Es wird angenommen, dass der Jupitermond Europa unter seiner hellen, frostigen Hülle einen salzigen Ozean beherbergt, was ihn zu einem der bewohnbarsten Orte unseres Sonnensystems machen könnte.
Aber das Leben, wie wir es kennen, braucht Sauerstoff. Und es ist eine offene Frage, ob Europas Ozean darüber verfügt.
Jetzt haben Astronomen herausgefunden, wie viel von dem Molekül auf der Oberfläche des eisigen Mondes entsteht, das eine Sauerstoffquelle für das Wasser darunter sein könnte. Die Ergebnisse, die am Montag in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurden und auf Daten der Juno-Mission der NASA basieren, deuten darauf hin, dass die gefrorene Welt weniger Sauerstoff erzeugt, als einige Astronomen vielleicht erhofft hatten.
„Es liegt am unteren Ende dessen, was wir erwarten würden“, sagte Jamey Szalay, ein Plasmaphysiker an der Princeton University, der die Studie leitete. Aber „es ist nicht völlig unerschwinglich“ für die Bewohnbarkeit, fügte er hinzu.
Auf der Erde pumpt die Photosynthese von Pflanzen, Plankton und Bakterien Sauerstoff in die Atmosphäre. Auf Europa funktioniert der Prozess jedoch anders. Geladene Teilchen aus dem Weltraum bombardieren die Eiskruste des Mondes und zerlegen gefrorenes Wasser in Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle.
„Die Eishülle ist wie Europas Lunge“, sagte Dr. Szalay. „Die Oberfläche, die den Ozean darunter vor schädlicher Strahlung schützt, atmet gewissermaßen.“
Astronomen spekulieren, dass dieser Sauerstoff in die wässrige Unterwelt Europas gelangen könnte. Wenn ja, könnte es sich mit vulkanischem Material vom Meeresboden vermischen und „eine chemische Suppe erzeugen, die am Ende Leben hervorbringen könnte“, sagte Fran Bagenal, Planetenforscherin an der University of Colorado Boulder.
Der Juno-Orbiter, der 2011 gestartet wurde, um herauszufinden, was sich unter Jupiters dichtem Wolkenschleier verbirgt, befindet sich nun auf einer ausgedehnten Mission zur Erforschung der Ringe und Monde des Planeten. An Bord des Fahrzeugs befindet sich ein Instrument namens JADE, kurz für Jovian Auroral Distributions Experiment. Dr. Szalays Team untersuchte die von JADE gesammelten Daten, als Juno durch das Plasma flog, das Europa umhüllte.
Aber das Team suchte nicht direkt nach Sauerstoff; es zählte Wasserstoff. Da das Molekül so leicht ist, schwebt der gesamte an der Oberfläche Europas erzeugte Wasserstoff hoch in die Atmosphäre. Sauerstoff, der schwerer ist, hängt eher tiefer oder bleibt im Eis eingeschlossen.
Aber beide Moleküle stammen aus derselben Quelle: zersetztes gefrorenes H₂O.
„Wenn wir also den Wasserstoff messen, können wir direkt bestimmen, wie viel Sauerstoff produziert wird“, sagte Dr. Szalay.
Das Team fand heraus, dass die Oberfläche Europas pro Sekunde etwa 13 bis 40 Pfund Sauerstoff erzeugt. Das sind über 1.000 Tonnen pro Tag, etwa genug, um das Footballstadion der Dallas Cowboys 100 Mal im Jahr zu füllen.
Während frühere Studien von sehr unterschiedlichen Bereichen berichteten, bis zu 2.245 Pfund pro Sekunde, zeigt dieses Ergebnis, dass das obere Ende dieses Bereichs unwahrscheinlich war. Laut Dr. Bagenal beeinträchtigt dies jedoch nicht unbedingt das Bewohnbarkeitspotenzial Europas.
„Wir wissen nicht wirklich, wie viel Sauerstoff man braucht, um Leben zu ermöglichen“, sagte sie. „Daher ist die Tatsache, dass sie niedriger ist als einige frühere Wunschschätzungen, kein großes Problem.“
Die Untersuchung der Atmosphäre Europas sei „ein wichtiges Puzzleteil, um mehr über den Mond als System zu erfahren“, sagte Carl Schmidt, ein Planetenwissenschaftler an der Boston University, der nicht an der Arbeit beteiligt war.
Die Ergebnisse bestätigen jedoch nur die Menge an Sauerstoff, die im Eis entsteht. Die Studie verrät nicht, wie viel des Moleküls in die Atmosphäre gelangt oder wie es das Eis durchdringen und den Ozean darunter anreichern könnte.
Mit anderen Worten, sagte Dr. Schmidt: „Wir haben immer noch keine Ahnung, wie stark der Rückgang im Vergleich zum Anstieg ist.“
Juno wird keine weiteren nahen Vorbeiflüge an der globalen Wasserwelt machen, aber Missionen der nächsten Generation, die speziell auf die Erforschung Europas ausgerichtet sind, könnten weitere Antworten finden. Der Jupiter Icy Moons Explorer der Europäischen Weltraumorganisation, der voraussichtlich 2031 das Jupitersystem erreichen wird, soll die Existenz und Größe des europäischen Ozeans bestätigen. Und der Europa Clipper der NASA, dessen Start für Oktober geplant ist, wird untersuchen, wie die eisige Hülle des Mondes mit dem Wasser darunter interagiert.
Im Moment haben die Astronomen alle Hände voll zu tun mit den Daten von Juno. Obwohl der Vorbeiflug nur wenige Minuten dauerte, war es das erste Mal, dass die Zusammensetzung des Plasmas in der Nähe der Atmosphäre Europas direkt gemessen wurde.
„Das ist nur die Spitze des Eisbergs“, sagte Dr. Szalay. „Viele Jahre lang werden wir nur durch diesen einen Vorbeiflug graben, um den ganzen Schatz zu finden.“
