Wettlauf zu Europa

Bei der Erforschung der Eismonde Jupiters liefern sich die Weltraumbehörden gleichsam einen Wettlauf. Denn auch die NASA plant eine neue Mission, die ausdrücklich vor Juice am Ziel sein müsse: den Europa Clipper. Er soll im kommenden Herbst mit einer Falcon-Heavy-Rakete starten. Das dreiwöchige Startfenster wird sich am 10. Oktober öffnen.

Als Clipper wurden besonders schnelle Segler bezeichnet, die Mitte des 19. Jahrhunderts Fracht über die Weltmeere schifften. Und Tempo ist auch bei Europa Clipper wichtig: Durch seine schnellere interplanetare Route soll er bereits im April 2030 am Ziel sein, also 15 Monate vor Juice. Neben Konkurrenz gibt es aber auch Kooperation durch Aufgabenteilung: Europa Clipper ist mit mindestens 45 Vorbeiflügen hauptsächlich für den Mond Europa zuständig. Hauptziel der Juice-Mission ist hingegen Ganymed. Die Sonde soll nach mehreren Vorbeiflügen in dessen Orbit einschwenken. Mit 5.268 Kilometer Durchmesser ist der Mond deutlich größer als Europa.

Mikroben in Eisteilchen?

Was können Sonden, die auf absehbare Zeit nicht auf den Eismonden landen werden, bei der Suche nach Leben erreichen? Laut einer neuen Studie durchaus Beträchtliches: Falls es dort Organismen gäbe, ließen sich diese nämlich im Vorbeiflug aufspüren – und zwar dann, wenn sie in Eispartikeln eingeschlossen wären.

„Wir konnten erstmals zeigen, dass Zellmaterial von Bakterien mit Massenspektrometer auf Raumsonden nachweisbar wäre“, freut sich Studienleiter Fabian Klenner von der University of Washington, der zuvor an der Freien Universität Berlin forschte. Solche Spektrometer dienen zur chemischen Analyse. Sie sind inzwischen so klein, dass sie auf einer unbemannten Sonde Platz finden.

Über die Ergebnisse berichtete im März 2024 die Fachzeitschrift Science Advances. Als Testbakterium diente Klenners Team Sphingopyxis alaskensis, das in den Gewässern Alaskas gedeiht. Die Einzeller sind so winzig, dass sie in die nur Mikrometer messenden Partikel passen würden, die manche Eismonde ausstoßen.

Vermutlich würden die Bakterien einen gallertartigen Biofilm auf der Oberfläche des Tiefenmeers bilden – so lässt es sich zumindest per Analogieschluss von der Erde vermuten. Auf unserem Planeten gibt es an den Meeresoberflächen eine ausgeprägte mikrobielle Gemeinschaft: das sogenannte Bakterioneuston.

In dieser eine hauchdünne Schicht treten die Organismen 1.000- bis 100.000-fach häufiger auf als im tiefen Wasser. Auf einem Eismond, dessen Oberfläche über Risse mit dem Tiefenmeer verbunden ist, bringt der Druckunterschied zum Weltraumvakuum den kalten Ozean zum Kochen. Die aufsteigenden Gasblasen zerplatzen an der Wasseroberfläche. Die Folge: Zellmaterial könnte in die sich bildenden Eispartikeln eingeschlossen werden. Auch für den Jupitermond Europa sei dies „ein plausibles Szenario, wie Bakterien in Eisteilchen gelangen könnten“, meint Klenner.

Die Alaska-Mikrobe ist im Übrigen hart im Nehmen: Kälte und karges Nahrungsangebot machen ihr nichts aus. All diese Eigenschaften küren sie zu einem geeigneten Modellorganismus für potenzielles Leben auf einem Eismond, ist Klenner überzeugt.

Doch es gibt ein Problem: Wegen der hohen Relativgeschwindigkeit zwischen den Eispartikeln und der vorbeifliegenden Sonde, ist es schwierig, die Einschläge solcher Eisteilchen auf das Messinstrument zu simulieren.

Deshalb haben die Forscher diese Situation im Labor nachgestellt. In dem Experiment wird ein dünner Wasserstrahl in eine Vakuumkammer injiziert. Er zerfällt darin in winzige Tröpfchen, die mit einem Laser beschossen werden. Die dabei entstehenden geladenen Moleküle können dann per Massenspektrometer analysiert werden.

Europa Clipper wird ein neuartiges Massenspektrometer namens SUDA (SUrface Dust Analyzer) mit sich führen. Gelangen Eispartikel in den vergoldeten Einlass des Instruments, durchfliegen sie mehrere Metallgitter. Dabei lässt sich ihre Geschwindigkeit und Flugbahn bestimmen. Dann treffen die Teilchen auf eine Metallplatte. „Sie werden in einzelne Moleküle zerlegt und einige von ihnen ionisiert“, erläutert SUDA-Forscher Murthy Gudipati vom kalifornischen Jet Propulsion Laboratory. Ein elektrisches Feld leitet die Ionen anschließend zu einem Detektor. Die Zeit, die sie dafür brauchen, gibt Auskunft über die Zusammensetzung der Moleküle. Laut Gudipati kann SUDA sogar Aminosäuren aufspüren.

Sporadisch aktiv

Auch Klenner hält im Licht der neuen Studie das Instrument für geeignet, Spuren potenzieller außerirdischer Bakterien zu finden. Die Untersuchung habe gezeigt, dass Bakterien charakteristische Signale erzeugen, auch wenn ein Eispartikel weniger als eine Zelle enthalten sollte. Tatsächlich haben moderne Instrumente dieses Typs weit bessere Analysefähigkeiten als ihre Vorgänger und können pro Flug durch eine Eismond-Dampfwolke 10.000 bis 100.000 Eispartikel chemisch untersuchen.

Die Forscher verbreiten Optimismus, doch Europa macht es ihnen nicht leicht. Zwar stößt der Mond offenbar ähnlich wie Saturns Enceladus Wasserdampf aus, was Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops im Ultravioletten belegen. Diese aktiven Phasen sind aber eher selten (bdw 9/2021, „Feuer und Eis auf Europa“). Eine Suche mit dem neuen Webb-Teleskop war noch nicht erfolgreich.

Unterdessen hat Audrey Vorburger von der Universität Bern die verfügbaren Beobachtungen zu Europas Dampfwolken analysiert. Die Schweizerin kommt zusammen mit ihrem Kollegen Peter Wurz zu dem Schluss, dass für die sporadische Aktivität verschiedene Ursachen denkbar sind: Einerseits könnten die Aktivitätszentren nahe unter der Oberfläche liegen, beispielsweise wenn dort isolierte Wasserlinsen existieren. Andererseits ist auch ein Ursprung viel tiefer denkbar, nämlich in dem unterirdischen Ozean. Der letzte Fall wäre astrobiologisch wohl der interessantere.

Die Juice-Sonde soll zweimal an dem Mond Europa vorbeifliegen. Wenn sie im kommenden August nochmals an der Erde vorbeikommt, könnte ein Feldstecher oder ein kleines Fernrohr ausreichen, um einen Blick auf sie zu erhaschen. Die engste Begegnung findet über der Tagseite statt – eine Herausforderung, die Amateurastronomen anspornen dürfte, vermutet Ignacio Tanco.