Besonderheit Am 4. Dezember 1973 war Pioneer 10 der NASA das erste Raumschiff, das Jupiter aus nächster Nähe beobachtete und in einer Entfernung von 82.000 Meilen über seinen wirbelnden Wolken vorbeiflog. Seine Zwillingssonde Pioneer 11 folgte ein Jahr später und kam dem Gasriesen dreimal näher. Jetzt versucht die Europäische Weltraumorganisation, den größten Planeten in unserem Gebiet noch genauer unter die Lupe zu nehmen.
Bilder von beiden früheren Raumfahrzeugen zeigten Kräuselungen von roten, orangefarbenen und braunen Streifen auf Jupiters Oberfläche, zusammen mit seinem Großen Roten Fleck. Beobachtungen enthüllten neue Details über Jupiters Umgebung, darunter sein riesiges und starkes Magnetfeld, das geladene Teilchen einfing und sie auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigte.
Die von den sich bewegenden Teilchen emittierte elektromagnetische Energie wurde in Regionen rund um den Planeten konzentriert, um intensive Strahlungsgürtel zu bilden. Drei weitere Raumschiffe, Voyager 1, 2 und Ulysses, flogen ebenfalls an Jupiter vorbei und entdeckten sein schwaches Ringsystem und nie zuvor gesehene Monde. Astronomen begannen zu erkennen, dass Jupiters Satelliten viel komplexer waren, als sie Hinweise auf vulkanische Aktivität und Anzeichen von Wasser auf den natürlichen Satelliten entdeckten.
Die NASA schickte ihre Galileo-Sonde 1989 in eine Umlaufbahn um den Jupiter und schaffte es, im Laufe von fast acht Jahren vier seiner großen Monde – Io, Europa, Ganymed und Callisto – zu passieren. Daten, die von den Instrumenten des Raumfahrzeugs gesammelt wurden, zeigten, wie unterschiedlich und in gewisser Weise sie sich ähnelten. Wissenschaftler fanden Hinweise auf Ozeane, die unter den eisigen Krusten von Europa und Callisto verborgen waren. Vulkane brachen auf Io aus und Ganymed erzeugt sein eigenes Magnetfeld – der einzige Mond im Sonnensystem, der eines hat.
Zwei weitere Raumschiffe, darunter Cassini und New Horizons, sind seitdem an Jupiter vorbeigeflogen. Obwohl die Juno-Sonde der NASA immer noch Jupiter umkreist, wird keine von ihnen die Jupitermonde so detailliert untersuchen wie die Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) der ESA, die am Donnerstag um 1215 UTC (1315 BST, 0815 EDT) gestartet werden soll.
„Das übergreifende Thema von Juice ist die Entstehung bewohnbarer Welten um Gasriesen herum“, sagte die Eurospace-Agentur.
Wissenschaftler untersuchen Jupiter und seine Monde als eigenständiges Mini-Sonnensystem. Sie wollen verstehen, unter welchen Bedingungen sich Planeten bilden und Leben entstehen kann. Sind Jupitermonde bewohnbar? Könnten sie das Leben, wie wir es kennen, überhaupt unterstützen?
Ozeane auf fernen Monden
„Uns interessiert, ob die richtigen Bedingungen vorliegen – und die entscheidenden Punkte sind das Vorhandensein von Wasser, einer Energiequelle, der Nachweis einer komplexen Chemie und Stabilität im System über die Zeit“, Emma Bunce, Professorin für planetare Plasmaphysik an der University of Leicester in England und ein Co-Forscher, der an Juices Magnetometer- und UV-Spektrographen-Instrumenten arbeitet, erzählten Das Register diese Woche.
„Zuvor fand die NASA Galileo-Mission Hinweise auf unterirdische Ozeane bei Europa, Ganymed und Callisto – aber mit einer relativ geringen Anzahl von Vorbeiflügen und einer wissenschaftlichen Nutzlast, die für viel allgemeinere wissenschaftliche Ziele ausgelegt war.“
Laut Bunce wird Juice, das zehn Instrumente tragen wird und die fortschrittlichste wissenschaftliche Nutzlast ist, die bisher in das äußere Sonnensystem geflogen wurde, in der Lage sein, detaillierter zu analysieren, ob die Monde bewohnbar sind oder nicht. Die ESA schenkt Ganymed die größte Aufmerksamkeit; Er ist größer als der Planet Merkur und der massereichste Mond im Sonnensystem.
Ganymed hat einen inneren flüssigen Eisenkern, der von einer äußeren Gesteinshülle umgeben ist. Zwischen seinem Gesteinsmantel und seiner eisigen Oberfläche liegt etwas, das durchaus ein verborgener Ozean sein könnte, von dem Wissenschaftler glauben, dass er mehr Flüssigkeit enthalten könnte als alle Ozeane der Erde zusammen.
„Jetzt können wir mit Juice in die Umlaufbahn um Ganymed einsteigen, was das Sammeln von Beweisen viel einfacher machen wird. Wir können eine Reihe von Schlüsselmessungen durchführen: Magnetfeldmessungen in Bezug auf einen globalen leitenden Ozean; und Gravitationsfeldmessungen unter Verwendung radiowissenschaftlicher Experimente, die Aufschluss geben können uns über die Massen- und Dichteverteilung verschiedener unterschiedlicher Schichten im Inneren”, sagte uns Bunce.
“Laser-Höhenmessermessungen können helfen, die Form des Mondes und die Gezeitendeformation zu identifizieren, die Energiequelle, die es ermöglicht, dass flüssiges Wasser unter der Oberfläche vorhanden ist; und Nahinfrarot-Spektroskopie kann die Chemie der Oberfläche sehr detailliert identifizieren.”
Bunce möchte wissen, warum Ganymed der einzige Mond ist, der ein von innen angetriebenes Magnetfeld hat, und wie tief und salzig seine Ozeane sein könnten. Das Magnetfeld des Mondes interagiert mit dem Feld seines Wirtsplaneten, und Polarlichter werden in Ganymeds Atmosphäre erzeugt.
„Die Erde hat ein Magnetfeld und eine Magnetosphäre, die eine wichtige Rolle dabei spielen, uns vor kosmischer Strahlung und den schädlichen Auswirkungen hochenergetischer Teilchen zu schützen, die von der Sonne emittiert werden. Ich bin daran interessiert, etwas über die Ähnlichkeiten und Unterschiede von Ganymed mit der Weltraumumgebung unseres eigenen Planeten zu erfahren.“ Sie sagte.
Die zweite Meereswelt, die Juice untersuchen wird, ist Europa, und sie wird die chemische Zusammensetzung des Mondes analysieren und nach Biosignaturen suchen. Bilder von Wasserdampffahnen, die von Europas Oberfläche schießen, wurden von anderen Raumfahrzeugen aufgenommen, und Juice wird die Pools flüssigen Wassers unter seiner eisigen Oberfläche kartieren.
Das Raumschiff wird jedoch nicht viel Zeit in der Nähe dieses Mondes verbringen, um seine Instrumente nicht zu verbrennen, da die Strahlungswerte in seiner Umgebung besonders hart sind. Die bevorstehende Europa Clipper-Sonde der NASA, die voraussichtlich nächstes Jahr starten wird, wird den Mond ebenfalls genauer beobachten, wenn er dort ankommt.
Juice kann dann mehr Zeit mit seinem sekundären Ziel verbringen: Callisto. Der zweitgrößte Jupitermond hat ein dunkles Äußeres, das mit weißen Flecken gesprenkelt ist. Seine Oberfläche ist mit Kratern von Einschlägen mit Asteroiden und Kometen bedeckt.
Callisto scheint geologisch nicht aktiv zu sein und ist durch die Gezeiten mit Jupiter verbunden. Astronomen glauben, dass sich seine Oberfläche im Laufe der Zeit nicht wesentlich verändert hat, was bedeutet, dass er Geheimnisse darüber preisgeben könnte, wie sich Jupiters System und andere ähnliche Gasriesensysteme gebildet haben.
Schließlich wird Juice auch Io und einige der kleineren Monde wie Metis, Adrastea, Amalthea und Thebe untersuchen. Da diese natürlichen Satelliten jedoch kein flüssiges Wasser enthalten, konzentriert sich das Raumschiff nicht so sehr auf sie wie Ganymed, Europa und Callisto.
Io ist vulkanisch aktiv, mit mehr als 400 Vulkanen, die Gas, Staub und ionisierte Materie in seine Atmosphäre speien. All dieses Material wird mit Jupiters Magnetfeld verwickelt. Io kann 400.000 Volt elektrisches Potential über sich und drei Millionen Ampere elektrischen Strom über seinen Körper entwickeln und erzeugt Blitze in Jupiters oberer Atmosphäre.
Astronomen wollen herausfinden, woraus die Oberfläche von Io besteht, wie sie mit Jupiter interagiert und wie sich die kleineren Monde des Planeten gebildet haben und ob sie sich im Laufe der Zeit verändern.
Saft wird Jupiter erst 2031 erreichen
Die 1,6 Milliarden Euro teure Juice-Mission ist die größte und ehrgeizigste Mission der ESA im Rahmen ihres Cosmic Vision-Programms, das bis 2025 dauern wird.
Juice hat die Form einer Waschmaschine mit riesigen Solarpaneelflügeln und wird das erste Raumschiff sein, das jemals einen anderen Mond als unseren eigenen umkreist. Es wird jedoch die letzte Sonde sein, die auf einer Ariane-5-Rakete gestartet wird, da die Europäische Agentur später in diesem Jahr mit der Einführung ihrer Ariane-6-Rakete der nächsten Generation beginnt.
Wissenschaftler und Weltraumfans, die begierig auf Entdeckungen über Jupiter und seine Hauptmonde sind, müssen sich noch gedulden. Die Reise von unserem Heimatplaneten zum Gasriesen ist lang. Um Treibstoff zu sparen, wird Juice 2024 mehrere Gravitationsunterstützungen durchführen, indem es an Erde und Mond vorbeifliegt, 2025 an der Venus und 2026 an der Erde und erneut 2029, bevor es hoffentlich im Juli 2031 am Jupiter ankommt.
Das jovianische System ist tückisch. Das Magnetfeld des Jupiter ist 20.000-mal stärker als das der Erde und erstreckt sich über eine Größe, die fast 15-mal größer ist als die der Sonne, was ihn zu einer der größten Strukturen im Sonnensystem macht. Die Strahlungspegel sind hoch, und die Ingenieure haben zusätzliche Vorkehrungen getroffen, um die Instrumente von Juice abzuschirmen und die Elektronik zu härten. In Entfernungen von mehr als 484 Millionen Meilen von der Sonne ist das Sonnenlicht 25-mal schwächer als hier auf der Erde, und Juice muss versuchen, mit seinen großen Solaranlagen so viel Energie wie möglich zu sammeln.
Die Instrumente von Juice sind: eine optische Kamera; ein Spektrometer für sichtbares und infrarotes Licht; ein UV-bildgebender Spektrograph; ein Submillimeterwelleninstrument; ein Radarlot; Laser-Höhenmesser; sein radiowissenschaftliches Experiment; ein Magnetometer; ein Partikelumgebungspaket; und ein Radio- und Plasmainstrument. Es unterstützt auch ein zusätzliches System namens Planetary Radio Interferometer and Doppler Experiment, das es Wissenschaftlern ermöglichen wird, seine Position und Geschwindigkeit im Weltraum mit bodengestützten Teleskopen auf der Erde zu untersuchen.
Das Raumschiff wird die meiste Zeit seiner Reise im Winterschlaf verbringen und den wissenschaftlichen Betrieb erst etwa sechs Monate vor seiner Ankunft am Jupiter aufnehmen, wo es weitere sechs Monate damit verbringen wird, den Gasriesen zu umkreisen. Als nächstes wird es zwischen 2032 und 2034 weiterziehen, um Callisto und Europa zu beobachten. Dann wird es Ganymed für den Rest seines Lebens umkreisen, bevor die Missionskontrolle seine endgültigen Befehle sendet, um auf die Mondoberfläche zu stürzen, um 2035 zerstört zu werden. Alles Insgesamt wird Juice insgesamt 35 Vorbeiflüge an den Wassermonden des Jupiters durchführen, wenn alles nach Plan läuft.
Die Meilensteine der Juice-Mission … Quelle: ESA
Dem italienischen Astronomen Galileo Galilei wird die Entdeckung der vier größten Monde des Gasriesen, Io, Europa, Ganymed und Callisto, mit einem selbstgebauten Teleskop im Jahr 1610 zugeschrieben. Er hielt sie zunächst für Planeten, erkannte aber später, dass es sich um Satelliten handelte. Durch seine Beobachtungen entwickelte Galilei seine Theorie, dass astronomische Objekte die Sonne umkreisen, und stellte alte Überzeugungen in Frage, dass die Erde etwas Besonderes sei und im Zentrum des Sonnensystems stehen müsse.
Mehr als vier Jahrhunderte später ist klar, dass die Erde höchstwahrscheinlich nur einer von vielen, vielen Planeten da draußen ist, die bewohnbar sind, und dass es wahrscheinlich sogar Monde gibt, die das Leben unterstützen. Wir können es kaum erwarten, es mit Sicherheit herauszufinden. ®
