Introduction
Vor Jahrzehnten bot die Science-Fiction ein hypothetisches Szenario: Was wäre, wenn außerirdisches Leben in einem Ozean unter der eisigen Oberfläche des Jupitermondes Europa gedeihen würde? Dieser Gedanke hat Europa aus der Dunkelheit ins Rampenlicht gerückt, wo er bis heute geblieben ist und die Fantasie von Menschen innerhalb und außerhalb der Wissenschaft beflügelt hat, die sich vorstellen können, dass Menschen Leben außerhalb der Erde entdecken. Diese Fantasie könnte jedoch in der Realität begründet sein.
Durch bodengestützte Teleskope wussten die Wissenschaftler, dass die Oberfläche von Europa hauptsächlich aus Wassereis besteht, und die Wissenschaftler haben deutliche Hinweise darauf gefunden, dass sich unter der Eiskruste ein Ozean aus flüssigem Wasser oder matschigem Eis befindet. Im Jahr 1979 passierten die beiden Voyager-Sonden das Jupitersystem und lieferten die ersten Hinweise darauf, dass Europa flüssiges Wasser enthalten könnte. Danach haben bodengestützte Teleskope auf der Erde sowie die Galileo-Raumsonde und Weltraumteleskope das Vertrauen der Wissenschaftler in einen Ozean auf Europa gestärkt.
Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Eishülle von Europa 15 bis 25 Kilometer dick ist und auf einem 60 bis 150 Kilometer tiefen Ozean schwimmt. Obwohl Europa nur ein Viertel des Durchmessers der Erde hat, könnte sein Ozean doppelt so viel Wasser enthalten wie alle Ozeane der Erde zusammen. Der riesige und unergründlich tiefe Ozean von Europa gilt weithin als der vielversprechendste Ort für die Suche nach Leben außerhalb der Erde. Ein vorbeifliegendes Raumschiff könnte sogar in der Lage sein, Proben von Europas Ozean zu nehmen, ohne auf der Mondoberfläche zu landen, da es möglich ist, dass Europas Ozean in den Weltraum entweicht.
Während die Raumsonde Galileo in den 1990er Jahren im Jupitersystem unterwegs war, wurden zwar keine Wasserfahnen beobachtet, doch neuere Beobachtungen von Teleskopen wie dem Hubble Space Telescope sowie eine Neuanalyse einiger Daten der Raumsonde Galileo deuten darauf hin, dass es möglich ist, dass dünne Wasserfahnen 100 Meilen (160 Kilometer) über der Oberfläche von Europa ausgestoßen werden. Im November 2019 gab ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der NASA bekannt, dass es zum ersten Mal Wasserdampf direkt über der Oberfläche von Europa nachgewiesen hat. Das Team hat den Wasserdampf mit einem Spektrographen am Keck-Observatorium in Hawaii gemessen, der die chemische Zusammensetzung von Planetenatmosphären anhand des von ihnen ausgesandten oder absorbierten Infrarotlichts misst.
Wenn die Dampffahnen tatsächlich existieren und ihre Quelle mit dem Ozean von Europa in Verbindung steht, könnte eine Raumsonde durch die Dampffahne reisen, um sie aus der Umlaufbahn zu beproben und zu analysieren, und sie würde im Grunde den Ozean des Mondes analysieren (die Raumsonde Cassini hat dieses Kunststück beim Saturnmond Enceladus vollbracht, von dem bekannt ist, dass er einen Ozean hat, der ins All spritzt). Selbst wenn Europa keine freien Proben in den Weltraum schleudert, kam eine Studie aus dem Jahr 2018 zu dem Schluss, dass Proben des Ozeans von Europa in der Basis der Eishülle des Mondes eingefroren werden könnten, wo das Eis mit dem Ozean in Kontakt kommt. Wenn sich die Eishülle durch die Gezeitenkräfte verformt und biegt, würde wärmeres und weniger dichtes Eis aufsteigen und die Ozeanproben an die Oberfläche tragen, wo ein Raumfahrzeug sie aus der Ferne analysieren könnte, unter anderem mit Infrarot- und Ultraviolettinstrumenten. Die Wissenschaftler könnten dann die Zusammensetzung des Materials untersuchen, um festzustellen, ob der Ozean von Europa eine Form von Leben beherbergen könnte.
Potenzial für Leben
Potenzial für Leben
Leben, wie wir es kennen, scheint drei Hauptvoraussetzungen zu haben: flüssiges Wasser, die entsprechenden chemischen Elemente und eine Energiequelle.
Astrobiologen – Wissenschaftler, die sich mit dem Ursprung, der Entwicklung und der Zukunft des Lebens im Universum befassen – glauben, dass Europa über reichlich Wasser und die richtigen chemischen Elemente verfügt, aber eine Energiequelle auf Europa ist schwer zu bestätigen. Auf der Erde wurden Lebensformen gefunden, die in der Nähe von unterirdischen Vulkanen, Tiefsee-Schloten und anderen extremen Umgebungen gedeihen. Diese „extremophilen“ Lebensformen geben den Wissenschaftlern Hinweise darauf, wie das Leben unter der Eishülle Europas überleben könnte.
Wenn wir auf Europa (oder auch auf dem Mars oder Enceladus) eine Form von Leben finden, könnte es sich um Mikroben handeln, vielleicht aber auch um etwas Komplexeres. Wenn nachgewiesen werden kann, dass sich das Leben unabhängig voneinander an zwei Orten in der Nähe desselben Sterns gebildet hat, liegt die Vermutung nahe, dass das Leben im Universum relativ leicht entsteht, sobald die notwendigen Zutaten vorhanden sind, und dass das Leben überall in unserer Galaxie und im Universum zu finden sein könnte. Wenn auf Europa Leben gefunden würde, wie würde das Ihre Sicht auf den Kosmos und unseren Platz darin verändern?
Größe und Entfernung
Größe und Entfernung
Mit einem Äquatordurchmesser von 3.100 Kilometern (1.940 Meilen) ist Europa etwa 90 Prozent so groß wie der Mond der Erde. Wenn wir also unseren Mond durch Europa ersetzen würden, würde er am Himmel ungefähr genauso groß erscheinen wie unser Mond, aber heller – viel, viel heller. Europas Oberfläche besteht aus Wassereis und reflektiert daher das 5,5-fache des Sonnenlichts im Vergleich zu unserem Mond.
Europa umkreist Jupiter in einer Entfernung von etwa 671.000 Kilometern (417.000 Meilen) von dem Planeten, der seinerseits die Sonne in einem Abstand von etwa 780 Millionen Kilometern (500 Millionen Meilen) oder 5,2 Astronomischen Einheiten (AE) umkreist. Eine AE ist der Abstand zwischen der Erde und der Sonne. Das Licht der Sonne braucht etwa 45 Minuten, um Europa zu erreichen. Aufgrund der Entfernung ist das Sonnenlicht auf Jupiter und Europa etwa 25-mal schwächer als auf der Erde.
Bahn und Rotation
Bahn und Rotation
Europa umkreist Jupiter alle 3,5 Tage und ist durch die Schwerkraft an Jupiter gebunden, so dass die gleiche Halbkugel des Mondes dem Planeten immer zugewandt ist. Jupiter braucht etwa 4.333 Erdtage (oder etwa 12 Erdjahre), um die Sonne zu umrunden (ein Jupiterjahr). Der Äquator des Jupiters (und die Bahnebene seiner Monde) sind gegenüber der Umlaufbahn des Jupiters um die Sonne um nur 3 Grad geneigt (die Erde ist um 23,5 Grad geneigt). Das bedeutet, dass sich Jupiter fast senkrecht dreht, so dass der Planet sowie Europa und die anderen Dutzend Monde des Jupiters keine so extremen Jahreszeiten haben wie andere Planeten.
Die Jupitermonde Io, Europa und Ganymed befinden sich in einer so genannten Resonanz – jedes Mal, wenn Ganymed den Jupiter einmal umkreist, umkreist Europa ihn zweimal, und Io kreist viermal. Im Laufe der Zeit neigen die Bahnen der meisten großen Satelliten oder Planeten dazu, kreisförmig zu werden, aber im Fall dieser drei Satelliten führt die Resonanz zu einer erzwungenen Exzentrizität, da sich die Satelliten immer wieder an denselben Punkten ihrer Bahnen aufstellen und sich gegenseitig einen kleinen Gravitationsschub geben, der verhindert, dass ihre Bahnen kreisförmig werden.
Da die Umlaufbahn von Europa elliptisch ist (leicht gestreckt von der Kreisbahn), variiert ihr Abstand zum Jupiter, und die nahe Seite des Mondes spürt die Schwerkraft des Jupiters stärker als seine ferne Seite. Das Ausmaß dieses Unterschieds ändert sich mit der Umlaufbahn von Europa, wodurch Gezeiten entstehen, die die Oberfläche des Mondes dehnen und entspannen.
Die Dehnung durch die Gezeiten verursacht wahrscheinlich die Risse in der Mondoberfläche. Wenn es einen Ozean auf Europa gibt, könnte die Gezeitenerwärmung auch zu vulkanischer oder hydrothermaler Aktivität am Meeresboden führen und Nährstoffe liefern, die den Ozean für Lebewesen geeignet machen könnten.
Struktur
Struktur
Wie unser Planet hat Europa vermutlich einen Eisenkern, einen felsigen Mantel und einen Ozean aus salzigem Wasser. Im Gegensatz zur Erde liegt der Ozean von Europa jedoch unter einer Eishülle, die wahrscheinlich 15 bis 25 Kilometer dick ist und eine geschätzte Tiefe von 60 bis 150 Kilometern hat. Obwohl es starke Anzeichen für einen internen Ozean gibt, muss sein Vorhandensein durch eine zukünftige Mission bestätigt werden.
Bildung
Bildung
Jupiters große Galilei-Satelliten (Io, Europa, Ganymed und Callisto) haben sich wahrscheinlich aus Materialresten gebildet, nachdem Jupiter in der Frühzeit des Sonnensystems aus der ursprünglichen Gas- und Staubwolke, die die Sonne umgab, kondensiert war. Diese vier Monde sind wahrscheinlich genauso alt wie der Rest des Sonnensystems – etwa 4,5 Milliarden Jahre.
Tatsächlich werden die Galilei-Satelliten manchmal als „Mini-Sonnensystem“ bezeichnet, da sie sich aus den Überresten des Jupiter gebildet haben, ähnlich wie die Erde und andere Planeten aus Gas und Staub entstanden sind, die bei der Entstehung unserer Sonne übrig geblieben sind. Die Ähnlichkeiten hören damit nicht auf. Jeder Planet im inneren Sonnensystem hat eine geringere Dichte als sein innerer Nachbar – der Mars hat eine geringere Dichte als die Erde, die wiederum eine geringere Dichte als die Venus hat, die wiederum eine geringere Dichte als Merkur hat. Die Galileischen Monde folgen demselben Prinzip: Sie sind weniger dicht, je weiter sie von Jupiter entfernt sind. Die geringere Dichte in größeren Entfernungen ist wahrscheinlich auf die Temperatur zurückzuführen: dichteres, felsiges und metallisches Material kondensiert zuerst in der Nähe von Jupiter oder der Sonne, während leichteres, eisiges Material erst in größeren Entfernungen kondensiert, wo es kälter ist.
Die Entfernung vom Jupiter bestimmt auch, wie stark die Galilei-Satelliten durch die Gezeiten aufgeheizt werden – Io, der dem Jupiter am nächsten ist, wird so stark aufgeheizt, dass er der vulkanisch aktivste Körper im Sonnensystem ist und wahrscheinlich vor langer Zeit jegliches Wasser, das er bei seiner Entstehung hatte, verdrängt hat. Europa hat eine Eis- und Wasserschicht über einem felsigen und metallischen Inneren, während Ganymed und Callisto höhere Anteile an Wassereis und damit geringere Dichten aufweisen.
Oberfläche
Oberfläche
Europas Wassereisoberfläche ist von langen, linearen Brüchen durchzogen. Ausgehend von der geringen Anzahl der beobachteten Krater scheint die Oberfläche dieses Mondes nicht älter als 40 bis 90 Millionen Jahre zu sein, was aus geologischer Sicht sehr jung ist (die Oberfläche von Kallisto, einem anderen Jupitermond, ist schätzungsweise ein paar Milliarden Jahre alt). Entlang der vielen Risse auf Europa und in fleckigen Mustern auf der Oberfläche befindet sich ein rötlich-braunes Material, dessen Zusammensetzung nicht genau bekannt ist, das aber wahrscheinlich Salze und Schwefelverbindungen enthält, die mit dem Wassereis vermischt und durch Strahlung verändert wurden. Diese Oberflächenzusammensetzung könnte Aufschluss über das Potenzial des Mondes als bewohnbare Welt geben.
Die NASA-Raumsonde Galileo erforschte von 1995 bis 2003 das Jupitersystem und flog mehrfach an Europa vorbei. Galileo entdeckte merkwürdige Gruben und Kuppeln, die darauf hindeuten, dass die Eisschicht von Europa aufgrund der Hitze von unten langsam aufgewühlt wird oder konvektiv ist (kühleres, dichteres Eis sinkt, während wärmeres, weniger dichtes Eis aufsteigt). Lange, lineare Brüche sind oft nur 1-2 Kilometer breit, können sich aber über Tausende von Kilometern über Europas Oberfläche erstrecken. Einige dieser Brüche haben sich zu hunderte von Metern hohen Graten aufgetürmt, während andere in breite Bänder mit mehreren parallelen Brüchen auseinandergezogen zu sein scheinen. Galileo fand auch Regionen, die als „Chaos-Terrain“ bezeichnet werden, wo zerbrochene, blockige Landschaften mit rötlichem Material bedeckt waren. Im Jahr 2011 schlugen Wissenschaftler, die die Galileo-Daten studierten, vor, dass es sich bei den Chaoslandschaften um Orte handeln könnte, an denen die Oberfläche über linsenförmigen Seen zusammengebrochen ist, die in das Eis eingebettet sind.
Atmosphäre
Atmosphäre
Europa hat nur eine schwache Sauerstoffatmosphäre, aber im Jahr 2013 gab die NASA bekannt, dass Forscher mit dem Hubble-Weltraumteleskop Beweise dafür gefunden haben, dass Europa möglicherweise aktiv Wasser in den Weltraum abgibt. Dies würde bedeuten, dass der Mond in der Gegenwart geologisch aktiv ist. Wenn dies durch Folgebeobachtungen bestätigt wird, könnten die Wasserfahnen von zukünftigen Raumsonden untersucht werden, ähnlich wie Cassini die Wasserfahne des Saturnmondes Enceladus untersucht hat.
Magnetosphäre
Magnetosphäre
Eine der wichtigsten Messungen der Galileo-Mission zeigte, wie das Magnetfeld des Jupiters im Raum um Europa gestört ist. Die Messung deutet stark darauf hin, dass eine besondere Art von Magnetfeld in Europa durch eine tiefe Schicht einer elektrisch leitenden Flüssigkeit unter der Oberfläche erzeugt (induziert) wird. Aufgrund der eisigen Beschaffenheit von Europa gehen die Wissenschaftler davon aus, dass das wahrscheinlichste Material, das diese magnetische Signatur erzeugt, ein globaler Ozean aus salzigem Wasser ist, und dieses Magnetfeldergebnis ist immer noch der beste Beweis für die Existenz eines Ozeans auf Europa.