Die Geheimnisse des untereiszeitlichen Ozeans entdecken: Erkundungsreise mit dem Europa Clipper

Autor | Feng Ziyang

Wirtschaftsprüfung | Huang Jian

Herausgeber | Zhao Jingyuan

Künstlerisches Bild von Europa Clipper (Bild mit freundlicher Genehmigung der NASA)

Am 15. Oktober 2024 um 00:06 Uhr Pekinger Zeit wurde der von der National Aeronautics and Space Administration (NASA) entwickelte Europa Clipper (auch Europa Clipper übersetzt) ​​erfolgreich mit einer schweren Falcon-Rakete im Kennedy Space Center gestartet und markierte damit den Beginn der interplanetaren Mission des Europa Clipper. Ziel der Mission ist es, die Raumsonde Europa Clipper in eine vorbestimmte Umlaufbahn in der Nähe des Jupiters zu bringen und etwa 50 Vorbeiflüge am Jupitermond Europa durchzuführen, um die geologischen Bedingungen und die Bewohnbarkeit dieses Jupitermondes zu untersuchen. Es wird erwartet, dass es im Jahr 2030 die Umlaufbahn des Jupiters erreicht. Europa Clipper trägt neun wichtige wissenschaftliche Instrumente. Es handelt sich nicht nur um die größte Planetensonde, die die NASA je gebaut hat, sondern auch um die größte Planetenerkundungsmission, in die die NASA je investiert hat. Die gesamten Kosten der Mission werden voraussichtlich etwa 5,2 Milliarden US-Dollar betragen. Welchen Wert hat dieser Satellit? Was kann Menschen dazu bewegen, eine so große Investition zu tätigen? Dies muss mit der Umwelt Europas beginnen.

Europa Clipper wurde erfolgreich gestartet (Bild von SpaceX)

Europa wurde im Januar 1610 vom italienischen Astronomen Galileo Galilei und dem deutschen Astronomen Simon Marius entdeckt. Unter den derzeit 95 bekannten Jupitermonden ist er der sechstnächste zu Jupiter. Von den vier Galileischen Monden (Io, Europa, Ganymed und Kallisto) hat Europa die geringste Masse und den geringsten Durchmesser. Mit einem Durchmesser von nur 3.121,6 Kilometern ist er etwas kleiner als der Mond. Da Europa fünfmal weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde, beträgt die Sonnenstrahlung, die es empfängt, nur 1/25 der Strahlung, die die Erde empfängt.

Vier Galileo-Satelliten (Bild mit freundlicher Genehmigung der NASA)

Zuvor hatten bereits Sonden wie Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, Galileo und Juno grobe Untersuchungen dieses Satelliten durchgeführt. Diese Untersuchungen zeigten, dass Europa reich an organischen Elementen wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff usw. ist und seine Oberfläche hauptsächlich aus Wassereis und Gestein besteht. Unter diesen Eisschichten könnte sich ein riesiger Ozean aus flüssigem Wasser befinden, der die Oberfläche Europas neu formen könnte. Es gibt Hinweise darauf, dass dieser subglaziale Ozean seit 4,5 Milliarden Jahren existiert und lebenswichtige Elemente enthält. Er könnte also ein Ort sein, an dem Leben entstanden sein könnte. Möglicherweise kommt es auch unter dem Ozean von Europa zu Magmabewegungen, genau wie auf der Erde. Unter der Einwirkung der Gezeitenheizung wird das flüssige Tiefenwasser Europas gelegentlich wie bei einem Vulkanausbruch aus der Oberfläche geschleudert, was zu intensiver hydrothermaler Aktivität führt. Diese Bewegungen haben die Oberfläche und sogar die innere Struktur Europas stark beeinflusst und diese warme Umgebung könnte für das Überleben von Mikroorganismen geeignet sein.

Europas subizider Ozean (künstlerisches Bild) (Bild mit freundlicher Genehmigung der NASA)

Auf der Oberfläche Europas gibt es zahllose schwarze und rotbraune Risse. Dabei könnte es sich um einzigartige Landschaftsmerkmale handeln, die durch die Bewegung von Eisschichten entstanden sind, die denen der Erdplatten ähneln, und die Salz- und Schwefelverbindungen enthalten könnten. Einige Doppelgratstrukturen auf der Oberfläche stehen mit Strahlen aus flüssigem Wasser in Zusammenhang.

Der mysteriöse Eismond Europa (Bild mit freundlicher Genehmigung der NASA)

Die Erkundungsmission Europa Clipper verfolgt drei wichtige wissenschaftliche Ziele: Erstens, die Dicke der Eisdecke Europas zu ermitteln und den Wechselwirkungsprozess zwischen der oberflächlichen Eisschicht und dem subglazialen Ozean zu bestätigen; zweitens, die chemischen Eigenschaften der Hauptverbindungen in der Wassereisstruktur und ihre Beziehung zur chemischen Zusammensetzung des subglazialen Ozeans zu untersuchen; darüber hinaus müssen die geologischen Eigenschaften des Satelliten untersucht werden. Durch diese Entdeckungen können Wissenschaftler die innere Struktur und Umgebung von Europa besser verstehen und dann feststellen, ob in seinem unterirdischen Ozean die Bedingungen herrschen, die Leben begünstigen.

Die Flugroute von Europa Clipper (Bild mit freundlicher Genehmigung der NASA)

Mit diesen Zielen vor Augen machte sich Europa Clipper auf den Weg. Allerdings bergen die Reise nach Europa noch immer enorme Risiken und Herausforderungen. Ende Februar/Anfang März 2025 wird sie in einer Entfernung von 500 bis 1.000 Kilometern von der Marsoberfläche ankommen und dabei die Schwerkraft des Mars zur Beschleunigung nutzen. Im Dezember 2026 soll Europa Clipper in die Nähe der Erde zurückkehren, in einer Höhe von etwa 3.200 Kilometern an der Erde vorbeifliegen und die Schwerkraft der Erde zur weiteren Beschleunigung nutzen, wodurch die Sonde genügend Energie erhält, um zum etwa 500 Millionen Kilometer entfernten Jupiter zu fliegen. Im April 2030 wird Europa Clipper ein sechsstündiges Bremsmanöver durchführen, um in die Umlaufbahn des Jupiters einzutreten. Danach wird Europa Clipper mehrmals die Umlaufbahn wechseln, um die gewünschte Umlaufbahn zu erreichen. Der erste Vorbeiflug von Europa Clipper an Europa wird für das Frühjahr 2031 erwartet, gefolgt von mehreren Vorbeiflügen an diesem faszinierenden Satelliten über drei Jahre hinweg. Die Sonde wird in einem Mindestabstand von nur 25 Kilometern über der Oberfläche von Europa vorbeifliegen und so eine detaillierte wissenschaftliche Untersuchung des Mondes sowie das Sammeln von Daten über seine dünne Atmosphäre, Oberfläche, Eiskruste und den subglazialen Ozean ermöglichen. Wenn die Mission im September 2034 abgeschlossen ist, wird Europa Clipper auf der Oberfläche von Ganymed, einem weiteren Mond des Jupiters, aufprallen und damit seine Mission beenden.

Die Umlaufbahn von Europa Clipper (Bild mit freundlicher Genehmigung der NASA)

Um sicherzustellen, dass der Europa Clipper seine Mission auch in extremen Umgebungen normal erfüllen kann, hat die NASA unzählige „schwarze Technologien“ eingesetzt. Am attraktivsten sind die beiden langen Solarmodule. Im ausgeklappten Zustand kann die Länge 30,5 Meter erreichen. Es handelt sich um die größten Solarmodule, die derzeit von der NASA entwickelt werden. Sie werden den Europa Clipper bei den extrem niedrigen Temperaturen in der Umlaufbahn des Jupiters mit großen Mengen Strom versorgen. Die Raumfahrzeugplattform besteht aus einem zylindrischen Antriebsmodul aus Aluminium und einer fünf Meter langen rechteckigen Box, die eine 150 Kilogramm schwere Abschirmkammer aus Titan, Zink und Aluminium enthält, die elektronische Komponenten vor der Strahlung des Jupiters schützt.

Europa Clipper ist etwas länger als ein normaler Basketballplatz (Bild mit freundlicher Genehmigung der NASA)

Europa Clipper trägt neun hochpräzise wissenschaftliche Instrumente an Bord, darunter das Europa Thermal Emission Imaging System (E-THEMIS) zum Aufspüren geologisch aktiver Gebiete, das Europa Mapping Imaging Spectrometer (MISE) zur Analyse der chemischen Zusammensetzung gesammelter Proben, das Europa Imaging System (EIS) zur geologischen Kartierung, das Europa Ultraviolet Spectrometer zum Aufspüren von Eruptionsfahnen, das Europa Assessment and Sounding Radar (REASON) zum Aufspüren von Ozean- und oberflächennahen Strukturen, das Europa Clipper Magnetometer (ECM) zur Messung des Magnetfelds von Europa, den Plasma Magnetic Sounder (PIMS) zur Messung der Magnetosphäre und der Ionosphäre des Jupiters, das Planetary Probe Mass Spectrometer (MASPEX) zur Bestimmung verschiedener Verbindungen in komplexen Mischungen und den Surface Dust Mass Analyzer (SUDA) usw. Diese wissenschaftlichen Geräte werden bei der wissenschaftlichen Expedition von Europa Clipper eine Schlüsselrolle spielen.

Schematische Darstellung des Aufbaus von Europa Clipper (Bild aus Wikipedia)

Die Europa-Clipper-Mission ist eine der größten Planetenerkundungsmissionen in der Geschichte der NASA. Darüber hinaus wird es ein wichtiger Meilenstein in der menschlichen Planetenerkundung und der Suche nach außerirdischem Leben sein. Durch diese Expedition hoffen die Wissenschaftler, die Geheimnisse des sub-eisigen Ozeans Europas zu lüften und die Möglichkeit der Bewohnbarkeit von Leben zu erforschen. Wir freuen uns auf die wertvollen Daten, die Europa Clipper zurücksendet, um weitere Geheimnisse über das Universum und das Leben zu enthüllen.

Verweise

1. Li Chunhui, Kapitel 13: Planetenringe und Satelliten von Jupiter und Saturn, Einführung in die Planetenwissenschaft, Guangxi Normal University Press

2. Fakten zu Europa, NASA, https://science.nasa.gov/jupiter/moons/europa/europa-facts/#h-structure

3. EuropaClipperMission, NASA, https://europa.nasa.gov/mission/about/

4. Missionszeitplan, NASA, https://europa.nasa.gov/mission/timeline/

5. Europa(Mond), Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Europa_(Mond)

6. Europa Clipper, Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Europa_Clipper

7. Europa Clipper-Kostentabelle, The Planetary Society, https://www.planetary.org/charts/europa-clipper-cost-chart

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