europa aus Doppelrücken besteht. Wenn diese Erklärung zutrifft, bedeutet dies, dass Wassertaschen unter der Oberfläche während eines Großteils der Mondgeschichte Europas ein Merkmal waren. Wenn dem so ist, muss etwas sie wieder auffüllen.
In dieser Hinsicht ist Grönland ein ungewöhnlicher Vergleich, da sich der dortige Doppelrücken im letzten Jahrzehnt gebildet hat. Kalberg und seine Kollegen glauben, dass ein ungewöhnlich warmer Sommer 2012 genug Wasser geschmolzen hat, um eine unterirdische Tasche unter dem Rücken zu bilden.
Da es auf der Oberfläche Europas jedoch fast kein Schmelzwasser gibt, gehen Kalberg und seine Kollegen davon aus, dass dieses neue Wasser aus noch tieferen Schichten des Eises stammt: aus Dutzenden von Meilen oder Kilometern Entfernung, wo die Wissenschaftler einen globalen Ozean vermuten.
Die Studie zeigt, dass selbst schwächere Einschläge das Eis auf dem Jupitermond Europa so stark erhitzen und erweichen können, dass das Material in einen unterirdischen Ozean sinkt. Die Entdeckung erklärt einen neuen Transportmechanismus, der wichtige Bestandteile in den Mondozean befördern könnte.
Die Eisschale des Jupitermondes Europa ist mit Kratern übersät. Die meisten davon entstanden durch kleine Einschläge, die die Mondoberfläche zwar verbeulten, aber nicht groß genug waren, um in den darunterliegenden Ozean einzudringen. Forscher haben gezeigt, dass Einschläge, die die Eisschale auch nur halb durchdringen, genügend Schmelzwasser ansammeln, um durch das Eis in den darunterliegenden Ozean zu sickern. Die Forschungsergebnisse werden in einem am 28. November 2022 veröffentlichten Artikel in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters beschrieben.
Diese Entwässerung, die den Forschern zufolge über einen Zeitraum von 10.000 bis 100.000 Jahren stattfinden könnte, ist ein entscheidender Mechanismus für den Transport von Oxidationsmitteln – Chemikalien, die leicht Elektronen von anderen Substanzen aufnehmen und so chemische Reaktionen auslösen können – von der Mondoberfläche in seinen Ozean und erhöht so die Wahrscheinlichkeit der Bewohnbarkeit des Mondes.
Frühere Studien gingen davon aus, dass Einschläge das Eis durchdringen müssen, was das Potenzial für den Mineraltransport auf die größten Einschläge beschränkte. Die neueste Forschung erweitert diesen Bereich und zeigt, dass tatsächlich viel kleinere, nicht durchdringende Einschläge ausreichen, um dieses Ziel zu erreichen.
Die vier größten Einschlagkrater auf dem Jupitermond Europa: Pwyll, Sylix, Tyre und Manannan. NASA
„Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die notwendigen chemischen Zutaten für Leben vorhanden sind“, sagte Mark Hesse, Geologe an der University of Texas in Austin und Co-Autor der Studie, in derselben Erklärung.
Wissenschaftler vermuten schon lange, dass Kometeneinschläge wichtige Träger organischer Moleküle sein könnten, die für das Leben unerlässlich sind. Fast zwei Dutzend Krater auf der Oberfläche Europas deuten darauf hin, dass der Mond mit Sicherheit von Kometen und Asteroiden heimgesucht wurde. Darüber hinaus spaltet die Strahlung des Jupiters Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff und sorgt so für die Sauerstoffversorgung der Mondoberfläche.
Es ist jedoch noch immer unklar, wie diese wichtigen Mineralien, die auf der Mondoberfläche abgelagert wurden, in den unterirdischen Ozean des Mondes gelangen konnten.
In der neuen Studie nutzten die Forscher numerische Modelle, um die langfristige Entwicklung von Einschlagkratern zu simulieren. Sie untersuchten auch, wie Schmelzwasser und mineralreiches Wasser durch das Eis sickert. In neun Experimenten simulierten die Forscher das Durchsickern von Schmelzwasser durch Eisschalen unterschiedlicher Dicke unter Einschlagbedingungen, um besser zu verstehen, wann Material in den Ozean gelangen könnte.
Für Europa ergaben ihre Analysen, dass 40 Prozent des entstehenden Schmelzwassers in den Ozean sickern würden, wenn Einschläge auch nur die Hälfte der 16 bis 24 Kilometer dicken Oberfläche des Mondes durchschlagen würden. Zum Vergleich: Ein 0,8 Kilometer großer Komet, der nur die Hälfte der Oberfläche durchdringt, könnte so viel umgebendes Eis schmelzen, dass ein Kratersee gefüllt würde.
Die Forscher zeigen außerdem, dass eine Schmelzkammer unter Manannan, einem der größten Einschlagkrater Europas, im Laufe von 1.000 Jahren mehr als 28 Kubikkilometer Schmelzwasser von der Mondoberfläche in den Ozean freigesetzt hätte.
Die Forscher erklärten, der Mechanismus sei eine natürliche Folge von Kollisionen und gelte daher nicht nur für Europa, sondern für die meisten Eiswelten. Auch der Saturnmond Titan soll unter seiner zwischen 48 und 190 Kilometer dicken Außenhülle einen verborgenen Ozean besitzen.
Selbst mit diesen Modellen sind sich die Wissenschaftler noch nicht sicher, wie viele der an der Oberfläche vorhandenen Mineralien die Einschläge überleben werden und wie viele genau im Schmelzwasser und damit im unterirdischen Ozean landen könnten.
Dank des Magnetfelds des Jupiters wurde auf der Rückseite Europas Schwefeldioxid entdeckt.
Forscher haben Material auf der Rückseite des Jupitermondes Europa untersucht und festgestellt, dass der auf seiner Oberfläche gefundene Schwefel wahrscheinlich von Io stammt, einem großen und vulkanisch aktiven Jupitermond. Die Studie wurde am 2. Juni 2023 im Planetary Science Journal veröffentlicht.
Mithilfe des Hubble-Weltraumteleskops beobachtete ein Team unter der Leitung des Southwest Research Institute (SwRI) Europa im ultravioletten Wellenlängenbereich und schloss damit eine Lücke in den verschiedenen Wellenlängen, die zur Beobachtung der eisigen Wasserwelt verwendet werden.
Die Ergebnisse dieser Studien führten zur ersten nahezu globalen Karte von Schwefeldioxid auf Europa. Obwohl dies nicht das erste Mal ist, dass die Verbindung auf Europa nachgewiesen wurde, zeigt die Karte das Vorhandensein von festem Schwefeldioxid mit besserer Abdeckung und Auflösung als frühere Beobachtungen. Die Konzentrationen der Substanz korrelieren zudem mit dunkleren Regionen in großem Maßstab sowohl im sichtbaren als auch im ultravioletten Bereich.
Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass Schwefel wahrscheinlich aus Io, dem vulkanisch aktivsten Körper im Sonnensystem, austritt, ionisiert und vom Magnetfeld des Jupiters eingefangen wird. Anschließend wird er nach Europa transportiert, wo er mit Wasser in der Eiskruste des Mondes reagiert und Schwefeldioxid bildet.
Die auf Europa, dem viertgrößten Jupitermond (siehe unten), gemessenen Schwefeldioxidkonzentrationen stammen wahrscheinlich von Io (oben), dem ultravulkanischen Jupitermond. NASA
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass diese Verbindung in den Eingeweiden Europas vorhanden ist.
„Europas relativ junge Oberfläche besteht größtenteils aus Wassereis, obwohl auch andere Materialien auf seiner Oberfläche nachgewiesen wurden“, sagte Tracy Becker, Planetenforscherin am SwRI und Hauptautorin eines Artikels, der die Ultraviolettbeobachtungen beschreibt. „Die Feststellung, ob diese Materialien auf Europa heimisch sind, ist wichtig, um seine Entstehung und spätere Entwicklung zu verstehen.“
Höhere Konzentrationen von Schwefeldioxid, die in Europas hinterer Hemisphäre während seiner Umlaufbahn um Jupiter festgestellt wurden, lassen darauf schließen, dass der Schwefel von Io stammt.
„Der Großteil des Schwefeldioxids befindet sich in Europas hinterer Hemisphäre“, sagte Philippa Molyneux, Wissenschaftlerin am South Pacific Institute und Co-Autorin der Studie. „Wahrscheinlich konzentriert es sich dort, weil Jupiters einseitig rotierendes Magnetfeld die von Ios Vulkanen ausgestoßenen Schwefelpartikel einfängt und auf Europas Rückseite schleudert.“
SwRI plant, diese Studien mit dem Europa Ultraviolet Spectrograph fortzusetzen, der im Rahmen der Europa Clipper-Mission der NASA, die voraussichtlich 2031 im Jupitersystem eintreffen wird, den viertgrößten Mond des Jupiters beobachten wird.
Wissenschaftler sind sich fast sicher, dass sich unter Europas eisiger Oberfläche ein Salzmeer befindet, das fast doppelt so viel Wasser enthält wie alle Ozeane der Erde zusammen. Deshalb gilt der Jupitermond als einer der vielversprechendsten Orte für die Suche nach Leben jenseits der Erde.
Eine neue Salzart könnte das Rätsel um Europas Eisrisse lösen. Die Entdeckung könnte die roten Streifen auf dem Jupitermond Europa erklären, die mit keiner bekannten Substanz auf der Erde übereinstimmen.
Wissenschaftler haben zwei neue Arten harter Kristalle entdeckt, die entstehen, wenn sich Speisesalz und Wasser bei niedrigen Temperaturen und Drücken vermischen. Die Entdeckung könnte von überirdischer Bedeutung sein, da diese Salze in tiefen Rissen und Spalten auf der Oberfläche von Monden im Sonnensystem zu finden sein könnten. Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in der Ausgabe vom 20. Februar 2023 der Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.
Insbesondere könnte die Entdeckung die seltsamen roten Streifen erklären, die die Oberfläche des Jupitermondes Europa durchziehen. Die kratzähnlichen Linien haben eine chemische Zusammensetzung, die mit keiner auf der Erde gefundenen übereinstimmt, aber Wissenschaftler vermuten, dass es sich um eine gefrorene Mischung aus Salzen und Wasser handeln könnte. Die neue Entdeckung könnte endlich eine Erklärung liefern.
Die neuen Substanzen, eine Mischung aus zwei der auf der Erde am häufigsten vorkommenden Moleküle, wurden von einem Wissenschaftlerteam unter der Leitung der University of Washington entwickelt. Sie sind davon überzeugt, dass die Salze auf natürliche Weise am Grund tiefer Ozeane auf Monden wie Europa entstanden sein könnten.
„Grundlegende Entdeckungen in der Wissenschaft sind heutzutage selten“, sagte Baptiste Journoux, Hauptautor der Studie und außerordentlicher Professor am Department für Erd- und Weltraumwissenschaften der University of Washington. „Salz und Wasser sind in terrestrischen Umgebungen wohlbekannt. Aber darüber hinaus tappen wir im Dunkeln. Und jetzt haben wir diese Planetenobjekte, die wahrscheinlich bekannte Verbindungen enthalten, aber in sehr exotischen Umgebungen.“
Ein Kristall einer völlig neuen Art von Salzeis, das auf der Erde bisher unbekannt war, auf den Eismonden des Sonnensystems aber existieren könnte. Journo et al./PNAS
Wenn sich Wasser und Salze bei niedrigen Temperaturen verbinden, entsteht ein starres Gitter, das sogenannte „Hydrat“, das durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten wird. Natriumchlorid oder Kochsalz, eine einfache Struktur, in der auf zwei Wassermoleküle ein Salzmolekül kommt, war bisher das einzige bekannte Hydrat.
Diese beiden neu entdeckten Verbindungen sind ebenfalls Hydrate, unterscheiden sich jedoch deutlich von Natriumchlorid. In der einen Verbindung kommen auf 17 Wassermoleküle zwei Natriumchloridmoleküle, in der anderen ein Natriumchloridmolekül auf 13 Wassermoleküle.
Sollten diese wasserreichen Hydrate überall auf Europa gefunden werden, könnte das erklären, warum die Oberfläche dieses und anderer Jupitermonde wässriger erscheint als erwartet. „Sie weist die Struktur auf, auf die Planetologen gewartet haben“, sagte Journo.
Das Team entdeckte die neuen Hydrate, indem es eine kleine Probe Salzwasser zwischen winzige Diamanten, nicht größer als ein Sandkorn, presste. Dabei war die Flüssigkeit einem Druck ausgesetzt, der 25.000 Mal höher war als der normale atmosphärische Druck auf der Erde.
Da die Diamanten transparent waren, konnten die Forscher das Experiment unter dem Mikroskop verfolgen. Das Team stellte fest, dass eine der Hydratstrukturen nach dem Ablassen des hohen Drucks stabil blieb.
„Wir wollten messen, wie sich die Zugabe von Salz auf die Eisproduktion auswirkt, da Salz als Frostschutzmittel wirkt“, sagte Journo. „Überraschenderweise sahen wir, wie unerwartete Kristalle zu wachsen begannen, als wir den Druck erhöhten. Das war eine sehr glückliche Entdeckung.“
Während die kalten Hochdruckbedingungen, die das Team im Labor erzeugte, auf der Erde ungewöhnlich sind, kommen sie auf den Jupitermonden natürlich vor. Auf den Jupitermonden sind die Bedingungen ausreichend, um über bis zu 160 Kilometer tiefen Ozeanen fünf bis zehn Kilometer dicke Eisschichten zu bilden. Am Grund dieser Ozeane kann sich sogar noch dichteres Eis bilden.
„Druck drückt die Moleküle einfach näher zusammen, sodass sich ihre Wechselwirkungen ändern – das ist der Hauptgrund für die Vielfalt der Kristallstrukturen, die wir finden“, sagte Journo.
Das James-Webb-Weltraumteleskop hat auf Jupiters Eismond Europa erste Spuren von Kohlenstoff entdeckt. Die Entdeckung des leistungsstarken NASA-Weltraumteleskops bringt Wissenschaftler der Frage näher, ob Europas salzige Ozeane Leben beherbergen könnten.
Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat Kohlendioxid aus den salzigen Flüssigozeanen von Jupiters Eismond Europa nachgewiesen. Die Forschungsergebnisse zweier Teams wurden in zwei Artikeln in der Science-Ausgabe vom 21. September 2023 veröffentlicht.
Wissenschaftler wissen seit langem, dass sich unter der Eisschicht Europas Ozeane befinden, aber sie wussten nicht, ob diese Ozeane die richtige chemische Zusammensetzung für Leben haben. Die Entdeckung von Kohlenstoff, einem lebenswichtigen Element, in diesem unterirdischen Ozean auf einem der Jupitermonde hat daher wichtige Auswirkungen auf die potenzielle Bewohnbarkeit des Mondes und ist ein Beweis für die bahnbrechenden wissenschaftlichen Entdeckungen, die durch das James Webb Space Telescope (JWST) ermöglicht wurden.
„Auf der Erde schätzt das Leben chemische Vielfalt – je mehr Vielfalt, desto besser. Wir sind kohlenstoffbasiertes Leben. Das Verständnis der Ozeanchemie Europas wird uns helfen zu bestimmen, ob er für Leben, wie wir es kennen, lebensfeindlich ist oder ob er ein guter Ort dafür sein könnte“, sagte Geronimo Villanueva, Hauptautor der Studie und Wissenschaftler am NASA Goddard Space Flight Center. „Das deutet darauf hin, dass wir einige grundlegende Informationen über die Zusammensetzung des Ozeans gewinnen können, bevor wir durch das Eis bohren, um ein vollständiges Bild zu erhalten.“
Dieses Diagramm zeigt im ersten Bild eine Karte der Oberfläche Europas, die mit der NIRCam (Near Infrared Camera) aufgenommen wurde, und in den nächsten drei Bildern Zusammensetzungskarten, die mit Daten der Near Infrared Spectrograph Integral Field Unit (NIRSpec/IFU) erstellt wurden. In den Zusammensetzungskarten entsprechen weiße Pixel Kohlendioxid in einer großflächigen Region gestörten Chaos, der sogenannten Tara-Region (Mitte und rechts), mit zusätzlichen Konzentrationen in Teilen der Chaosregion, der Powys-Region (links). Das zweite und dritte Bild zeigen Signaturen von kristallinem Kohlendioxid, und das vierte Bild zeigt eine komplexe amorphe Form von Kohlendioxid. NASA, ESA, CSA, G. Villanueva (NASA/GSFC), S. Trumbo (Cornell Univ.), A. Pagan (STScI)
Noch interessanter ist jedoch, dass das Team mithilfe von Infrarotbeobachtungen des Nahinfrarotspektrographen (NIRSpec) des JWST feststellen konnte, dass die Kohlenstoffmoleküle nicht durch Meteoriteneinschläge oder andere externe Quellen auf Europa gelangten.
„Wir glauben nun, dass wir Beobachtungsbeweise dafür haben, dass der Kohlenstoff, den wir auf Europas Oberfläche sehen, ozeanischen Ursprungs ist. Das ist keine triviale Tatsache. Kohlenstoff ist ein biologisch wichtiges Element“, sagte Samantha Trumbo, Forscherin an der Cornell University und Hauptautorin eines zweiten Artikels, der die Entdeckung beschreibt.
Das JWST fand heraus, dass Kohlendioxid um Europa, den kleinsten der vier großen Galileischen Monde des Jupiters, in einer geologisch jungen Region namens Tara Regio am häufigsten vorkommt. In dieser als „chaotisches Terrain“ bezeichneten Region ist das Oberflächeneis gestört, was auf einen Stoffaustausch zwischen Europas eisiger Oberfläche und seinem unterirdischen Ozean hindeutet.
„Frühere Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops zeigen Hinweise auf ozeanisches Salz in der Tara-Region“, fuhr Trumbo fort. „Jetzt sehen wir, dass dort auch hohe Kohlendioxidkonzentrationen vorhanden sind. Wir vermuten, dass der Kohlenstoff ursprünglich aus einem Binnenozean stammt.“
Der Fund von Kohlendioxid auf Europa ist für Villanueva und sein Team eine bittersüße Nachricht, da sie mit dem JWST auch nach Materialfontänen suchten, die von der Oberfläche des Jupitermondes schießen und die das leistungsstarke Weltraumteleskop nicht entdeckt hatte. Die Fontänen waren bereits 2013, 2016 und 2017 entdeckt worden, und die Tatsache, dass das JWST ihre Existenz nicht bestätigen konnte, bedeutet nicht, dass sie nicht auch um Europa herum existieren.
„Es besteht immer die Möglichkeit, dass diese Jets variabel und nur zu bestimmten Zeiten sichtbar sind“, sagte Heidi Hammel, eine interdisziplinäre Wissenschaftlerin am JWST der Association of Universities for Research in Astronomy. „Was wir mit hundertprozentiger Sicherheit sagen können, ist, dass wir bei diesen Beobachtungen mit dem JWST keine Jets auf Europa entdeckt haben.“
Dennoch sind die Kohlendioxidbeobachtungen auf Europa ein Beweis für die Leistungsfähigkeit und Nützlichkeit des James-Webb-Weltraumteleskops.
„Diese Beobachtungen dauerten nur wenige Minuten im Observatorium“, fügte Hammel hinzu, der das Sonnensystem-Assurance-Programm des JWST im ersten Zyklus leitet. „Selbst in dieser kurzen Zeit konnten wir einige wirklich umfangreiche wissenschaftliche Erkenntnisse gewinnen. Diese Arbeit gibt uns einen ersten Einblick in die erstaunliche Sonnensystemforschung, die wir mit dem JWST betreiben können.“
Diese Ergebnisse haben auch wichtige Auswirkungen auf andere zukünftige Missionen. Im Oktober 2024 wird die NASA die Raumsonde Europa Clipper starten, die zum Jupitermondsystem reisen soll, um Europa detailliert zu untersuchen und festzustellen, ob seine unterirdischen Ozeane Leben beherbergen könnten.
Die von den beiden Teams am JWST erzielten Ergebnisse könnten auch dazu beitragen, Jupiter und seine Monde im Rahmen der Mission Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zu untersuchen. JUICE startete im April 2023 zu einer 7,5-jährigen Reise nach Europa und zu den großen Jupitermonden Kallisto und Ganymed, die ebenfalls von riesigen Ozeanen bedeckt sind, und soll außerdem wichtige Beobachtungen des Jupiters selbst ermöglichen.
„Dies ist ein hervorragendes erstes Ergebnis, das das JWST zur Erforschung der Jupitermonde beitragen wird“, sagte Guillaume Cruz-Mermy, Co-Autor der Studie und ESA-Forscher. „Ich freue mich darauf, durch diese und zukünftige Beobachtungen mehr über ihre Oberflächeneigenschaften zu erfahren.“
Ein langjähriges Rätsel um das Vorhandensein von Wasserstoffperoxid (H2O2) auf Jupiters eisigem Ozeanmond Europa könnte kurz vor der Lösung stehen. Eine neue Studie wurde am 21. Juli 2025 im Planetary Science Journal veröffentlicht.
Wasserstoffperoxid entsteht als Nebenprodukt, wenn energiereiche Teilchen Wassermoleküle spalten, was zur Rekombination von OH-Radikalen führt, hochreaktiven Molekülen mit ungepaarten Elektronen.
Wasserstoffperoxid (H₂O₂) wurde erstmals auf Europa vom Galileo Near-Infrared Mapping Spectrometer nachgewiesen, einem wissenschaftlichen Instrument an Bord der Galileo Jupiter-Sonde der NASA. Es wurde entwickelt, um die Zusammensetzung und Oberflächenbeschaffenheit der Monde und der Atmosphäre des Gasriesen mithilfe von Infrarotlicht zu untersuchen. Das James Webb Space Telescope (JWST) der NASA fand später erhöhte Wasserstoffperoxidwerte in unerwarteten Bereichen des Jupitermondes.
Laborstudien sagten höhere Wasserstoffperoxid-Konzentrationen in den kälteren Polarregionen Europas voraus. JWST-Beobachtungen zeigten jedoch das Gegenteil: In den wärmeren Äquatorregionen des Mondes wurden höhere Konzentrationen festgestellt. Diese als „Chaoszonen“ bezeichneten Gebiete sind durch Eisbrocken an der Oberfläche gekennzeichnet, die sich verschoben, getrieben und wieder gefroren zu haben scheinen.
„Die Verteilung von Wasserstoffperoxid in Europa folgt nicht der für reines Wassereis vorhergesagten Temperaturabhängigkeit“, schreiben die Forscher in ihrer Arbeit. Laborstudien zeigen übereinstimmend, dass kälteres Eis mehr H₂O₂ enthält, während wärmeres Eis weniger enthält.
In einer neuen Studie berichten Wissenschaftler, dass sie in den Chaoszonen erhöhte Kohlendioxidwerte (CO2) und erhöhte H2O2-Werte festgestellt haben. Dies sei wahrscheinlich auf CO2 zurückzuführen, das durch Risse im Eis aus dem unterirdischen Ozean Europas austritt, so die Forscher.
Diese Visualisierung von Europa zeigt das Temperaturfeld, das durch die Modellierung der Ozeandynamik von Jupiters Eismond erhalten wurde. Heiße Fontänen (rot) steigen vom Meeresboden auf, und kalte Flüssigkeit (blau) sinkt von der Eis-Ozean-Grenze ab. In Äquatornähe gelangt mehr Wärme in die Eisschale, was mit der Verteilung chaotischer Landschaften auf Europa übereinstimmt. C. M. Soderlund/NASA/JPL/University of Arizona
Daher fragte sich das Team, ob die Anwesenheit von CO2 die chemische Zusammensetzung des Eises verändern könnte.
„Könnte das Vorhandensein von CO2 die Peroxidbildung in Europas chaotischen Regionen verstärken und damit auf eine Oberflächenzusammensetzung hinweisen, die die Bildung dieses radiolytischen Oxidationsmittels begünstigt?“, schreiben sie in ihrem Artikel. „Diese Hypothese wird durch vorläufige Experimente mit bestrahlten H2O-CO2-Gemischen gestützt, die eine erhöhte H2O2-Produktion im Vergleich zu reinem Wassereis zeigen.“
Um eine endgültige Antwort zu finden, „simulierten sie die Bedingungen auf Europas Oberfläche in einer Vakuumkammer, indem sie Wassereis mit CO2 vermischten“, sagte Bereket Mamo, Doktorand an der University of Texas in San Antonio und Mitarbeiter am Southwest Research Institute. „Anschließend beschossen wir diese Eismischung mit energiereichen Elektronen, um zu sehen, wie sich die Peroxidproduktion veränderte.“
Das Experiment bestätigte die Vermutungen des Teams: Schon geringe Mengen CO2 im Wassereis können die Wasserstoffperoxidproduktion bei Temperaturen, die denen auf der Oberfläche Europas ähneln, deutlich erhöhen, was zur Erklärung der unerwarteten Beobachtungen des JWST beiträgt.
Dies liegt daran, dass die CO2-Moleküle als „Molekülfänger“ fungieren und alle Streuelektronen einfangen, die entstehen, wenn das Eis von Strahlung getroffen wird. Durch das Einfangen dieser Elektronen trägt das CO2 dazu bei, das Wasserstoffperoxid vor der Zerstörung durch weitere Einschläge oder Reaktionen zu schützen.
„Die Produktion von Oxidationsmitteln wie Wasserstoffperoxid auf der Oberfläche Europas ist aus astrobiologischer Sicht wichtig“, sagte der Co-Autor der Studie, Richard Cartwright vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University. „Tatsächlich ist derzeit eine ganze NASA-Mission, der Europa Clipper, auf dem Weg zum Jupitersystem, um diesen Eismond zu untersuchen und uns zu helfen, herauszufinden, ob Europa bewohnbar ist.“
„Unsere Experimente liefern Hinweise für ein besseres Verständnis der Beobachtungen von JWST Europa und dienen als Auftakt für bevorstehende Nahaufnahmen mit Europa Clipper und der Raumsonde JUICE der Europäischen Weltraumorganisation“, fügte Cartwright hinzu.
Das James-Webb-Weltraumteleskop hat entdeckt, dass unter dem Eis des Jupitermondes Europa „Chaos“ herrscht. Neue Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) der NASA zeichnen ein neues Bild des Jupitermondes Europa und enthüllen die verborgene Chemie im Inneren des Eismondes.
Jahrzehntelang haben sich Wissenschaftler Europas gefrorene Oberfläche als eine bewegungslose, stille Hülle vorgestellt. Doch neue Beobachtungen zeigen, dass es sich in Wirklichkeit um eine dynamische Welt handelt, die alles andere als in der Zeit eingefroren ist.
„Wir glauben, dass die Oberfläche in einigen Bereichen porös und warm genug ist, sodass das Eis schnell rekristallisieren kann“, sagte Richard Cartwright, Spektroskopiker am Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University und Hauptautor der neuen Studie.
Vielleicht noch spannender ist, was uns diese Oberflächenaktivität über Europas unterirdischen Ozean verrät. Das Vorhandensein geologischer Aktivitäten und der ständige Materialaustausch zwischen Untergrund und Oberfläche machen „chaotische Landschaften“ – stark gestörte Gebiete, in denen Eisbrocken abgebrochen, getrieben und wieder gefroren zu sein scheinen – zu besonders wertvollen potenziellen Fenstern ins Innere Europas.
Die Studie konzentrierte sich auf zwei Regionen in Europas südlicher Hemisphäre: die Regionen Tara und Powys. Insbesondere die Tara-Region gilt als eine der interessantesten Regionen des Mondes. Beobachtungen des JWST-Teleskops haben kristallines Eis sowohl auf der Oberfläche als auch in tieferen Schichten gefunden und stellen damit bisherige Vorstellungen über die Eisverteilung auf Europa in Frage.
Die Jupiter-Beobachtungsmission Juno der NASA hat das bisher beste Bild des mysteriösen, eisbedeckten Mondes des Gasriesen Europa aufgenommen. NASA/JPL-Caltech/SwRI
Durch die Messung der spektralen Eigenschaften dieser „chaotischen“ Regionen mithilfe von Fernerkundungsdaten können Wissenschaftler wertvolle Erkenntnisse über die chemische Zusammensetzung Europas sowie seine potenzielle Bewohnbarkeit gewinnen, erklärten sie in einem am 28. Mai 2025 im Planetary Science Journal veröffentlichten Artikel.
„Unsere Daten deuten stark darauf hin, dass das von uns beobachtete Phänomen einen inneren Ursprung hat, möglicherweise in einem unterirdischen Ozean, der sich fast 30 Kilometer unter Europas dicker Eishülle befindet“, sagte Ujjwal Raut, Programmdirektor am Southwest Research Institute und Co-Autor der Studie.
Rout und sein Team führten Laborexperimente durch, um zu untersuchen, wie Wasser auf Europa gefriert, dessen Oberfläche ständig von geladenen Teilchen aus dem Weltraum bombardiert wird. Anders als auf der Erde, wo Eis von Natur aus eine hexagonale Kristallstruktur bildet, zerstört die intensive Strahlung auf Europa die Struktur des Eises und verwandelt es in sogenanntes amorphes Eis – eine ungeordnete, nicht-kristalline Form.
Die Experimente trugen maßgeblich dazu bei, die Veränderungen des Eises im Laufe der Zeit aufzuzeigen. Durch die Untersuchung des Zustandswechsels des Eises können Wissenschaftler mehr über die Dynamik der Mondoberfläche erfahren. Zusammen mit den neuen JWST-Daten ergänzen diese Ergebnisse die wachsende Zahl von Beweisen dafür, dass Europa unter seiner Eishülle einen riesigen, verborgenen flüssigen Ozean beherbergt.
„In derselben Region […] sehen wir viele andere ungewöhnliche Dinge, darunter starke Hinweise auf Natriumchlorid, ähnlich wie Speisesalz, wahrscheinlich aus dem inneren Ozean“, sagte Cartwright. „Wir sehen auf Europa auch einige der stärksten Hinweise auf CO₂ und Wasserstoffperoxid. Die Chemie hier ist wirklich seltsam und faszinierend.“
Simulierte Ansicht von der Oberfläche Europas, einem der vier Galileischen Monde des Jupiter. NASA
Diese Regionen, die durch gebrochene Oberflächenstrukturen gekennzeichnet sind, könnten auf geologische Aktivitäten hinweisen, die Material unter der Eisdecke Europas hervordrücken.
Das NIRSpec-Instrument des JWST eignet sich besonders gut für die Untersuchung der Oberfläche Europas, da es wichtige chemische Signaturen über einen breiten Infrarotwellenlängenbereich hinweg erkennen kann. Dazu gehören Merkmale, die mit kristallinem Wassereis und einer speziellen Form von Kohlendioxid namens ³CO₂ in Zusammenhang stehen und für das Verständnis der geologischen und chemischen Prozesse des Mondes wichtig sind.
NIRSpec kann all diese Eigenschaften gleichzeitig messen und detaillierte Karten der Verteilung dieser Materialien auf der Oberfläche Europas erstellen. Seine hohe Empfindlichkeit und die Fähigkeit, sowohl spektrale als auch räumliche Daten zu erfassen, machen es zu einem idealen Werkzeug zur Erforschung der Eiskruste Europas.
Das Team stellte in diesen Gebieten höhere Kohlendioxidwerte fest als in benachbarten Gebieten. Daraus schloss es, dass das Kohlendioxid wahrscheinlich eher aus der Erde stammte als aus externen Quellen wie Meteoriten, was zu einer gleichmäßigeren Verteilung geführt hätte.
Siehe auch... Neue Methode zur Beobachtung einzelner Atome bestätigt jahrhundertealte quantenmechanische Theorie |
Darüber hinaus ist das Kohlendioxid in der intensiven Strahlungsumgebung Europas instabil, was darauf schließen lässt, dass diese Ablagerungen erst vor relativ kurzer Zeit entstanden sind und mit laufenden geologischen Prozessen zusammenhängen. „Es gibt immer mehr Hinweise auf einen flüssigen Ozean unter Europas Eispanzer, was diese Studie umso spannender macht, je mehr wir lernen“, sagte Routt.
Eine weitere faszinierende Entdeckung war das Vorhandensein von Kohlenstoff-13, einem Kohlenstoffisotop. „Woher kommt dieses 13CO2? Es ist schwer zu erklären, aber jeder Weg führt zu einer inneren Quelle, was mit anderen Hypothesen über den Ursprung des in der Tara-Region gefundenen 12CO2 übereinstimmt“, sagte Cartwright.
Die Studie erscheint zu einem Zeitpunkt, da die NASA-Mission Europa Clipper auf dem Weg zum Jupitermond ist und voraussichtlich im April 2030 dort ankommen wird. Die Raumsonde wird Dutzende von Vorbeiflügen absolvieren und dabei jeweils näher an die Oberfläche Europas herankommen, um wichtige Daten über den Ozean zu sammeln, der unter der Eiskruste des Mondes verborgen liegt.
Regionen des „Chaos“ auf dem Jupitermond Europa könnten Hinweise auf die mögliche Existenz von Leben im Ozean unter der Eiskruste des Mondes enthalten.
Eine andere Interpretation einer alten Theorie untermauert die Annahme, dass Europas unterirdischer Ozean reich an Sauerstoff sein könnte, der aus der Eishülle des Jupitermondes austrat, als dieser seine zerklüftete Oberfläche bildete. Darüber hinaus könnte der Sauerstoffgehalt in Europas unterirdischen Ozeanen so hoch sein wie auf der Erde, was die Annahme stützt, dass der Eismond bewohnbar sein könnte, so eine neue Studie. Die Studie wurde am 10. Februar 2022 online in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
„Dies bietet eine Lösung für eines der hartnäckigsten Probleme im Zusammenhang mit der Bewohnbarkeit des unterirdischen Ozeans Europas“, sagte der leitende Forscher Mark Hesse, Professor am Department für Geologie der University of Texas in Austin.
Da wir bereits wissen, dass es auf Europas Oberfläche Sauerstoff gibt, konzentriert sich die neue Studie darauf, wie viel Sauerstoff sich im Ozean befindet, der unter der 15 Kilometer dicken Eiskruste des Mondes verborgen ist. Die Eiskruste besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff. Die Strahlung des nahegelegenen Jupiters reagiert mit dem Eis und bildet freien Sauerstoff und andere Verbindungen mit Oxidationsmitteln (wie Wasserstoffperoxid).
Eine künstlerische Darstellung zeigt, wie sich flüssiges Wasser unter der Oberfläche des „Chaos Terran“ auf dem Jupitermond Europa ansammeln kann. NASA/JPL-Caltech
Eine neue Studie, die auf physikalischen Computermodellen der Oberfläche Europas basiert, hat ergeben, dass das teilweise Schmelzen der Eisdecke des Mondes eine matschige Substanz namens Sole erzeugt. Die Kraft dieses Matsches, der durch das Eis sickert, erzeugt eine „Porositätswelle“ im Eis, die die Poren vorübergehend erweitert. Diese Ausdehnung schafft einen Weg für sauerstoffreiche Sole, von der Oberfläche in den Ozean zu fließen.
Die University of Texas erklärte in einer Erklärung, dass der Transport durch Salzwasser „ein effizienter Weg zu sein scheint, um Sauerstoff durch das Eis zu transportieren, wobei 86 Prozent des an der Oberfläche absorbierten Sauerstoffs von der Welle bis in den Ozean getragen werden.“
Die Geschwindigkeit der Lieferung scheint mit kurzen Momenten in der geologischen Geschichte Europas zu korrelieren, in denen sich sogenannte Chaosregionen bildeten. Auf dem Eismond gibt es fünf bekannte „Chaosregionen“. Wissenschaftler glauben, dass sie in wärmeren Perioden entstanden, als sich schmelzende Eisbrocken über die Oberfläche bewegten und dann wieder eingeschlossen wurden, als frisches Eis um sie herum gefror.
Es ist jedoch noch nicht klar, wie viel Sauerstoff in den Ozean gelangt. Das Modell deutet darauf hin, dass im Laufe der Zeit ein „großes Spektrum an Sauerstoffkonzentrationen“ in den Ozean Europas gelangt, mit einer Spanne von 10.000 Mal.
Das chaotische Terrain Europas, fotografiert vom Galileo-Orbiter. NASA/JPL-Caltech/SETI Institute
Allerdings zeigten nur die höchsten Schätzungen, dass der Sauerstoffgehalt in Europas Ozeanen mit dem auf der Erde vergleichbar sei, fügte Co-Autor und Forscher Stephen Vance vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in einer Erklärung hinzu.
Sollten jedoch tatsächlich die höchsten Sauerstoffwerte beobachtet werden, so Vance, „ist es verlockend, sich eine Art aerober Organismus direkt unter dem Eis vorzustellen“, sagte er. („Aerob“ bezeichnet Organismen, die unter sauerstoffreichen Bedingungen gedeihen.)
Unabhängige Studien mit dem Hubble-Weltraumteleskop haben gezeigt, dass aus den Fontänen Wasserdampf aufsteigt. Dies verstärkt die Besorgnis über die Aussichten auf Bewohnbarkeit des Planeten, da in den 2030er Jahren neue Missionen wie der Europa Clipper der NASA den Planeten besuchen sollen.
Zu den Instrumenten von Europa Clipper gehört eine Radarsonde der University of Texas in Austin, die nach Komponenten sucht, die für das Leben auf Europa entscheidend sein könnten. Die Forschung umfasst die Sondierung des Ozeans, die Messung der Eisdicke sowie die Bewertung seiner Struktur und Oberflächeneigenschaften, heißt es auf der NASA-Website.
Vance merkte an, dass Clipper zwar eine Orbitalmission sei, die Raumsonde aber möglicherweise in der Lage sei, die Schätzungen des Sauerstoffgehalts des Mondes zu verfeinern. Um die Durchführbarkeit des Salztransports genauer beurteilen zu können, sei jedoch möglicherweise eine Landung erforderlich.
Ein Bild der NASA-Raumsonde Juno aus dem Jahr 2021, das den Jupiter umkreist, zeigt eine bisher unbekannte Region des Eismondes, die offenbar Wasserdampf aus Fontänen produziert und in der möglicherweise bewohnbare Meeresbedingungen herrschen.
Das Bild wurde aus einer Entfernung von fast 80.000 Kilometern aufgenommen, während Juno auf seiner Hauptmission war, die Atmosphäre des Jupiters zu untersuchen. Die Auflösung ist natürlich recht grob, da die einzelnen Pixel jeweils etwa 50 bis 60 Kilometer entfernt sind. Dennoch sind Schwankungen im Albedo-Effekt (Reflexionsvermögen) dieses ansonsten sehr hellen Mondes erkennbar.
Europa ist ein beliebter Ort und wurde bereits oft von Raumfahrzeugen fotografiert. Die ersten Nahaufnahmen wurden in den 1970er Jahren von den NASA-Raumsonden Pioneer und Voyager aufgenommen und zeigten eine von Rissen durchzogene Eisoberfläche. Noch detailliertere Bilder wurden während der Galileo-Mission aufgenommen, die von 1995 bis 2003 den Jupiter und seine Monde umkreiste.
Die Raumsonde Juno hat Europas Nordpol erstmals aus der Ferne fotografiert. NASA-Vertreter erklärten, es sei das erste Mal gewesen, dass sie die Region gesehen hätten. Zukünftige Vorbeiflüge werden schärfere Bilder liefern. NASA/SwRI/MSSS/Andrea Luck
Viele Raumsonden sind auf ihrem Weg zu anderen Zielen an Europa vorbeigeflogen, und das Hubble-Weltraumteleskop und andere Teleskope in der Nähe der Erde oder auf der Erde werfen gelegentlich einen Blick auf den Mond. Die Einschränkung dieser verschiedenen Ansichten besteht jedoch darin, dass sie sich alle auf oder in der Nähe der Ekliptik befanden, der Ebene, in der die Sonne, die Planeten des Sonnensystems und viele ihrer Monde kreisen.
Juno hingegen hat eine polarere Umlaufbahn, die bereits einzigartige Bilder des Jupiters lieferte, beispielsweise vom Ausmaß und der Stabilität seiner polaren Wirbelstürme. Das Europa-Bild wurde von der Amateurwissenschaftlerin Andrea Luck mithilfe von Daten der JunoCam erstellt.
Auf der Pressekonferenz wurde nicht über mögliche wissenschaftliche Forschungen an den Polen Europas gesprochen, doch in früheren, von Experten begutachteten Studien wurde über vorübergehenden Wasserdampf am Südpol oder Versuche einer geologischen Kartierung möglichst nah an den Polen diskutiert.
Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA entdeckte 2021 auch Wasserdampf auf dem ozeanischen Jupitermond Europa, was neue Hinweise auf Eismonde in unserem Sonnensystem und darüber hinaus liefern könnte.
Hubble hat bereits zuvor Wasserdampf auf Europa entdeckt – sichtbare Fontänen, die sporadisch auftreten und sich zeitweise etwa 200 Kilometer weit in den Weltraum erstrecken. Die Eishülle des Mondes bedeckt einen riesigen, verborgenen Ozean aus flüssigem Wasser. Doch diese neue Entdeckung ist etwas völlig anderes.
Lorenz Roth, ein Forscher am KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, Schweden, analysierte archivierte Ultraviolettbeobachtungen von Europa, die das Hubble-Weltraumteleskop mit seinem Space Telescope Imaging Spectrograph-Instrument in den Jahren 1999, 2012, 2014 und 2015 gemacht hatte.
Die Analyse ergab das Vorhandensein erheblicher Mengen Wasserdampf in Europas hinterer Hemisphäre – derjenigen, die der Umlaufbahn des Mondes um Jupiter abgewandt ist. Dieser Wasserdampf blieb im Gegensatz zu kurzlebigen Jets über lange Zeiträume bestehen, berichtete Roth in einer im September 2021 in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlichten Studie.
Vor kurzem nutzten Roth und seine Kollegen eine ähnliche Technologie, um Wasserdampf auf Ganymed, einem Mond des Jupiters, dem größten Mond im Sonnensystem, zu entdecken.
„Die Beobachtung von Wasserdampf auf Ganymed und der Rückseite Europas erweitert unser Verständnis der Atmosphären von Eismonden“, sagte Roth. „Allerdings ist der Nachweis eines stabilen Wassergehalts auf Europa etwas überraschender als auf Ganymed, da Europas Oberflächentemperatur niedriger ist als die von Ganymed.“
Europa reflektiert das Sonnenlicht effizienter als Ganymed und ist daher rund 33 Grad Celsius kühler als der größere Mond, so NASA-Beamte. Die Höchsttemperatur Europas liegt bei etwa minus 160 Grad Celsius, doch Europa scheint erhebliche Mengen Eis zu sublimieren, das sich in Dampf verwandelt und ins All entweicht.
Das Rätsel wird noch dadurch verstärkt, dass sich dieser Wasserdampf in der hinteren Hemisphäre Europas konzentriert. NASA-Beamte sagen, der Grund dafür sei noch unklar.
Turbulente, wirbelnde Strömungen im unterirdischen Meer Europas könnten die Rotation und Geologie der Eiskruste des Mondes beeinflussen. Wissenschaftler vermuten, dass ein riesiger, brodelnder Ozean im Inneren des Jupitermondes Europa die Rotation seiner Eiskruste beeinflussen könnte.
Neue Supercomputer-Simulationen zeigen, dass das Wasser des inneren Ozeans der Erde möglicherweise Druck auf die Kruste Europas ausübt – möglicherweise so stark, dass die Geschwindigkeit, mit der sich die Eishülle des Mondes im Laufe der Zeit dreht, beeinflusst wird.
Es ist bereits bekannt, dass Europas eisige Außenkruste wahrscheinlich frei schwebt und sich mit einer anderen Geschwindigkeit dreht als der Ozean und der felsige Kern des Mondes darunter. Das neue Modell legt jedoch erstmals nahe, dass Europas Meeresströmungen eine Rolle bei der Rotationsgeschwindigkeit der gefrorenen Außenschicht des Mondes spielen.
„Durch Laborexperimente und Modellierungen war bereits bekannt, dass die Erwärmung und Abkühlung des Ozeans auf Europa Strömungen antreiben kann. Unsere Ergebnisse enthüllen nun eine Verbindung zwischen dem Ozean und der Rotation der Eisschale, die bisher nie in Betracht gezogen wurde“, sagte Hamish Hay, Forscher an der Universität Oxford in England und Hauptautor der neuen Studie, die 2023 in der Zeitschrift JGR: Planets veröffentlicht wurde.
Ein Großteil der Forschung und Diskussion über die Auswirkungen auf Europas Kruste konzentrierte sich auf die enorme nach außen gerichtete Kraft des Gravitationsfeldes des Jupiters. Die neue Studie untersucht, wie radioaktiver Zerfall und Gezeitenerwärmung im Inneren Europas sowie seine allgemeine Rotation Strömungen antreiben und turbulenten Widerstand innerhalb der Eishülle erzeugen könnten.
„Es war eine völlige Überraschung für mich, dass das, was in der Meeresströmung passierte, die Eisdecke so stark beeinflussen konnte. Es war eine riesige Überraschung“, sagte der Co-Autor der Studie, Robert Pappalardo vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien.
Das Modell legt außerdem nahe, dass die Meeresströmungen Europas für einen Teil der Geologie verantwortlich sein könnten, die auf der gefrorenen Oberfläche des Mondes zu sehen ist, die von Linien und Rissen durchzogen ist.
Atemberaubende Porträts von Jupiters mysteriösem Eismond Europa, die von der Juno-Mission der NASA während ihres nahen Vorbeiflugs im Oktober 2022 aufgenommen wurden, zeigen den Mond, der möglicherweise außerirdisches Leben beherbergt, in unerwarteten Farben.
Die neuen Bilder wurden von Junos JunoCam-Kamera aufgenommen, als die Sonde am 29. September an Europa vorbeiflog, und anschließend an begeisterte Bildbearbeiter gesendet, die ihnen eine fast künstlerische Bearbeitung verpassten.
Neu veröffentlichte Bilder enthüllen bisher unerforschte Oberflächenstrukturen, die Aufschluss darüber geben könnten, was in dem potenziell bewohnbaren Ozean unter Europas dicker Eiskruste vor sich geht. Zu den Bildern, die innerhalb weniger Minuten aufgenommen wurden, gehört auch ein Satellitenbild, das von JunoCam aus 1.500 Kilometern Höhe über Europas Oberfläche aufgenommen wurde. Das Bild zeigt eine Region namens Annwn Regio, die für das bekannt ist, was Wissenschaftler als chaotisches Terrain bezeichnen – ein Labyrinth aus Graten, Rillen und Rissen, die die Eisoberfläche durchziehen.
Ein Bild des Jupitermondes Europa, aufgenommen von der NASA-Mission Juno während ihres nahen Vorbeiflugs am 29. September. Die Raumsonde befand sich zum Zeitpunkt der Aufnahme 1.500 Kilometer über der Mondoberfläche. NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS. Bildbearbeitung durch Björn Jönsson. CC BY-NC-SA 2.0
Das von Björn Jónsson bearbeitete Bild bildet die Oberfläche mit einer Auflösung von etwa einem Kilometer pro Pixel ab und zeigt zahlreiche helle und dunkle Vertiefungen sowie bisher unbekannte Einbuchtungen. Der Callanish-Krater, den die NASA-Sonde Galileo Ende der 1990er und Anfang der 2000er Jahre untersuchte, ist unten rechts als kreisförmiger dunkler Fleck zu sehen.
Zwei Bilder zeigen denselben Bereich der Oberfläche Europas und vergleichen unterschiedliche Bearbeitungsmethoden: eines mit minimaler Bearbeitung, eines mit verstärktem Farbkontrast, der Oberflächenmerkmale hervorhebt. Das stärker bearbeitete Bild zeigt die Schatten, die die vielen Narben werfen.
Schließlich verleiht das stark stilisierte Bild von Fernando Garcia Navarro dem eher einfachen weißen und bräunlichen Mond ein extravagantes, psychedelisches Aussehen.
Vergleich von minimal und stark bearbeiteten Bildern desselben Bereichs der Oberfläche Europas. NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS. Bildbearbeitung: Navaneet Krishnan S.
„Die mit Juno arbeitenden Bürgerwissenschaftler sind Teil einer globalen Gemeinschaftsarbeit, die neue Perspektiven eröffnet und neue Ideen hervorbringt“, sagte Candy Hansen, Co-Leiterin der JunoCam am Planetary Science Institute in Arizona. „Oftmals ignorieren Bürgerwissenschaftler die potenziellen wissenschaftlichen Anwendungen eines Bildes völlig und konzentrieren sich darauf, wie Juno ihre Fantasie oder ihren künstlerischen Geschmack inspiriert. Wir begrüßen ihre Kreativität.“
Im Oktober 2022 flog Juno 412 Kilometer über Europas gefrorener Oberfläche und näherte sich dem Mond so stark wie kein anderes Raumfahrzeug seit Galileos Vorbeiflug im Jahr 2000. Mit einer Geschwindigkeit von 24 Kilometern pro Sekunde schoss Juno das bisher detaillierteste Bild von Europa. Das Manöver diente nicht nur der Beobachtung; es passte auch die Flugbahn der Sonde um Jupiter an und verkürzte so die Zeit, die sie für eine Umrundung des Gasriesen benötigt, von 43 auf 38 Tage, so die NASA in einer Erklärung.
Das Bild, das eine Fläche von 150 Kilometern Länge und 200 Kilometern Breite abdeckt, zeigt in der unteren Bildhälfte außerdem eine seltsame, viertelnotenförmige Vertiefung, die sich 67 Kilometer von Nord nach Süd und 37 Kilometer von Ost nach West erstreckt. Winzige weiße Punkte, die über das Bild verstreut sind, seien „hochenergetische Partikeleindringungen durch die intensive Strahlung rund um den Mond“, so die Wissenschaftler.
Europa. NASA
Juno nahm das Bild mit seiner Stellar Reference Unit (SRU)-Kamera auf, die Juno normalerweise dabei hilft, seine Orientierung beizubehalten, indem sie die Position der Raumsonde im Verhältnis zu den Sternen im umgebenden Weltraum bestimmt. Während des Vorbeiflugs diente die SRU jedoch auch als wissenschaftliches Instrument und nahm das beeindruckende Schwarzweißbild auf.
Das Bild zeigt die Oberfläche Europas mit einer Auflösung von 256 bis 340 Metern pro Pixel. Bemerkenswerterweise nahm SRU das Bild nachts auf, als das einzige Licht, das den Mond erhellte, von den Wolkendecken des Jupiters reflektiert wurde.
SRU hat seinen Wert bei der Bildgebung bei schwachem Licht bereits unter Beweis gestellt, als es Bilder der schwachen Ringe des Jupiters aufnahm und Oberflächenblitze in der Atmosphäre des Jupiters entdeckte.
Oberfläche von Europa. NASA
Siehe auch... Vollständige Liste der HTML/Javascript-Ereignishandler mit Beispielen Liste der erforderlichen Dokumente für eine Website in der Russischen Föderation |
