Hubble-Beobachtungen erbringen Beweis für Untergrund-Ozean auf Jupitermond Ganymed

Grafische Darstellung des Aufbaus des größten Jupitermondes Ganymed auf der Grundlage der neusten Hubble-Beobachtungen. (Illu.). | Copyright: NASA, ESA, and A. Feild (STScI), (dt.: grewi.de)

Köln (Deutschland) - Rund 800 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt, umkreist Ganymed als größter der vier Jupitermonde seinen Planeten. Damit befindet sich Ganymed deutlich außerhalb der klassischen "habitablen Zone", innerhalb derer sich Planeten (und damit auch deren Monde) eigentlich befinden müssen, damit aufgrund gemäßigter Temperaturen Wasser in flüssiger Form und damit die Grundlage zumindest des irdischen Lebens existieren kann. Dennoch gibt es auch auf derartigen Eismonden um Gasplaneten flüssige Salzwasserozeane, die jedoch unter einer kilometerdicken Eisschicht verborgen sind - beispielsweise auf dem Saturnmond Enceladus (...wir berichteten). Ob auch Ganymed einen solchen verborgenen Ozean beherbergt, war unter Planetenwissenschaftlern bislang umstritten (...wir berichteten). Jetzt aber haben Wissenschaftler anhand von Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble deutliche Hinweise für die Existenz eines solchen Ozeans auf Ganymed gefunden.

Während bislang lediglich theoretische Modelle einen unter der rund 150 Kilometer dickem Eiskruste verborgenen Ozean nahelegten, wurde das Weltraumteleskop nun von einem internationalen Forscherteam zur Beobachtung der Polarlichter auf Ganymed benutzt, die auch auf dem Jupitermond durch die Interaktion geladener kosmischer Teilchen mit dem globalen Magnetfeld dieses Mondes entstehen.

Da das dipolare Magnetfeld Ganymeds direkt bis zum Kern des Mondes hinabreicht, würde auch ein zwischen Oberfläche und Kern befindlicher saliner Ozean die Dynamik dieses Magnetfeldes beeinflussen, wenn es mit dem gewaltigen Magnetfeld des Jupiter interagiert, das Ganymed gänzlich einhüllt.


Künstlerische Darstellung der Polarlichter auf dem größten Jupitermond Ganymed (Illu.). | Copyright: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

Da Teleskope aber nicht ins Innere von Planeten und Monden blicken können, stellen Polarlichter innerhalb deren Magnetfelder eine einzigartige Möglichkeit dar, das Innere solchen Welten auch aus der Ferne zu erkunden.

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Immer dann, wenn sich das Magnetfeld des Jupiter etwa alle 10 Stunden verändert, gerät auch das Magnetfeld Ganymeds in Bewegung und die Polarlichter beginnen zu flackern. Durch das Studium dieser Hin- und Herbewegungen der Polarlichter auf Ganymed konnten die Forscher um Professor Joachim Saur von der Universität zu Köln nun auf einen gewaltigen Salzwasserozean auf dem Jupitermond schließen, der dessen Magnetfeld beeinflusst. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Journal of Geophysical Research: Space Physics" (DOI: 10.1002/2014JA020778) veröffentlicht.

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"Unsere Grundüberlegung war, dass durch einen vorhandenen Salzwasserozean im Wechselspiel mit dem Magnetfeld des Jupiter ein zweites Magnetfeld erzeugt werden müsste, dass dem Magnetfeld des Jupiter entgegenwirkt", erläutern die Forscher. "Diese 'magnetische Reibung' würde die erwartete Bewegung der Polarlichter stark unterdrücken. Ein solcher Ozean würde sozusagen also stark gegen das Jupiter-Magnetfeld ankämpfen, so dass die Bewegung der Polarlichter nur noch 2 Grad betragen würden - statt 6 Grad im Falle, dass kein verborgener Ozean existiert."


Grafische Darstellung der Bewegung der Polarlichter auf Ganymed mit (r.) und ohne (l.) Untergrundozean. | Copyright: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

Tatsächlich fanden die Wissenschaftler genau diese Werte durch die Hubble-Beobachtungen nun bestätigt und schließen so auf einen rund 100 Kilometer tiefen Ozean, der damit etwa zehn mal so tief wie die irdischen Meere wäre, jedoch unter einer rund 150 Kilometer dicken Eiskruste verborgen liegt.

Neben Ganymed beherbergen wahrscheinlich auch die Jupitermodes Europa und Kalisto, sowie der Saturnmond Enceladus und Mimas unter Eiskrusten verborgene Ozeane. Selbst die Monde Triton um Neptun und Charon sowie dessen Mutterzwergplanet Pluto stehen im Verdacht verborgene Ozeane zu besitzen.


Der Jupitermond Ganymed in einer Aufnahme der NASA-Sonde Galileo. | Copyright: NASA

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Warten auf Philae...

Während europäische Kometenforscher derzeit gespannt darauf hoffen, dass der Kometenlander "Philae" der Rosetta-Mission zum Kometen Churyumov-Gerasimenko im Sonnenlicht wieder geweckt werden kann und gespannt auf erste Signale der Landeeinheit warten, verkürzen wir Ihnen das Warten mit zwei Trickfilmen der ESA, die die bisherige Rosetta-Mission zusammenfassen. Nicht nur für die Kleinen…

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NASA präsentiert Beweise für hydrothermale Aktivität auf Saturnmond Enceladus

Künstlerische Darstellung der hydrothermalen Aktivität im Ozean des Saturnmondes Enceladus (Illu.) | Copyright: NASA/JPL

Washington (USA) - Neuste Daten der US-amerikanisch-europäischen Saturnmission "Cassini-Huygens" erbringen erstmals gleich zweifach eindeutige Beweise dafür, dass es auf dem Saturnmond Enceladus hydrothermale Aktivität gibt, wie sie Prozessen am Grund unserer irdischen Ozeane gleichen und die Grundlage für lebensfreundliche Umweltbedingungen sind. Der Nachweis einer solchen Aktivität auf einem fremden Planeten bzw. Mond hat bedeutende Auswirkung auf unsere Vorstellung von Eismonden auch jenseits der klassischen habitablen Zonen als potentiell lebensfreundliche Welten.

Anm. d. GreWi-Redaktion vorab: Bei dieser Meldung handelt es sich NICHT um die für heute angekündigten Ergebnisse der Beobachtungen des Jupiter-Mondes Ganymed mit dem Weltraumteleskop Hubble. Auch dieser sollen jedoch bedeutende Auswirkungen für die Suche nach außerirdischem Leben haben (...wir berichteten). Sobald diese vorliegen, wird GreWi aber natürlich auch darüber berichten...

"Diese Entdeckung zeigt nicht nur, dass Enceladus - unter dessen eisiger Schicht sich ein flüssiger Wasserozean befindet (...wir berichteten) - faszinierende geologische Aktivität aufweist, sondern erhöht auch die Wahrscheinlichkeit, dass sich in diesem bis zu 10.000 Meter tiefen Ozean Orte finden, an denen geeignete Umweltbedingungen für lebende Organismen existieren", zeigt sich der stellvertretende Administrator des Science Mission Directorate der NASA, John Grunsfeld, von den neusten Ergebnissen begeistert.

Wie die NASA-Pressemitteilung erläutert, entsteht hydrothermale Aktivität, wenn Meerwasser in die felsige Kruste des Meeresbodens eindringt, mit dieser reagiert und wieder als erhitze und stark mit Mineralen angereicherte Lösung zutage bzw. ins Wasser tritt.

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Die Beweise für derartige Aktivität nun auch auf einem anderen Himmelskörper als unserer Erde werden in gleich zwei Fachartikeln beschrieben:

Zum einen beschreiben die Forscher um Sean Hsu von der University of Colorado und Dr. Frank Postberg vom Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg und am Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart im Fachjournal "Nature" (DOI: 10.1038/nature14262) die Entdeckung mikroskopisch kleiner Gesteinskörner im Saturn-System, die stark siliziumhaltig sind und in derselben Entfernung wie Enceladus um den Saturn kreisten. Am wahrscheinlichsten entstanden diese Partikel durch Prozesse, bei denen heißes und mineralreiches Wasser aus dem Mondinnern aufstieg und dabei mit kälterem Wasser in Berührung kam. "Um diese Partikel zu erzeugen, benötigt es Wassertemperaturen von mindestens 90 Grad Celsius", so die Forscher.

In einem Ausschlussverfahren ermittelten die Forscher, dass es sich bei diesen Partikeln um Siliziumdioxid-Körner handeln muss, die auf der Erde in Sand und dem Mineral Quarz vorkommen. Die immer gleiche Größe dieser Körner - die größten waren etwa sechs bis neun Nanometer groß - gab den entscheidenden Hinweis, dass ein bestimmter Prozess dafür verantwortlich sein könnte: Auf der Erde bilden sich Siliziumdioxid-Körner dieser Größe meist durch hydrothermale Aktivität unter einer Reihe von bestimmten Bedingungen, nämlich dann, wenn leicht alkalisches Wasser mit nur mäßigem Salzgehalt, das zugleich mit Siliziumdioxid übersättigt ist, einem großen Temperaturgefälle ausgesetzt ist. "Wir haben methodisch nach anderen Erklärungen für die winzigen Siliziumdioxid-Körnchen gesucht, aber jedes neue Ergebnis war ein Hinweis auf einen einzigen, sehr wahrscheinlichen Ursprung", erklärt Postberg.

Zudem lege die extrem kleine Größe der Siliziumdioxid-Partikel nahe, dass die Teilchen von ihrem hydrothermalen Ursprung relativ schnell nach oben nahe an die Oberfläche zu den Quellen der Geysire des Mondes wandern. Die Strecke vom Meeresboden bis ins Weltall, eine Distanz von etwa 50 Kilometern, durchqueren die Körnchen in einer Zeit von einigen Monaten bis einigen Jahren - andernfalls würden sie zu deutlich größeren Partikeln heranwachsen.

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Im zweiten Artikel, beschreiben Forscher um Alexis Bouquet von der University of Texas und Hunter Waite vom Southwest Research Institute im Fachjournal "Geophysical Research Letters" (GRL; DOI: 10.1002/2014GL063013) hydrothermale Aktivität als eine von zwei wahrscheinlichsten Quellen von Methan, das direkt in den Geysiren aus Eis und Gasen nachgewiesen werden konnte, die in der Südpolregion von Enceladus ins All schießen.

Wie die Forscher erläutern, führen erwartet hohen Druckverhältnisse im Enceladus-Ozean demnach zur Bildung sogenannter Clathrate, die Methanmoleküle innerhalb einer Wasserkristallstruktur binden können. Mit ihren Computermodellen belegen die Wissenschaftler, dass ein solcher Prozess derart effizient sei, um den Ozeanboden auf Enceladus derart abzureichern, sodass dieser für die bislang nur schwer zu erklärenden Methanmessungen in den Fontänen verantwortlich sein kann.


Schematische Darstellung jenes Prozesses, durch den Methan – wie von Cassini gemessen - in die Enceladus-Geysire gelangen kann. | Copyright: NASA/JPL

Während es in einem von den Forschern vorgestellten Szenario hydrothermale Prozesse sind, die den Ozeanboden schneller mit Methan anreichern, als dieses wieder zu Clatheraten umgewandelt werden kann, könnten letztere von den Geysiren selbst an die Oberfläche gepumpt werden, wodurch sie das in ihnen gebundene Methan freisetzen, wie Bläschen in einer Sektflasche.

Zusammen mit der in "Nature" beschriebenen Entdeckung der Kleinstpartikel befürworten die Autoren der GLR-Studie jedoch das Szenario hydrothermaler Quellen am Ozeanboden.

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