NASA-Wissenschaftler bestätigen Wasserdampf auf Europa

Vor 40 Jahren machte die Raumsonde Voyager die ersten Nahaufnahmen von Europa, einem von Jupiters 79 Monden. Diese Aufnahmen enthüllten bräunliche Risse, welche die eisige Oberfläche des Mondes durchfurchten. Die Missionen der letzten Jahrzehnte in das äußere Sonnensystem haben genügend zusätzliche Informationen über Europa zusammengetragen, um den Mond zu einem vorrangigen Ziel bei der Suche nach Leben zu machen.

Was diesen Mond so verlockend macht ist die Möglichkeit, dass er alle für das Leben notwendigen Zutaten besitzen könnte. Wissenschaftler haben Hinweise darauf, dass einer dieser Ingredienzien, flüssiges Wasser, unter der eisigen Oberfläche vorhanden ist und möglicherweise manchmal in riesigen Geysiren in den Weltraum ausbricht. Aber niemand konnte das Vorhandensein von Wasser in diesen Fontänen durch direkte Messung des Wassermoleküls selbst bestätigen.

Jetzt hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung vom Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, den Wasserdampf zum ersten Mal über der Oberfläche Europas nachgewiesen. Gelungen ist das mit einem der größten Teleskope der Welt, dem Keck-Teleskop auf Hawaii.

Die Bestätigung, dass Wasserdampf über Europa vorhanden ist, hilft den Wissenschaftlern, dass innere Funktionieren des Mondes besser zu verstehen. Dies unterstützt beispielsweise eine Idee, von der Wissenschaftler überzeugt sind. Und zwar das sich unter der kilometerdicken Eisschale dieses Mondes ein flüssiger Ozean befinden könnte, der möglicherweise doppelt soviel Wasser enthält wie die Ozeane der Erde. Eine andere Wasserquelle für die Fontänen, so vermuten einige Forscher, könnten flache Reservoire mit geschmolzenem Wassereis sein, die nicht weit unter der Oberfläche Europas liegen. Es ist auch möglich, dass das starke Strahlungsfeld Jupiters Wasserpartikel von der Eisschale Europas abzieht, obwohl die jüngste Untersuchung gegen diesen Mechanismus als Quelle des beobachteten Wassers spricht.

„Grundlegende chemische Elemente (Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel) sowie Energiequellen, zwei von drei Voraussetzungen für das Leben, sind überall im Sonnensystem zu finden. Die dritte Voraussetzung – flüssiges Wasser – ist jedoch jenseits der Erde schwer zu finden“, sagte Lucas Paganini, ein NASA-Planetenforscher, der die Untersuchung leitete. „Während Wissenschaftler flüssiges Wasser noch nicht direkt nachweisen konnten, haben wir das nächstbeste gefunden: Wasser in Form von Dampf.“

In einer Studie, die vor kurzem im Journal Nature Astronomy veröffentlicht wurde, berichteten Paganini und sein Team, dass sie auf Europa genügend freigesetztes Wasser nachgewiesen haben (2.360 Kilogramm pro Sekunde), um ein olympisches Schwimmbecken innerhalb von Minuten zu füllen. Die Wissenschaftler stellten jedoch fest, dass die Freisetzung von Wasser selten auftritt, zumindest in Mengen, die von der Erde aus erfasst werden können. Paganini sagte: „Für mich ist das Interessante an dieser Arbeit nicht nur der erste direkte Nachweis von Wasser über Europa, sondern auch das Fehlen davon innerhalb der Grenzen unserer Nachweismethode.“

In der Tat entdeckte Paganinis Team das schwache, aber deutliche Signal von Wasserdampf nur einmal während 17 nächtlicher Beobachtungen in den Jahren 2016 und 2017. Als sie den Jupitermond vom Keck-Observatorium aus betrachteten, sahen die Wissenschaftler Wassermoleküle auf Europas führender Hemisphäre oder auf jener Seite des Mondes, die immer in Richtung Mondbahn um Jupiter zeigt (Europa ist wie der Mond der Erde gravitativ an seinen Zentralplaneten gebunden, sodass die führende Hemisphäre immer in Richtung der Umlaufbahn zeigt, während die hintere Hemisphäre immer in die entgegengesetzte Richtung zeigt.)

Die Forscher verwendeten den Nahinfrarot-Spektrographen (NIRSPEC) des Keck-Observatoriums, der die chemische Zusammensetzung von Planetenatmosphären durch das von ihnen emittierte oder absorbierte Infrarotlicht misst. Moleküle wie Wasser senden bestimmte Frequenzen von Infrarotlicht aus, wenn sie mit der Sonnenstrahlung interagieren.

Immer mehr Hinweise für Wasser

Vor der jüngsten Entdeckung von Wasserdampf gab es viele interessante Erkenntnisse über Europa. Die erste Quelle stammt von der Raumsonde Galileo, die zwischen 1995 und 2003 den Gasriesenplaneten umkreiste und in der Nähe von Europa Störungen im Magnetfeld Jupiters maß. Die Messungen deuteten darauf hin, dass elektrisch leitende Flüssigkeit, wahrscheinlich ein salziger Ozean unter der Eisschicht Europas, die Ursache für die magnetischen Störungen sein könnte. Bei einer genaueren Analyse der magnetischen Störungen im Jahr 2018 fanden die Forscher Hinweise auf mögliche Schwaden.

Zwischenzeitlich gaben die Wissenschaftler 2013 bekannt, dass sie das Hubble-Weltraumteleskop eingesetzt hatten um die chemischen Elemente Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) – Bestandteile von Wasser (H2O) – in Konfigurationen die Geysiren gleichen, in der Atmosphäre Europas nachzuweisen. Einige Jahre später verwendeten andere Wissenschaftler das Hubble um mehr Beweise für mögliche Ausbrüche von Geysiren zu sammeln und machten Fotos von fingerförmigen Projektionen, die als Silhouette zu sehen waren, als der Mond vor Jupiter vorbeizog.

„Diese erste direkte Identifizierung von Wasserdampf auf Europa ist eine vorsichtige Bestätigung unserer ursprünglichen Entdeckung von atomaren Arten und unterstreicht die offensichtliche Seltenheit großer Geysire auf dieser eisigen Welt“, sagte Lorenz Roth, Astronom und Physiker am KTH Royal Institute of Technology in Stockholm , der die Hubble-Studie 2013 leitete und auch an der kürzlich durchgeführten Untersuchung beteiligt war.

Roths Forschung hat, zusammen mit anderen früheren Ergebnissen über Europa, nur Komponenten von Wasser über der Oberfläche gemessen. Das Problem ist, dass das Erkennen von Wasserdampf auf anderen Welten eine Herausforderung ist. Derzeitige Raumsonden verfügen nur über eingeschränkte Erkennungsmöglichkeiten und Wissenschaftler, die mit bodengestützten Teleskopen nach Wasser im Weltraum suchen, müssen den verzerrenden Effekt von Wasser in der Erdatmosphäre berücksichtigen. Um diesen Effekt zu minimieren, simulierte Paganinis Team mit Hilfe komplexer mathematischer Computermodelle die Bedingungen der Erdatmosphäre, um das atmosphärische Wasser der Erde von dem auf Europa, das in den Daten vom NIRSPEC stammt, zu unterscheiden.

„Wir haben sorgfältige Sicherheitsüberprüfungen durchgeführt, um mögliche Verunreinigungen bei bodengestützten Beobachtungen zu entfernen“, sagte Avi Mandell, ein Goddard-Planetenforscher im Team von Paganini. „Aber irgendwann müssen wir Europa näher kommen, um zu sehen was wirklich los ist.“

Die Wissenschaftler werden Europa bald so nahe kommen, dass sie ihre letzten Fragen zur Innen- und Außenbeschaffenheit dieser möglicherweise bewohnbaren Welt klären können. Die bevorstehende Europa Clipper Mission, deren Start für Mitte der 2020er Jahre vorgesehen ist, wird ein halbes Jahrhundert wissenschaftlicher Entdeckungen abrunden, die mit einem bescheidenen Foto von einer mysteriösen Welt begannen.

Bei seiner Ankunft bei Europa wird der Clipper-Orbiter eine detaillierte Untersuchung der Oberfläche, des tiefen Inneren, der dünnen Atmosphäre, des unterirdischen Ozean und der potenziell auch kleineren aktiven Entlüftungsöffnungen auf Europa durchführen. Clipper wird versuchen, Aufnahmen von Geysiren zu machen und die Moleküle, die der Orbiter in der Atmosphäre findet, mit seinen Massenspektrometern bestimmen. Er wird auch nach einer geeigneten Stelle suchen, auf der ein künftiger Europa-Lander eine Probe einsammeln könnte. Diese Bemühungen sollten helfen die Geheimnisse Europas und sein Potential für Leben zu entschlüsseln.

23. November 2019/SP
Verein Kuffner-Sternwarte