Wenn Sandra Bullok über dem Hubble-Teleskop schwebt, zittern auch die Zuschauer. Im Kinofilm „Gravity” aus dem Jahr 2013 absolviert sie als Astronautin Ryan Stone ihren ersten Weltraumflug – und das Unheil, das ihre Crew heimsuchen wird, lässt sich bereits ahnen. Mit den heranrasenden Trümmern eines explodierten Satelliten bricht dann das Chaos aus: Hubble und Raumfähre werden zerstört, Stone muss um ihr Leben kämpfen.
Das echte Hubble-Teleskop ist dagegen immer noch intakt, jedoch nur, weil mehrfach eine Raumfähre Ersatzteile brachte – ganz so wie in „Gravity”. Die letzte Reparatur und Erneuerung geschah 2009 (bild der wissenschaft 6/2009, „Aufrüstung im All”). Nun glänzt das damals instand gesetzte Spektrometer mit einer spektakulären Entdeckung: Der Jupitermond Europa spuckt Wasserdampf ins All.
Europa ist kaum kleiner als unser Mond, seine Oberfläche entspricht etwa der Landfläche Afrikas (siehe Kasten auf Seite 56, „Das Traumziel der Astrobiologen”). Doch der Trabant sieht völlig anders aus als der Erdmond. Seit 1996 die Galileo-Sonde immer wieder an ihm vorbeiflog, sind die Planetologen fasziniert von seiner bizarren Oberfläche: Die Satellitenbilder erinnern an die überfrorenen Ozeane der irdischen Polargebiete. Europas Landschaften sind nach geologischen Maßstäben jung. Krater gibt es dort kaum – im Gegensatz zu Ganymed und Kallisto, Jupiters zerfurchten äußeren Großmonden. Und die Forscher wissen inzwischen: Unter der eisigen Kruste verbirgt sich ein salziges Riesenmeer.
Leben in der Tiefe?
Ein internationales Forscherteam konnte die Fontänen aus Wasserdampf am Südpol des Trabanten anhand ihrer Ultraviolettstrahlung mit Hubbles STIS-Instrument (Space Telescope Imaging Spectrograph) aufspüren. Verglichen mit irdischen Geysiren sind sie riesig: Sie reichen etwa 200 Kilometer hoch. Stehen sie mit dem geheimnisvollen Tiefenmeer in Verbindung? Und können sie vielleicht verraten, ob sich in der Tiefe des Mondes lebendige Kreaturen tummeln?
„Flüssiges Wasser wird generell als Grundvoraussetzung für Leben angesehen – zumindest für Leben, wie man es auf der Erde kennt”, sagt Lorenz Roth vom Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, der die Studie leitete. Der eisige Mond ist ins Zentrum der extraterrestrischen Forschung gerückt. Tatsache ist: Die Fontänen katapultieren Material vom Untergrund und der Oberfläche Europas ins All, was eine wissenschaftliche Analyse ermöglicht. Wie das geht, exerziert seit mehreren Jahren die Sonde Cassini am Saturn, dessen Mond Enceladus ebenfalls geologisch aktiv ist (bild der wissenschaft 4/2012, „Der spuckende Saturnmond”).
„Der meiste Wasserdampf gefriert schnell und die Eispartikel schneien auf die Oberfläche nieder”, sagt Joachim Saur von der Universität Köln. Sein Forscherteam berichtete im Dezember im Fachjournal Science über den aufregenden Fund. Demnach schießen auch erhebliche Dampfmengen bis in große Höhe.
Die Dampfaktivität verändert sich stark: Laut Saur waren die Fontänen nur dann zu beobachten, wenn der Mond sich an der Stelle seines elliptischen Orbits befand, wo die Distanz zu Jupiter am größten ist. Der schwankende Abstand bewirkt periodische Gezeiten. Durch die Gezeitenkräfte reißen tiefe Spalten in der Eisoberfläche des Trabanten auf. Hier kann der Wasserdampf entweichen (siehe Illustration oben).
Eine charakteristische Landschaftsform des aktiven Mondes kennen die Planetenforscher, seit die Sonden Voyager und Galileo im letzten Jahrhundert Europa besuchten: die Chaotischen Terrains. Dort haben einst starke Kräfte das Oberflächeneis verformt, bis es schließlich in einzelne Eisblöcke zerbrach. Das Gefüge, das die Blöcke heute bilden, lässt erahnen, dass sie einst von einer Flüssigkeit „mobilisiert” worden sind – wahrscheinlich von Wasser. Solche bizarren Landschaften sind zum Teil nur wenige Quadratkilometer groß, manchmal aber auch mehrere Hundert Kilometer lang. Ein typisches Beispiel ist Conamara Chaos (siehe Abbildung auf Seite 55). Besonders häufig gibt es solche Chaos-Zonen nahe am Äquator. Eine mögliche Erklärung sind laut Wissenschaftlern der Universität von Texas und des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung Strömungen im Ozean unter dem Eis.
Die Forscher fanden durch Computersimulationen heraus, dass in Äquatornähe relativ warmes Wasser aus dem Mondinneren aufsteigt. Ihre Rechnungen entschlüsselten das Strömungsmuster im Ozean: „ Die Strömungen in Europas Ozean werden durch Temperaturunterschiede angetrieben”, erklärt Max-Planck-Forscher Johannes Wicht. Wärmeres, also leichteres Wasser steigt auf, kälteres Wasser sinkt ab. Eine solche Konvektion kann man auch in einem Topf mit erhitztem Wasser beobachten. „Unsere Simulationen zeigen, dass die Konvektion in der Äquatorregion stärker ist als an den Polen. Das Wasser ist demnach in niedrigen Breiten wärmer, und die Eisdecke wird dort effektiver erwärmt”, fasst Wicht die Resultate zusammen, die kürzlich im Fachmagazin Nature Geoscience veröffentlicht wurden.
Bei ihren Rechnungen berücksichtigten die Forscher, dass zwei Effekte die Art der Strömungen bestimmen: Erstens steigt wärmeres Wasser aus dem Mondinneren auf, zweitens lenkt die Corioliskraft diese Strömung ab – eine Folge der Rotation des Mondes. „Wie das Wasser fließt, ergibt sich aus dem Zusammenspiel beider Einflüsse” , sagt Wicht.
Die Corioliskraft scheint sich dabei schwächer auszuwirken, als frühere Analysen vermuten ließen. Neben den vertikalen Strömungen fanden die Forscher auch ausgeprägte Wasserbewegungen, die in West- beziehungsweise Ostrichtung fast parallel zur Eisdecke verlaufen: Am Äquator fließt das Wasser nach Westen, in den Polarregionen nach Osten. Diese „verlässlichen” Strömungen vergleicht Wicht mit scheinbar beständigen Wasserbewegungen auf der Erde wie dem Golfstrom.
Aktuelle Analysen wurden in der Juli-Ausgabe des Fachjournals Icarus veröffentlicht. Dabei ging Stephanie Johnston der Frage nach, ob oberhalb des Ozeans, nahe der Oberfläche des Mondes, weitere Linsen aus Meerwasser existieren. Der Forscherin waren schnurgerade parallele Wälle aufgefallen, die an Autobahntrassen erinnern und sich teils über Hunderte von Kilometern erstrecken. Einzelne Wälle gibt es viel seltener. Johnston vermutet, dass die seltsamen Gebilde entstanden sind, als Wasser, das durch Risse aus dem Ozean aufgestiegen war, dicht unterhalb der Oberfläche wieder gefror und sich dabei ausdehnte.
Wettlauf zu Europa
Die jüngsten Entdeckungen haben das Interesse der Weltraumagenturen an Europa verstärkt. Das auf Eis gelegte Projekt einer amerikanischen Europa-Sonde wurde mit einer Startfinanzierung des US-Kongresses wiederbelebt. Unterdessen hat sich auch die ESA das Jupiter-System vorgenommen. Ihre JUICE-Sonde (JUpiter ICy moons Explorer) soll 2022 starten. Zwei Vorbeiflüge sind für den Europa-Mond reserviert. Hauptziel der Mission ist jedoch Ganymed, dessen globales Magnetfeld Geophysiker fasziniert. Die NASA-Sonde wird möglicherweise erst später starten, ihr leichter „Europa-Clipper” könnte aber von einem schnelleren Transfer profitieren.
Wer zuerst vor Ort ist, hat gute Chancen, spektakuläre Entdeckungen zu machen. Doch zuvor ist noch einmal Hubble am Zug: Mit neuen Beobachtungen soll das Weltraumteleskop klären, ob die Dampfaktivität einem periodischen Muster folgt. •
THORSTEN DAMBECK erkundet für bdw regelmäßig das Sonnensystem – in diesem Heft auch den Kometen Churyumov-Gerasimenko mit der Raum- sonde Rosetta (ab S. 42).
von Thorsten Dambeck
