Bei der Suche nach lebensfreundlichen Bedingungen in unserem Sonnensystem haben Astronomen das NASA Webb-Weltraumteleskop den Jupiter Mond Europa beobachten lassen. Dabei konnte CO2 nachgewiesen werden – ein Gas, welches u.a. auf der Erde durch Leben gebildet wird.
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Der Jupitermond Europa ist eine der wenigen Welten in unserem Sonnensystem, auf denen möglicherweise lebensfreundliche Bedingungen herrschen könnten, schreibt die NASA hier. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass unter seiner Wassereiskruste ein salziger Ozean aus flüssigem Wasser mit einem felsigen Meeresboden liegt. Die Planetenforscher wussten jedoch nicht, ob dieser Ozean die für das Leben erforderlichen Chemikalien, insbesondere Kohlenstoff, enthält.
Astronomen haben mit Hilfe von Daten des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA Kohlendioxid in einer bestimmten Region auf der eisigen Oberfläche von Europa nachgewiesen. Die Analyse zeigt, dass dieser Kohlenstoff wahrscheinlich aus dem unterirdischen Ozean stammt und nicht von Meteoriten oder anderen externen Quellen geliefert wurde. Außerdem wurde er in einem geologisch jungen Zeitraum abgelagert. Diese Entdeckung hat wichtige Auswirkungen auf die mögliche Bewohnbarkeit des Ozeans von Europa.
Jupiter Mond Europa
Credits: Wissenschaftlicher Dank: Geronimo Villanueva (NASA/GSFC), Samantha Trumbo (Cornell Univ.), NASA, ESA, CSA.Bildverarbeitung: Geronimo Villanueva (NASA/GSFC), Alyssa Pagan (STScI)
Vier quadratische Felder erscheinen in einem horizontalen Streifen (siehe obige Bilder. Das erste Bild zeigt eine blau-weiße Kugel vor schwarzem Hintergrund, die anderen Aufnahmen zeigen den Mond mit dunkleren blauen Flecken und zwei großen weißen Flecken auf der südlichen Hemisphäre.
Diese Grafik zeigt im ersten Feld eine Karte von Europas Oberfläche mit der NIRCam (Nahinfrarotkamera) am James Webb Weltraumteleskop der NASA und in den folgenden drei Feldern kombinierte Karten, die aus den Daten von Webbs NIRSpec/IFU (Near Infrared Spectrograph's Integral Field Unit) abgeleitet wurden.
In den kombinierten Karten entsprechen die weißen Pixel dem Kohlendioxid in der großräumigen Region des zerrütteten Chaos-Terrains, bekannt als Tara Regio (Mitte und rechts), mit zusätzlichen Konzentrationen in Teilen der Chaos-Region Powys Regio (links).
Die zweite und dritte Aufnahme zeigen Anzeichen für kristallines Kohlendioxid, während die vierte Aufnahme eine komplexierte und amorphe Form von Kohlendioxid anzeigt.
"Auf der Erde mag das Leben chemische Vielfalt – je mehr Vielfalt, desto besser. Wir sind kohlenstoffbasiertes Leben. Wenn wir die Chemie des Ozeans von Europa verstehen, können wir feststellen, ob er für das Leben, wie wir es kennen, feindlich ist oder ob er ein guter Ort für Leben sein könnte", sagte Geronimo Villanueva vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, Hauptautor einer der beiden unabhängigen Veröffentlichungen, in denen die Ergebnisse beschrieben werden.
Eine Verbindung zwischen Oberfläche und Ozean
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Die Wissenschaftler stellten in den Aufnahmen des Webb Teleskops fest, dass Kohlendioxid auf der Oberfläche von Europa in einer Region namens Tara Regio am häufigsten vorkommt. Das ist ein geologisch junges Gebiet, das allgemein als "Chaos-Terrain" bekannt ist. Das Oberflächeneis ist zerbrochen, und es hat wahrscheinlich einen Materialaustausch zwischen dem unterirdischen Ozean und der eisigen Oberfläche gegeben.
"Frühere Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop haben Hinweise auf Salz aus dem Ozean in Tara Regio ergeben", erklärt Trumbo. "Jetzt sehen wir, dass auch Kohlendioxid dort stark konzentriert ist. Wir glauben, dass dies darauf hindeutet, dass der Kohlenstoff seinen Ursprung wahrscheinlich im inneren Ozean hat."
"Wissenschaftler diskutieren darüber, inwieweit der Ozean von Europa mit der Oberfläche verbunden ist. Ich denke, dass diese Frage die Erforschung von Europa stark vorangetrieben hat", sagte Villanueva. "Dies deutet darauf hin, dass wir in der Lage sein könnten, einige grundlegende Dinge über die Zusammensetzung des Ozeans zu erfahren, noch bevor wir durch das Eis bohren, um ein vollständiges Bild zu erhalten."
Beide Teams identifizierten das Kohlendioxid mit Hilfe von Daten aus der integralen Feldeinheit des Nahinfrarot-Spektrographen (NIRSpec) des Webb Weltraum-Teleskops. Dieser Instrumentenmodus liefert Spektren mit einer Auflösung von 200 x 200 Meilen (320 x 320 Kilometer) auf der Oberfläche von Europa, die einen Durchmesser von 1.944 Meilen hat, und ermöglicht es den Astronomen zu bestimmen, wo sich bestimmte Chemikalien befinden.
Kohlendioxid auf der Oberfläche nicht stabil
Nach Ansicht der Wissenschaftler ist es wahrscheinlich, dass das Kohlendioxid in geologisch jüngerer Zeit zugeführt wurde – eine Schlussfolgerung, die durch die Konzentration in einer Region mit jungem Terrain gestützt wird.
"Diese Beobachtungen haben nur wenige Minuten der Beobachtungszeit des Observatoriums in Anspruch genommen", sagte Heidi Hammel von der Association of Universities for Research in Astronomy, eine interdisziplinäre Webb-Wissenschaftlerin, die Webb-Beobachtungen des Sonnensystems leitet. "Selbst mit dieser kurzen Zeitspanne konnten wir wirklich große wissenschaftliche Arbeit leisten. Diese Arbeit gibt einen ersten Vorgeschmack auf all die erstaunlichen Erkenntnisse über das Sonnensystem, die wir mit Webb gewinnen können."
Auf der Suche nach einer Wolke
Das Team von Villanueva suchte auch nach Hinweisen auf eine Wasserdampfwolke, die von Europas Oberfläche aufsteigt. Forscher, die mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA arbeiteten, berichteten 2013, 2016 und 2017 von ersten Hinweisen auf Wasserdampfschwaden.Es war jedoch schwierig, einen definitiven Beweis zu finden.
Die neuen Webb-Daten zeigen keine Anzeichen von Plume-Aktivität, was es dem Team von Villanueva ermöglichte, eine strenge Obergrenze für die Rate des möglicherweise ausgestoßenen Materials festzulegen. Das Team betonte jedoch, dass die Nichtentdeckung nicht ausschließt, dass es sich um einen Plume handelt.
"Es besteht immer die Möglichkeit, dass diese Fahnen variabel sind und man sie nur zu bestimmten Zeiten sehen kann. Alles, was wir mit 100-prozentiger Sicherheit sagen können, ist, dass wir bei diesen Beobachtungen mit Webb keinen Plume auf Europa entdeckt haben", so Hammel. Die beiden Arbeiten wurden am 21. September 2023 in Science veröffentlicht.
Europa-Clipper-Mission
Die NASA plant, im Oktober 2024 ihre Raumsonde Europa Clipper zu starten, die Dutzende von Vorbeiflügen an Europa unternehmen wird, um zu untersuchen, ob dort lebensfreundliche Bedingungen herrschen.
Die obigen Erkenntnisse könnten für die Europa-Clipper-Mission der NASA und für die bevorstehende Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA (Jupiter Icy Moons Explorer, JUICE) von Nutzen sein.
