Die aktivste Welt im Sonnensystem

von THOMAS BÜHRKE

Am 9. März 1979 machte die Astronomin Linda Morabito vom kalifornischen Jet Propulsion Laboratory der NASA eine aufsehenerregende Entdeckung: Auf einer der Aufnahmen, welche die Raumsonde Voyager 1 vom Jupitermond Io zur Erde gefunkt hatte, bemerkte sie eine schirmförmige Wolke. Sie stammte von einem Vulkan. Nie zuvor hatte man bis dahin außerhalb der Erde ein solches Phänomen gesehen. Die vier Monate später eintreffende Schwestersonde Voyager 2 bestätigte den Vulkanismus und konnte sogar Veränderungen feststellen, die sich zwischen den beiden Vorbeiflügen ereignet hatten.

Die Entdeckung der Vulkane sorgte für enorme Aufmerksamkeit. Tatsächlich hatten US-amerikanische Planetologen jedoch kurz zuvor dieses Phänomen vorhergesagt. Der Grund: Der Mond erfährt auf seiner elliptischen Umlaufbahn um den Riesenplaneten Jupiter enorme Gezeitenkräfte, die vieltausendmal stärker sind als die der Erde auf den Erdmond. Zusätzlich zerren auch die Nachbarmonde Europa und Ganymed mit ihrer Gravitation an Io. Dies hat zur Folge, dass ein bis zu 300 Meter hoher Gezeitenberg über Ios Oberfläche wandert. Zum Vergleich: Die Erdkruste bewegt sich lediglich um 20 bis 30 Zentimeter aufgrund des lunaren Einflusses. Der von der Erde erzeugte Tidenhub auf dem Mond lässt sich nur schwer bestimmen; er liegt im Bereich von ungefähr 10 bis 50 Zentimetern.

Die gewaltigen Gezeitenkräfte verformen aber nicht nur Ios Oberfläche, sondern kneten das Innere des Mondes förmlich durch und erhitzen es. Sie sind die Quelle des Vulkanismus. Mit über 400 aktiven Vulkanen ist Io das geologisch aktivste Objekt im Sonnensystem. Die Schlote stoßen mit Geschwindigkeiten bis zu 3.500 Kilometer pro Stunde bis zu 500 Kilometer hohe Schwefel- und Schwefeldioxidwolken aus.

Gewaltiger Ausbruch

Mit der im Oktober 1989 gestarteten Raumsonde Galileo konnte Io ab Dezember 1995 über Jahre hinweg detailliert untersucht werden. Ab 2002 gab es nur spärliche Beobachtungsmöglichkeiten. Das änderte sich erst 2016, als die NASA-Raumsonde Juno in eine polare Umlaufbahn um Jupiter eintrat. Seitdem gelangte sie immer wieder in die Nähe von Io, um den Vulkanismus detaillierter zu untersuchen. Nun bildet sie erstmals auch die Polregionen des Mondes ab.

Am 27. Dezember 2024 beobachtete Juno einen gewaltigen Vulkanausbruch. Er erstreckte sich über eine Fläche von 200 mal 400 Quadratkilometern und setzte schätzungsweise 140 bis 260 Terawatt (10¹²) frei. Das ist mehr als Ios durchschnittlicher globaler Wärmefluss und drei- bis sechsmal so viel wie der globale Wärmefluss der Erde. Es war das heftigste vulkanische Ereignis, das jemals auf Io registriert wurde. Neben dem Hauptausbruch waren zu diesem Zeitpunkt drei weitere Hotspots in dieser Region aktiv.

Bisher waren Wissenschaftler aufgrund von Beobachtungen zu dem Ergebnis gekommen, dass 50 Kilometer unter der Oberfläche ein 50 Kilometer mächtiger Magmaozean existiert. Es gibt aber kaum gesicherte Erkenntnisse, wie das im Mantel erzeugte Magma durch die Kruste aufsteigt.

Magmakammern im Untergrund

„Was dieses neue vulkanische Ereignis so bemerkenswert macht, ist die enorme Ausdehnung der betroffenen Fläche“, schrieb das internationale Team um Alessandro Muro vom Institut für Weltraumastrophysik und Planetologie in Rom in einer Anfang 2026 erschienenen Arbeit. Der Ausbruch betraf mehrere, über eine sehr großen Fläche verteilte Hotspots, während andere Vulkane in der Umgebung nicht beteiligt waren.

Die Interpretation von Muro und seinen Kollegen lautet deswegen anders: Nicht ein globaler Ozean speist die Vulkane, sondern ein Reservoir, dessen Magma sich unter diesen Vulkanen über Hunderte von Kilometern ausbreitet und sie verbindet. „Die Topologie dieser regionalen Magmasysteme ähnelt möglicherweise der eines großen Schwamms. Seine Poren stellen die riesigen Reservoirs dar, die durch eine weitgehend feste Außenhülle miteinander verbunden sind“, mutmaßen Muro und sein Team.

Gestützt wird dieses neue Bild von einer Gruppe um Ryan Park vom Jet Propulsion Laboratory. Es hatte die Bahnen der Raumsonden Galileo und Juno neu ausgewertet und war Anfang 2025 zu dem Schluss gekommen, dass unter Ios Oberfläche kein globaler Magmaozean existiert.

Die Frage, ob das neue Hotspot-Modell wirklich der Realität entspricht, könnten weitere Beobachtungen beantworten. Nach wie vor gibt Io aber Rätsel auf.

Riesige Berge und extreme Erosion

So ist die Wechselwirkung zwischen der enormen vulkanischen Aktivität und der tektonischen, also nichtvulkanischen Gebirgsbildung kaum verstanden. Es gibt weit mehr als hundert Berge, von denen einige höher sind als der Mount Everest. Der Rekordhalter Boösaule Montes erreicht 17,5 Kilometer Höhe. Nur eine Handvoll der Berge sind wohl vulkanischen Ursprungs – und lediglich ein bis zwei Kilometer hoch.

Ios Berge sind zwar wie auf der Erde auch tektonischen Ursprungs, dennoch bilden sie keine langen Gebirgsketten, sondern isolierte, längliche Massive. Allerdings gibt es auf Io keine Plattentektonik wie auf der Erde. Vielmehr werden die Prozesse von Druckspannungen am Grund der Lithosphäre ausgelöst. Heiße Lavamassen, durchsetzt mit schwefelreichen Ablagerungen, werden kontinuierlich komprimiert und treiben dadurch Krustenabsenkungsprozesse voran. Gleichzeitig kommt es durch Konvektion zu Aufwölbungen. Das ist die Ursache für die teils gewaltigen Berge.

Aus Stereobildern lässt sich schließen, dass beispielsweise der rund zehn Kilometer hohe und 240 Kilometer breite Berg Euboea Montes so entstanden ist. Hier wurde ein großer Krustenblock um rund zehn Kilometer in die Höhe getragen und um etwa sechs Grad gekippt.

Zwei Vorbeiflüge von Juno an Io 2023 und 2024 boten erstmals auch Einblicke in die Nordpolregion. Dort spielen sich dramatische Erosionsprozesse ab. Große Berge waren offenbar zusammengebrochen und bildeten nun mehrere geschichtete Ebenen aus fleckigem Bergmaterial. Krustenblöcke, die auf diesen abfallenden Oberflächen und an ihren einstürzenden Rändern liegen, erfuhren später noch weitere Veränderungen durch kontinuierliche Erosion.

„Diese neuen Bilder zeigen eine wichtige Zwischenstufe in der Entstehung und Erosion tektonischer Merkmale auf einer vulkanischen Welt“, resümiert das Team um Christina Seeger vom California Institute of Technology in Pasadena in ihrer ebenfalls Anfang 2026 erschienen Veröffentlichung. Io ist nicht nur der aktivste Körper im Sonnensystem, sondern auch einer der spannendsten – und das mehr als 400 Jahre nach seiner Entdeckung durch Galileo Galilei. ■

THOMAS BÜHRKE ist promovierter Astronom und Wissenschaftsjournalist in Schwetzingen und langjähriger BDW-Autor. Zudem leitet er viele BDW-Leserreisen.