23. Jan. 2018

Schnittbild durch die oberen Schichten des Jupitermondes Europa.

Nach Ansicht der Planetologen ist der eisige Jupitermond Europa einer der "heißesten" Himmelskörper im Sonnensystem. Der Trabant mit nur gut 3000 Kilometer Durchmesser hat nach den Daten der Weltraumsonden "Galileo" und "Cassini" unter einer isolierenden Eisschicht einen ziemlich ausgedehnten Ozean aus flüssigem Wasser und zeigt an seiner Oberfläche so etwas wie Plattentektonik.

Von den vier Galileischen Monden des Jupiter ist Europa der kleinste, selbst der irdische Mond übertrifft ihn an Größe. Für Planetologen zählt der komplett mit Eis umhüllte Trabant jedoch zu den attraktivsten Himmelskörpern unseres Sonnensystems. Weitgehend unstrittig ist inzwischen, dass die Gletscherhülle einen gewaltigen Ozean aus flüssigem Wasser bedeckt, der den kompletten festen Mondkern bedeckt und rund 100 Kilometer tief sein könnte. Überdies schließen die Forscher aus der geringen Zahl von Einschlagskratern, dass Europas Oberfläche nur 40 bis 90 Millionen Jahre alt ist, also in einem noch schnelleren Rhythmus erneuert wird als die irdische.

Auf den zahlreichen Bildern der Oberfläche, die vor allem die US-Raumsonde "Galileo" zwischen 1995 und 2003, aber auch "Cassini" danach zur Erde funkten, haben die Wissenschaftler deutliche Anzeichen für sogenannte Spreizungszonen ausgemacht, an denen Material aus den tieferen Schichten des Mondes an die Oberfläche strömt. Auf der Erde sind Spreizungszonen der Teil des plattentektonischen Kreislaufs, an dem Material aus dem Mantel nachfließt und die Lücke ausfüllt, die absinkende Krustenplatten an der Oberfläche hinterlassen. "Die Frage war daher, wo auf Europa dieses Material bleibt", erklärt Brandon Johnson, Planetologie-Professor an der Brown University im US-Bundesstaat Rhode Island. Die Forscher fragten sich, ob auch im Eismantel des Jupitermonds tektonische Walzen am Werk seien. Johnson hat sich daher mit seinen Studenten und einem einfachen Modell auf die Suche nach Bedingungen gemacht, unter denen so etwas wie Plattentektonik auf Europa aktiv sein könnte. In den "Geophysical Research Letters" der Amerikanischen Geophysikalischen Union haben sie ihre Ergebnisse vorgestellt.

Zusammenschnitt aller Oberflächenfotos, die die Raumsonde Galileo von Europa gemacht hat. Auffällig die roten Linien, an denen vermutlich Material von unteren Schichten nach oben steigt.

Zusammenschnitt aller Oberflächenfotos, die die Raumsonde Galileo von Europa gemacht hat. Auffällig die roten Linien, an denen vermutlich Material von unteren Schichten nach oben steigt.

Bild: NASA
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Zusammenschnitt aller Oberflächenfotos, die die Raumsonde Galileo von Europa gemacht hat. Auffällig die roten Linien, an denen vermutlich Material von unteren Schichten nach oben steigt.

Bild: NASA

Es gebe Anzeichen, so Johnson, dass der Eismantel aus zwei Schichten besteht. Eine dünne, spröde und sehr kalte äußere Schicht an der Oberfläche und darunter eine wärmere Lage, in der sich die Konvektionswalzen drehen sollen. Aus physikalischen Gründen wird die Konvektion auf den Eismantel beschränkt sein, und nicht den rund 100 Kilometer tiefen Ozean darunter umfassen, der den festen Mondkern umgibt. Schließlich ist Wasser nicht in seinem festen Aggregatzustand am dichtesten, sondern knapp oberhalb des Gefrierpunkts. Doch auch so ist es nicht leicht, einen Kreislauf in Betrieb zu halten. Denn selbst wenn Teile der äußere Schicht dichter und damit schwerer als das darunter liegende Material sind, so reicht das nach Johnsons Modellrechnungen nicht für eine nennenswerte Bewegung aus. Schon nach kurzer Zeit hat sich die Temperatur des einsinkenden Eises an die der Umgebung angeglichen und die Abwärtsbewegung komme zum Stillstand.

Ein ausdauernderer Motor für die Plattentektonik auf Europa haben Johnson und seine Studenten dagegen im Salzgehalt gefunden. Sobald dieses nur einigermaßen ungleichmäßig in der Eishülle verteilt ist, kann es Subduktionsbewegungen auslösen. "Wenn man Salz zum Eis hinzufügt, addiert man physikalisch nichts anderes als winzige Gewichte zu dessen Masse, denn Salz ist dichter als Eis", so Johnson. Bleibt noch die Frage, wie in einer geschlossenen Eisdecke unterschiedlich hohe Dosen von Salzen zustandekommen. Die Fotos, die "Galileo" von Europa geschossen hat, helfen da weiter. Sie zeigen nämlich die Spuren von Kryovulkanismus und Aufwallungen von Ozeanwasser. An Schwachstellen in der Eisdecke steigt Wasser aus dem darunterliegenden Meer auf und sprüht zum Teil mit hohem Druck auf die Mondoberfläche. Das Ozeanwasser aber, davon gehen die Planetologen aus, ist deutlich mit Salzen beladen, die es aus dem Gesteinskern des Mondes herauslöst.

Die nächste Gelegenheit, "frisches" Datenmaterial über Europa zu sammeln wird noch einige Zeit dauern. Zwar haben die Raumfahrtagenturen Europas und der USA den Eismond zu einem Schwerpunkt ihrer Sonnensystemforschung erklärt und bereiten deshalb jeweils eine Sondenmission vor, doch sowohl das europäische "Juice" als auch der amerikanische "Europa Clipper" starten frühestens in fünf Jahren und werden den Jupiter frühestens 2030 erreichen.