Europa ist etwas kleiner als der Erdmond und eines der faszinierendsten und geheimnisvollsten Objekte im Sonnensystem. Die Kruste Europas, einer der vier Galileischen Monde des Jupiter, ist eine weitgehend kraterfreie Eishülle mit einer Dicke von mehreren Dutzend bis über hundert Kilometern. Das von Streifen und Brüchen durchzogene und durch einzigartige Prozesse geformte Eis verbirgt darunter einen mutmaßlichen Ozean ungewisser Tiefen und unerklärlicher Geheimnisse.
Auch Europa ist von Jupiters gnadenlosen Strahlungsgürteln umgeben. Die Erforschung der Geheimnisse des Mondes – dessen Existenz bereits durch kurze Besuche der beiden Voyager-Sonden sowie von Galileo und Juno angedeutet wurde – erfordert also eine gehörige Portion Einfallsreichtum und Belastbarkeit. Die 5 Milliarden US-Dollar teure Europa-Clipper-Mission der NASA ist jetzt im Gange und bereit, sich diesen Herausforderungen zu stellen und eine der tiefgreifendsten Fragen der Astrobiologie zu beantworten: Hatte Europa das Potenzial, Leben zu beherbergen?
Die Raumsonde startete am 14. Oktober, nachdem es aufgrund des Hurrikans Milton zu einer kurzen Verzögerung kam, Bedenken hinsichtlich des Ausfalls der Transistoren der Raumsonde bei geringer als erwarteten Strahlungsdosen bestanden und mehrere Jahrzehnte lang darum gekämpft wurde, politische und finanzielle Unterstützung zu erhalten. Die Raumsonde wird im Jahr 2030 das rund 700 Millionen Kilometer entfernte Europa erreichen. Clipper wird Europa nicht umkreisen, aber 49 Vorbeiflüge am Mond machen – mehr, wenn die Hardware mithält und die Mission verlängert wird – mit einer Rotation alle drei Wochen für Anflüge so lange wie möglich. bis zu 25 Kilometer über der Oberfläche und dann zurück über die intensiven, Elektronik zerstörenden Strahlungsgürtel hinaus, um die Mission zu verlängern.
Clipper ist mit einer Reihe von neun Instrumenten (Bildgeber, Spektrometer, Magnetometer und Radar) ausgestattet, die sich auf die Schlüsselfrage der Bewohnbarkeit Europas konzentrieren. Zusammen werden diese Instrumente eine mehrdimensionale Vision dieses eisigen Juwels und vor allem seiner Funktionsweise schaffen. Auch wenn sie kein Leben unter dem Eis entdecken können, werden die Nutzlasten zusammenarbeiten, um festzustellen, ob sich dort und anderswo im Sonnensystem Leben entwickeln könnte oder nicht.
Oberflächenstaubanalysator (SUDA)
Aufgrund der fehlenden Atmosphäre Europas treffen Mikrometeoriten direkt auf die Mondoberfläche. Diese kleinen Kollisionen befördern Staub in den Weltraum. SUDA, ein Spektrometer, wird diese Auswurfpartikel sammeln und beim Durchgang dieser Partikel durch Metallgitter die Geschwindigkeit und Flugbahn des Staubs sowie seine Masse und Zusammensetzung bestimmen.
Auf diese Weise wird SUDA den Forschern die Zusammensetzung des Eises und der Salze auf der Oberfläche Europas sowie Hinweise darauf liefern, was sich darunter befindet. In Kombination mit Messungen des Magnetfelds wird dies dazu beitragen, die Tiefe des Ozeans und die am Boden vorhandenen Mineralien zu bestimmen.
Darüber hinaus wird die Sensibilität von SUDA eine viel bessere Vorstellung davon geben, was auf Europa passieren könnte und ob es bewohnbar ist.
„SUDA glänzt, wenn es darum geht, winzige Spuren organischer Materie im Eis zu identifizieren“, sagt Sascha Kempf, SUDA-Hauptforscher und Planetenforscher an der University of Colorado-Boulder. Es ist in der Lage, organische Moleküle auf der Ebene von Teilen pro Million zu messen. Die Empfindlichkeit von SUDA ermöglicht es, Verhältnisse beispielsweise von Aminosäuren zu ermitteln und festzustellen, ob dies auf einen nichtbiologischen Prozess oder möglicherweise darauf hinweist, dass ein Organismus gesunde Aminosäuren produziert.
Massenspektrometer für Planetenforschung/Europa (MASPEX)
Wie SUDA ist MASPEX ein Spektrometer, das jedoch darauf ausgelegt ist, die dünne Exosphäre des Gases rund um Europa und seine chemische Umgebung zu analysieren und mit beispielloser Auflösung nach den Elementen zu suchen, die für das Leben, wie wir es kennen, notwendig sind. MASPEX wäre auch in der Lage, Materialien zu analysieren, die von den vermuteten Wasserfahnen Europas in den Weltraum gespült werden, und so Anzeichen aktiver geologischer Prozesse zu entdecken oder sogar potenzielle Biosignaturen zu erkennen.
Europa Clipper Magnetometer (ECM)
Das ECM verfügt über einen 8,5 Meter langen Ausleger, der jedes induzierte Magnetfeld erkennt und analysiert, das durch die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Jupiter und dem unterirdischen Ozean Europas entsteht, sofern dieser salzig ist und elektrische Ströme erzeugt. Ziel des ECM ist es, Informationen über die Tiefe, den Salzgehalt und die Ausdehnung des Ozeans unter dem Eis zu liefern sowie darüber, ob der Ozean mit der Eiskruste interagiert: ein Prozess, der wahrscheinlich notwendig ist, um eine lebensfreundliche Umgebung zu schaffen.
Plasmainstrument für magnetische Sondierung (PIMS)
PIMS soll die Dichte und das Verhalten geladener Teilchen in der Ionosphäre Europas und der umgebenden Plasmaumgebung messen. In Kombination mit den Daten des Magnetometers des ECM werden die PIMS-Messwerte dabei helfen, zu bestimmen, wie der unterirdische Ozean Europas mit dem Magnetfeld des Jupiter interagiert. Ziel von PIMS ist es, die Tiefe und Leitfähigkeit des europäischen Ozeans sowie die Dicke der Eisschale zu bestimmen.
Radar zur Beurteilung und Vermessung Europas: vom Ozean bis zur Oberfläche (REASON)
Die Antennen von REASON werden Signale auf die Oberfläche strahlen und Echos mit riesigen Auslegern von der halben Größe eines Basketballfeldes auffangen, die nach dem Start ausgefahren werden. Die reflektierten Signale werden es dem Team ermöglichen, ein Bild des Untergrunds Europas zu erstellen, die Tiefe des Eises und den Ausgangspunkt des theoretischen Ozeans und der dazwischen liegenden Seen zu bestimmen und dabei zu helfen, die Topographie und Zusammensetzung Europas zu untersuchen.
„Planetenwissenschaft ist XY-Wissenschaft“, sagt Don Blankenship, Forschungsprofessor am University of Texas Institute for Geophysics und REASON-Hauptforscher, und bezieht sich dabei auf ein zweidimensionales Koordinatensystem. „Wir bringen die Vertikale. Wir bringen den Untergrund in die Planetenwissenschaft.
Die Nutzlast wird auch dazu beitragen, Hinweise auf Austauschprozesse zwischen dem Eis und dem darunter liegenden Ozean sowie die Wahrscheinlichkeit einer Chemie zu finden, die Leben unterstützen könnte.
„In der Tiefe gibt es Reduktionsmittel, die hoffentlich im Ozean vorhanden sind, und dann Oxidationsmittel an der Oberfläche. Das organisierende Prinzip muss der Austausch sein. Wie gelangt die Oberfläche in den Ozean? Und wie dringt der Ozean in die eisige Hülle ein? Und deshalb ist Radar so wichtig“, sagt Blankenship.
Mapping Imaging Spectrometer für Europa (MISE)
MISE wird von Europa reflektiertes Infrarotlicht analysieren und messen, wie verschiedene Materialien Sonnenlicht bei bestimmten Wellenlängen absorbieren und reflektieren, und so Wassereis, Salze, organische Stoffe und Mineralien auf der Oberfläche kartieren. Materialien, die in der Nähe von Rissen und Brüchen gefunden werden, werden Aufschluss darüber geben, wie Materialien zwischen der Oberfläche und dem sich bewegenden Ozean unter der Oberfläche ausgetauscht werden können.
Europa-Ultraviolett-Spektrograph (Europa-UVS)
Europa-UVS wird ultraviolettes Licht sammeln, um die Oberfläche und Exosphäre Europas zu untersuchen und nach Wasserstoff-, Sauerstoff-, Hydroxid- und Kohlendioxidmolekülen zu suchen. Es wird auch nach Beweisen dafür gesucht, dass Wolken Material in den Weltraum ausstoßen.
Europa Thermal Emission Imaging System (E-THEMIS)
E-THEMIS wird Infrarotwellenlängen in feinen räumlichen Details erfassen, um die Oberflächentemperaturen Europas zu kartieren, Einblicke in die Dynamik bei Nacht und am Tag zu geben, potenzielle unterirdische Wärmequellen und Indikatoren für geologische Aktivität und sogar den Ausbruch von Wolken oder die Bewegungen der Eiskruste zu identifizieren.
Europa Imaging System (EIS)
Das EIS besteht aus einer Weitwinkelkamera und einer Schmalwinkelkamera mit jeweils einem Acht-Megapixel-Sensor, der die nahen Infrarot-, optischen und einen kleinen Teil der ultravioletten Frequenzen abdeckt. Es wird die Oberfläche Europas kartieren, indem es stereoskopische Bilder mit 100 Metern pro Pixel aufnimmt, neue Ansichten bietet und neues Gelände und Merkmale wie Bergrücken, Spalten und potenziell aktive Regionen in beispielloser Auflösung enthüllt.
„Angesichts der einzigartigen Geologie Europas möchten wir die Natur der Eisschale und die geologischen Prozesse, die innerhalb dieser Eisschale ablaufen, wirklich verstehen“, sagt Elizabeth „Zibi“ Turtle, Planetenwissenschaftlerin und Direktorin des Johns Hopkins Applied Physics Laboratory Ermittler des EIS.
REASON und EIS werden kombiniert, um einen Datensatz bereitzustellen, der ein dreidimensionales Verständnis der Eisschale mit Oberflächentopographie und Untergrundbildgebung ermöglicht.
Das EIS wird auch nach Wasserfahnen suchen, die von der Oberfläche austreten. Wenn man die Grenze zwischen Tag und Nacht auf Europa abbildet, könnte man auf der Nachtseite ausgestoßene Wolken entdecken, aber wenn die Auswurfwolken Sonnenlicht über der Oberfläche einfangen, erzeugen sie ähnlich wie die Wolken von Raketenstarts kurz nach Sonnenuntergang „Quallen“-Phänomene, die von Zuschauern auf der Erde beobachtet werden. „Wir führen während der gesamten Tour in Jupiter eine Panache-Kampagne durch“, sagt Turtle.
Neben der Schaffung eines globalen, unterirdischen Blicks auf Europa gibt es Bereiche von besonderem Interesse. Dazu gehören junge, sogenannte chaotische Regionen Europas, die ein Zeichen für ein im Wandel befindliches Inneres sein können, und dunkle, unregelmäßige Merkmale, die als Makula bekannt sind.
„Ich denke, es wird äußerst informativ sein und uns ein großartiges, dramatisches und mehrdimensionales Bild davon vermitteln, wie es funktioniert“, sagt Turtle.
Der Schwerpunkt liegt auf der Bewohnbarkeit, auch weil die Suche nach Leben keine Aufgabe ist, auch wenn sie leicht zu definieren ist. Da der eisige Ozean des Mondes etwas von der Außenseite isoliert ist, ist es möglich, dass er eine mögliche zweite Entstehung innerhalb des Sonnensystems begünstigte.
Wenn Forscher Glück haben, könnten SUDA oder MASPEX gleichzeitig realistische Signaturen erkennen. Diese könnten die Amino- und Fettsäuremuster offenbaren, die für organisches Material charakteristisch sind. „Ich sage nicht, dass wir hoffen, Bakterien zu beobachten, aber wenn es eines in einem solchen Partikel gäbe, wüssten wir vielleicht davon“, sagt SUDA-Hauptforscher Kempf. Eine solche Entdeckung wäre geradezu historisch und würde den Weg für eine Folgelandemission ebnen.
Europa Clipper wird voraussichtlich im April 2030 über Vorbeiflüge an Mars und Erde das Jupitersystem erreichen. Dann wird es ein ganz neues Kapitel in der Suche nach Leben anderswo im Sonnensystem aufschlagen, Licht auf die Intrigen Europas werfen, aber auch eine Plattform für das Verständnis anderer Eismonde wie Enceladus, Ganymed und Triton bieten.
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