Jupitermond Europa. Entdeckungsgeschichte. Erforschung. Erforschung. Innerer Aufbau. Physikalische Parameter

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1 Entdeckungsgeschichte *) gemeinsam mit den 3 anderen Jupitermonden entdeckt von Galileo Galilei und zeitgleich auch von Simon Marius *) Name aus der griechischen Mythologie Jupitermond Europa Vortrag zum Seminar Astrobiologie SS 2013 Susanne Pollack-Drs de.wikipedia.org *) anfangs auch benannt als Jupiter 2 bzw. 2. Mond Jupiters *) Entdeckung von Amalthea 1810 verdrängte Europa auf die dritte Position *) Voyager Missionen entdeckten im Jahr 1979 drei zusätzliche Monde Platz 6 Erforschung *) Pioneer 10 und Pioneer 11 besuchten als erste Jupiter 1973 und 1974 Flybys unscharfe Bilder Erforschung *) Voyager Missionen 1979 detailliertere Bilder von Europas che erste Spekulationen über das Innere und den flüssigen Ozean *) 1995 Galileo Mission 8 Jahre dauernde Mission rund um Jupiter 1973 Pioneer Voyager 1 Galileo: aus km de.wikipedia.org Galileo: aus km *) 2007 New Horizon auf ihrem Weg zu Pluto de.wikipedia.org Physikalische Parameter Radius: 1569 km che: 3.09x10 7 km 2 Volumen: 1.593x10 10 km 3 Masse: 4.80x10 22 kg Dichte: 3.01 g/cm 3 Albedo: 0.67 ± 0.03 chentemperatur: ~ -150 C Scheinbare Helligkeit: 5,29 Schwerebeschleunigung: 1,33 m/s 2 Europa umläuft uft Jupiter in 3 d 13 h 14,6 min gebundene Rotation Hussman H. et al., 2011, Advances in Space Research, 48, Innerer Aufbau *) gleicht den erdähnlichen Planeten da er aus Silikatgestein aufgebaut ist *) äußerste Schicht ist eine Wasser-Eis Eis-Schicht geteilt in: - flüssiges Wasser ~100 km bis 145 km - Eisschicht variabler Dicke *) Silikat-Mantel ~ 854 km *) Fe-FeS FeS Kern ~ 750 km

2 *) Vermutung eines flüssigen Ozeans unter der Eisschicht *) flüssig durch die Gezeitenkräfte Jupiters *) Wellenreibung im Ozean selbst *) radioaktive Elemente *) Wasser an der Grenze zur Eisschicht gefriert recht schnell wieder daher liegt der flüssige Ozean vermutlich tiefer, ab einer Tiefe von 25 bis 50 km *) Wassertaschen in 5 km Tiefe die aber nur einige Jahre überdauern zu wenig für f r die Entstehung von Leben Hinweise auf die Existenz des flüssigen Ozeans: *) durch HöhenH hen- und Schwerefeldmessungen *) Messungen mit einem Magnetometer *) Gezeitenverformung an der che *) zahlreiche lassen auf einen flüssigen Ozean und innere Aktivitäten ten schließen en *) chentemperatur von Europa schwankt im Durchschnitt von ~ -160 C C am Äquator bis -220 C C an den Polen *) bedingt durch diese Temperaturen ist die eisige Kruste hart wie Granit sehr kontroversielle Meinungen die Existenz des Ozeans betreffend -)) chaotischen Strukturen an der che sind ein direkter Hinweis darauf, dass flüssiges Wasser an die che gekommen ist Vetreter des thick-ice-model Ozean hat nur sehr wenig, wenn überhaupt mit der che interagiert Modell-Absch Abschätzungen ergeben eine Dicke von wenigen bis hin zu dutzenden Kilometern Der beste Beweis für f r das thick-ice- model erbringt die Studie von Europas großen Kratern Die größ ößten Impaktstrukturen sind umgeben von konzentrischen Ringen, scheinen gefüllt von flachem frischem Eis basierend auf diesen Überlegungen und Berechnungen über die Wärmeproduktion gibt es Abschätzungen über die Dicke der Schichten: äußere Eis-Kruste ~10 30 km dick mit einer warmen Eisschicht Dicke des Unterwasserozeans ~100 km Gesamtvolumen Europas Ozeans von 3x10 18 m 3 mehr als das Doppelte der Ozeane auf der Erde Thin-ice ice model: : Eiskruste Europas ist nur wenige Kilometer dick Planetologen sind skeptisch und behaupten, dass dieses Modell nur die obersten Schichten berücksichtigt, die durch die Gezeitenkräfte Jupiters verbogen werden Biegsamkeits-Analysen äußere elastische Teil der Kruste ist nur 200 m dick regelmäß äßig flüssiges Inneres an die che offene RückenR

3 de.wikipedia.org Schwaches Magnetfeld *) schwaches Magnetfeld bei Vorbeiflügen der Galileo-Sonde gemessen (1/6 der Stärke des Magnetfelds von Ganymed, 6-fache des Werts von Callisto) *) verändert sich, während w Europa sich durch die Magnetosphäre Jupiters bewegt *) aufgrund von Galileo Daten RückschlR ckschlüsse sse darauf, dass sich unter der che Europas eine elektrisch leitende Flüssigkeit befindet Ozean aus Salzwasser *) spektroskopische Untersuchungen ergaben, dass die dunklen roten Streifen und Strukturen an der che reich an Salzen, wie zb. Magnesium-Sulfat sind. Schwaches Magnetfeld *) ausgetretenes Salzwasser verdampft Salze abgelagert *) Salze im allgemeinen farblos andere Elemente, wie Schwefel oder Eisen *) Schwefelsäure *) Europa besitzt mit einer Albedo von 0,64 eine der hellsten Mondoberflächen im Sonnensystem. *) che ist ziemlich eben mit Furchen geringer Tiefe überzogen *) für f r Albedo Erscheinungen gehalten *) die rötliche r Färbung F stammt von abgelagerten Mineralen Tektonisch sehr aktive und junge che kaum Krater zu sehen Auffallend: dunklen Streifen, die die ganze che überziehen, wie ein Netz: Lineae - Lineae *) Netzwerk aus kreuz und quer verlaufenden Furchen und Gräben *) starke Ähnlichkeit mit Rissen und Verwerfungen auf Eisfeldern der Erde *) größ ößeren sind 20 km breit *) undeutliche äußere RänderR *) gefüllt mit hellem Material *) die Ränder R der Kruste haben sich relativ zu einander bewegt - Lineae Entstehung: -)) durch Kryovulkanismus -)) Ausbruch von Geysiren aus warmen Wasser wodurch die Eiskruste auseinandergedrückt wird wärmere untere Schichten nach oben -) ähnliche Effekte wie bei den ozeanischen Rücken R auf der Erde -)) Ursache der Gezeitenreibung

4 - Lineae Versuch Mustererkennung in den Strukturen Vorhersagbarkeit funktioniert nur für r sehr junge Strukturen Je älter sie Struktur, umso unterschiedlichere Orientierung weisen sie auf Europas Äußeres rotiert schneller als das Innere *) kreis- und ellipsenförmige Gebilde Lenticulae ( Flecken ) *) Erhebungen ( engl. Domes), Vertiefungen, ebene dunkle Flecken *) Spitzen der Domes schauen aus, als wäre altes Material rund herum Theorie der Entstehung der Lenticulae: *) durch aufsteigendes wärmeres w Eis durch das kalte Eis der Kruste (Diapir), ähnlich Magmakammern in der Erkruste *) bei diesem aufsteigenden Prozess sind die Domes entstanden *) ebenen dunklen Flecken: vermutlich Schmelzwasser, als das warme Eis durch die che drang *) Bereiche mit stark zerrütteten Strukturen chaotische Zonen wie zb. Conemara Chaos aus vielen kleinen Krustenstücken entstanden, wie ein Puzzle aus Bruchstücken cken von glattem Eis umgeben, eingebettet in dunkles Material Nahaufnahme, 250 m hohe Peaks Eisberge in einem gefrorenen See Alternativ-Hypothese: Lenticulae sind aktuelle kleine chaotische Gebiete, Flecken, Domes, sind nur Artefakte einer Überinterpretation an niedrig aufgelösten Galileo-Bildern Eis ist zu dünn, d um ein konvektives Modell zu unterstützen tzen November 2011 Forscherteam der Universität t in Texas erbrachten im Journal Nature den Beweis, dass diese chaotischen Strukturen oberhalb von großen Seen mit flüssigem Wasser liegen müssen tatsächliche Überprüfung kann nur anhand einer Mission zu Europa erfolgen - Krater Pwyll jüngste Struktur auf Europa, ~26 km im Durchmesser, Fläche von Oregon und Washington gemeinsam helles Auswurfmaterial rundherum

5 Dunkles Band sichtbar: Belus Linea als TrippelTrippel-Band bezeichnet, helles Band in der Mitte, diffuse äußere Ränder, aufgrund von GeysirGeysir-Aktivitä Aktivität an die Obeflä Obefläche gebracht B: zentraler Peak in der Mitte C: Krater Ring E: Auswurf-Material F: Ablagerungen von an die che gekommenem Material PIA Greenberg et al. Mosaik zweier Aufnahmen, 17 x 49 km, überlappende Bergrücken und Brüche tektonische Scherungen Fließstrukturen Flüsse höchstauflösendste Aufnahme, 9.6 x 16 km, schneidende Wälle und Täler durch tektonische Prozesse entstanden, schlangenförmige und knotige Gebilde aufgrund von noch unbekannten Prozessen 48 x 91 km Bildausschnitt: Macula, groß große runde Struktur in der Bildmitte, entstanden durch den Einschlag eines groß großen Meteoriten auffä auffälligen doppelten doppelten Bergrü Bergrücken links oben vermutlich Rest eines groß großen Kraters Bild von der Jupiter abgewandten Seite komplexer Bergrü Bergrücken rechts oben ist ein zerklü zerklüftetes Gebiet Entstehung unbekannt, ähnlich Packeisschollen in Polgebieten auf der Erde halbkreisfö halbkreisförmige Aufwö Aufwölbungen von tieferen Schichten umgeben, Material aus dem Inneren in die Kruste Tripel Band: lö löst sich auf in ein System aus 6 km breiten Hö Höhenzü henzügen von denen manche 180 m hoch sind

6 Doppel Rücken R 300 m hoch, Abstand zwischen den beiden Rücken beträgt 2,6 km Vergleich mit Erde Vergleich: Europa - Erde Atmosphäre *) spektrographische Untersuchungen mit dem Goddard High Resolution Spectrograph des Hubble Space Teleskops *) dünne d Atmosphäre aus molekularem Sauerstoff mit einem Druck von bar *) dünne d Ionosphäre aus geladenen Teilchen erzeugt durch Sonneneinstrahlung und energetischen Partikeln aus Jupiters Magnetosphäre *) Sauerstoff-Atmosph Atmosphäre ist nicht biologischen Ursprungs sondern entsteht durch Radiolyse (=Dissoziation von Molekülen len durch Strahlung) Atmosphäre Potential für f r extraterrestrisches Leben UV-Strahlung und geladene Teilchen von Jupiter treffen auf Europas Eis-Oberfl che Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gelangen in die Atmosphäre auch innerhalb der Atmosphäre gibt es einen Zusammenstoß zwischen Partikeln molekularer Sauerstoff ist der dichteste Bestandteil der Amtosphäre lange Lebenszeit ein Teil des Sauerstoffs gelangt in den Ozean entweichender Wasserstoff und Sauerstoff formt einen Torus um Europa neutrale Wolke entdeckt von Galileo und Cassini Calvin J. Hamilton, Voyager Project, JPL, NASA Copyright: J. Holden / umass.edu Da genug Sauerstoff in den Ozean gelangt sein könnte, k könnte k sich potentielles Leben entwickelt haben in diesem Unterwasserozean Vergleich zur Erde mit Tiefsee (Black Smoker, hydrothermale Quellen) und Antarktis (Lake Vostok) Mikroben gefunden sauerstoffunabhängige ngige Mikroorganismen ernähren sich von Wasserstoff und Kohlendioxid, atmen Rost, erzeugen magnetisches Eisen Salze von Fe, Mn, Cu und Zink

7 Potential für f r extraterrestrisches Leben Potential für f r extraterrestrisches Leben Copyright: J. Holden / umass.edu Wasserstoffperoxid und Flächen mit konzentrierter Schwefelsäure vermutlich stammt die Säure S aus dem unterirdischen Ozean Schwefel aus untermeerischem Vulkanismus Schwefel von Io? Bis 1970 war man der Überzeugung, dass Leben von Sonnenenergie abhängig ist Auch Lebewesen tief im Ozean könnten nur von Plankton leben oder von Planktonfressenden Tieren Copyright: J. Holden / umass.edu 1977 während einer Galapagos Expedition wurden Würmer, W Muscheln, Krebse rund um diese black smoker gefunden kein Zugang zu Sonnenlicht, unabhängiger ngiger Nahrungskreislauf, anstatt Pflanzen ernähren sie sich von Bakterien, die sich wiederum von Wasserstoff oder Schwefelwasserstoff ernähren Chemosynthese möglicherweise genug Sauerstoff über die Jahre eingelagert Exobotanik Blumen auf Europa? Arktischer Mohn Copyright: Ansgar Walk/GNU FDL Physiker und Zukunftsforscher Freeman Dyson hat aufgerufen außerirdisches Leben in Form von Blumen zu suchen, wie sie auch in extremen arktischen Gebieten vorkommen Ziel seiner exobotanischen Exkursion: Eismonde Leben in Form von Blumen mit parabolförmigen rmigen Blüten zum effizienten Einfangen von Sonnenlicht wie zb. der arktische Mohn en.wikipediea.org Geplante Missionen *) HADES mission concept astrobiological survey of Jupiter s s icy moon Europa bestehend aus: Orbiter Lander Kryobot Orbiter: Existenz flüssigen Wassers, interne Struktur Lander: dynamische Strukturen und die che Kryobot soll auf der che landen sich durch das Eis durchschmelzen Mini Uboot (Hydrobot) freisetzen *) 2012: Jupiter Icy Moon Explorer *) in den frühen 2000: Jupiter Orbiter Europa + Jupiter Ganymed Orbiter Geplante Missionen 2020 Europa Jupiter System Mission JIMO Jupiter Icy Moons Orbiter stroniert in 2006 Europa Orbiter storniert 2002 chenmodell: Euro 11 x 11 km Quellen -) -)) Kargel et al., (2000),Europa`s crust and ocean: origin, composition and the prospects for life, Icarus 148, )) Krishan K. Khurana et al., 2002, Searching for liquid water in Europa by using surface observatories, Astrobiology, Volume 2 -)) Chyba et al., 1998, Radar detectability of a subsurface ocean on Europa, Icarus 134, )) Böttcher B T. et al., 2008, The HADES mission concept- astrobiological survey of Jupiter s s icy moon Europa, Geophysicsl research abstracts -)) M.H. Carr et al., 1998, Evidence for a subsurface ocean on Europa, Nature, Volume 391 -)) G. Tobie et al., 2010, Surface, subsurface and atmosphere exchanges on the satellites of the outer Solar System, 153, Space Sci Review ew -)) R. Greenberg et al., 1998, Tectonic processes on Europa: tidal stresses, mechanical response, and visible features