Junos Mikrowellen-Beobachtungen enthüllen 18 Meilen dicke Eiskruste von Europa

Junos Mikrowellenbeobachtungen enthüllen die 18 Meilen dicke Eiskruste von Europa

Seit Jahrzehnten debattieren Planetenforscher über die Beschaffenheit der Eishülle, die den Jupitermond Europa umgibt – eine Welt, die seit langem als einer der aussichtsreichsten Kandidaten für außerirdisches Leben in unserem Sonnensystem gilt. Das zentrale Rätsel drehte sich um die Dicke dieser Hülle: Ist sie ein dünner, zerbrechlicher Schleier oder eine gewaltige, meilenstarke Barriere? Neue Daten der NASA-Mission Juno, die in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurden, haben nun endlich eine definitive Antwort geliefert. Mithilfe des Mikrowellenradiometers (MWR) der Raumsonde haben Forscher festgestellt, dass Europas Eiskruste im Durchschnitt etwa 18 Meilen (29 Kilometer) dick ist, was eine entscheidende neue Randbedingung für Modelle der potenziellen Habitabilität des Mondes darstellt.

Die Entdeckung folgt auf einen gewagten nahen Vorbeiflug am 29. September 2022, bei dem die solarbetriebene Raumsonde Juno bis auf 220 Meilen (360 Kilometer) an die zerklüftete Oberfläche von Europa herankam. Obwohl Juno ursprünglich für die Untersuchung der tiefen Atmosphäre des Jupiters konzipiert wurde, hat sich ihr Instrumentarium als bemerkenswert vielseitig für die Erforschung der Jupitermonde erwiesen. Durch den „Blick“ unter das Eis konnte das MWR zwischen den konkurrierenden „Dünne-Hülle“- und „Dicke-Hülle“-Hypothesen unterscheiden, wobei letztere eine weitaus massivere Barriere zwischen dem gefrorenen Äußeren des Mondes und seinem verborgenen Salzwasserozean nahelegt.

Die 18-Meilen-Barriere: Kartierung der Eishülle

Die Messung von 18 Meilen repräsentiert die durchschnittliche Dicke der kalten, starren und leitfähigen äußeren Schicht von Europas Hülle. Dieser Befund beendet eine langjährige wissenschaftliche Kontroverse, bei der die Eisdicke auf einen Wert zwischen weniger als einer halben Meile und mehreren zehn Meilen geschätzt worden war. Steve Levin, Juno-Projektwissenschaftler und Co-Investigator vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA, merkte an, dass die 18-Meilen-Zahl speziell eine Zusammensetzung aus reinem Wassereis beschreibt. Die interne Struktur könnte jedoch noch komplexer sein, als eine einzelne Messung vermuten lässt.

„Falls auch eine innere, etwas wärmere Konvektionsschicht existiert, was möglich ist, wäre die gesamte Eishülle sogar noch dicker“, erklärte Levin. Umgekehrt könnte das Vorhandensein gelöster Salze im Eis – eine Möglichkeit, die von mehreren geologischen Modellen nahegelegt wird – die Schätzung verändern. Laut Levin würde ein moderater Salzgehalt die berechnete Dicke um etwa drei Meilen verringern. Ungeachtet dieser geringfügigen Schwankungen ordnen die Daten Europa fest in die Kategorie „Dicke Hülle“ ein – eine Erkenntnis, die erhebliche Auswirkungen darauf hat, wie sich Energie und Materie durch das Innere des Mondes bewegen.

Wie das Mikrowellenradiometer durch das Eis blickt

Die vom Juno-Team angewandte Methodik stellt einen bedeutenden Sprung in der planetaren Erkundung dar. Das Mikrowellenradiometer ist in der Lage, die thermische Emission aus dem Untergrund des Mondes zu detektieren. Im Gegensatz zu optischen Kameras, die nur die Oberfläche sehen, können Mikrowellen festes Eis durchdringen, wobei verschiedene Wellenlängen unterschiedliche Tiefen erreichen. Durch die Analyse dieser Signale konnte das Team ein thermisches Profil der Kruste erstellen und zwischen dem festen Eis und den wärmeren, flüssigkeitsreicheren Umgebungen unterscheiden, die möglicherweise tiefer im Inneren liegen.

Der Betrieb in der strahlungsintensiven Umgebung des Jupitersystems stellt enorme technische Hürden dar. Das MWR musste während des kurzen Zeitfensters des Vorbeiflugs intensive Hintergrundgeräusche herausfiltern, während es Daten über fast die Hälfte der Oberfläche von Europa erfasste. Dieser Prozess ermöglichte es dem Team, nicht nur die Tiefe zu messen, sondern auch „Streukörper“ innerhalb des Eises zu identifizieren. Diese Streukörper sind kleine Unregelmäßigkeiten – Risse, Poren und Hohlräume –, deren Durchmesser auf nur wenige Zentimeter geschätzt wird. Die Daten deuten darauf hin, dass sich diese Merkmale mehrere hundert Fuß unter die Oberfläche erstrecken, was einen detaillierten Blick auf die „Oberkruste“ dieser fremden Welt ermöglicht.

Implikationen für Habitabilität und Nährstofftransport

Die Bestätigung einer dicken Eishülle verschiebt die Perspektive auf die Habitabilität von Europa. Damit Leben im unterirdischen Ozean existieren kann, muss es einen Mechanismus geben, um Sauerstoff und organische Nährstoffe von der Oberfläche – wo sie durch Strahlung entstehen – nach unten ins Wasser zu transportieren. Eine 18 Meilen dicke Barriere bedeutet eine wesentlich längere und schwierigere Reise für diese essenziellen Bausteine des Lebens. Wäre das Eis dünn, könnten Oberflächenmaterialien durch Gezeitenverformung oder kleinräumige Brüche leicht in den Ozean gelangen.

Bei einer dickeren Hülle hängt der Transport von Nährstoffen wahrscheinlich von langsameren, großräumigen geologischen Prozessen wie Konvektion oder massiven tektonischen Verschiebungen ab. Die MWR-Daten bezüglich der geringen Tiefe von Rissen und Poren deuten darauf hin, dass diese Merkmale wahrscheinlich nicht als direkte „Autobahnen“ zum Ozean dienen. Stattdessen könnte die Bewohnbarkeit des Mondes von der thermischen Energie abhängen, die durch Gezeitenerwärmung erzeugt wird – das ständige Quetschen und Dehnen von Europa durch die immense Schwerkraft Jupiters –, welche den flüssigen Zustand des Ozeans aufrechterhält und potenziell die Bewegung der Eishülle über Millionen von Jahren antreibt.

Der Weg zu Europa Clipper

Junos Erkenntnisse dienen als wichtige Erkundungsmission für die nächste Phase der Jupiter-Erforschung. Die bevorstehende NASA-Mission Europa Clipper, die speziell darauf ausgelegt ist, das Potenzial des Mondes für Leben zu untersuchen, wird ein hochmodernes eisdurchdringendes Radar an Bord haben. Die durch Junos Mikrowellenradiometer etablierte Basislinie wird dem Clipper-Team helfen, seine Instrumente zu verfeinern und gezielt Regionen von Interesse ins Visier zu nehmen, in denen das Eis dünner oder geologisch aktiver sein könnte.

„Wie dick die Eishülle ist und ob es Risse oder Poren innerhalb der Eishülle gibt, ist Teil des komplexen Puzzles zum Verständnis von Europas potenzieller Habitabilität“, sagte Scott Bolton, Junos leitender Forscher vom Southwest Research Institute (SwRI). Durch die Bereitstellung der ersten direkten Messungen der Schichttiefe hat Juno Europa von einer Welt theoretischer Modelle in eine Welt messbarer physikalischer Parameter überführt. Mit Blick auf zukünftige Missionen steht die 18-Meilen-Barriere als Zeugnis für das Ausmaß der Herausforderung – und den potenziellen Lohn – bei der Suche nach Leben in den dunklen, kalten Weiten des äußeren Sonnensystems.

Zukünftige Richtungen in der Forschung an Eiswelten

Während Wissenschaftler weiterhin die Fülle an Daten aus dem Vorbeiflug von 2022 auswerten, verlagert sich der Fokus auf regionale Variationen in der Eishülle. Während der Durchschnitt von 18 Meilen nun ein Standardmaß ist, sind Forscher bestrebt festzustellen, ob die Hülle an den Polen des Mondes oder in Gebieten mit „Chaos-Terrain“, wo die Oberfläche anscheinend geschmolzen und wieder gefroren ist, deutlich dünner ist. Solche Variationen könnten die „Fenster“ bieten, die für zukünftige Lander erforderlich sind, um schließlich die darunter liegenden Gewässer zu sondieren.

Der Erfolg des MWR bei Europa öffnet auch neue Türen für die Untersuchung anderer Eismonde wie Ganymed und Kallisto. Die Technik der Mikrowellenradiometrie hat sich als robustes Werkzeug erwiesen, um in das Innere von Planeten zu blicken, und verwandelt ein Raumschiff effektiv in ein Fernerkundungs-„Röntgengerät“. Mit diesem neuen Verständnis von Europas Kruste hat die Suche nach Leben in unserem Sonnensystem einen klareren, wenn auch tieferen Weg vor sich.