Die Sonde zielt auf das Jupitersystem, und die Menschheit sucht unermüdlich nach fernen Geheimnissen

Vor Kurzem wurde die Jupiter Icy Moon Probe der ESA gestartet, deren Schwerpunkt über viele Jahre auf der Beobachtung des Jupiters und seiner drei Eismonde liegen wird. Bei dieser Mission werden neue Technologien und Planungen zum Einsatz kommen, um sich auf mehrere wichtige Ziele zu konzentrieren, darunter auch außerirdisches Leben. Sie kann als ein weiteres Beispiel dafür angesehen werden, wie der Weltraum die menschliche Neugier befriedigt. In Zukunft wird die Menschheit dies hoffentlich nutzen, um leistungsfähigere Trägerraketen und bessere Erkennungsmethoden zu entwickeln.

Große Ariane-5-Rakete startet Jupiter-Eismondsonde (Quelle: ESA)

Tatsächlich war die Erforschung des Weltraums schon immer eine wichtige Richtung der Luft- und Raumfahrtforschung, insbesondere die Erforschung des Jupiters, des größten Planeten im Sonnensystem, dessen Masse mehr als doppelt so groß ist wie die aller anderen Planeten im Sonnensystem. Jupiter ist der erste von Menschen entdeckte Gasriese. Es besteht hauptsächlich aus flüssigem und gasförmigem Wasserstoff und hat keine feste Oberfläche.

Allerdings sind die Möglichkeiten zur Erforschung des Weltraums durch Raketenstarts begrenzt und es ist schwierig, der Sonde direkt eine ausreichende Anfangsgeschwindigkeit zu verleihen. Nachdem die Menschheit die Technologie zur Unterstützung der planetaren Schwerkraft gemeistert hat, können Vorbeiflugsonden weiter beschleunigen und schließlich eine Geschwindigkeit erreichen, die theoretisch ein Verlassen des Sonnensystems ermöglicht und so einen Besuch des Jupiters möglich macht.

In den 1970er Jahren flogen mehrere amerikanische Sonden an Jupiter vorbei und enthüllten erstmals den mysteriösen „Schleier“ des Jupiters, insbesondere durch die genaue Beobachtung des Großen Roten Flecks in der Atmosphäre des Jupiters. Später nutzten viele Weltraumsonden den Jupiter als wichtige „Transitstation“ auf ihrer langen Reise.

Die erste systematische Untersuchung des Jupiters durch den Menschen war die Galileo-Sonde. Obwohl es zu einer Fehlfunktion der Hochleistungsantenne kam und die Kommunikationsfähigkeit mit der Erde dadurch erheblich abnahm, gelang es der Galileo-Sonde zwischen 1995 und 2003 dennoch, den Jupiter 34 Mal zu umkreisen und dabei eingehende Untersuchungen zur Struktur, zum Magnetfeld und zur Atmosphäre des Jupiters und seines Satellitensystems durchzuführen. Durch kontinuierliche Beobachtungen der Bewegung der Magnetpole gelangte man zunächst zu dem Schluss, dass sich „unter der Eisschicht auf der Oberfläche des Jupitermondes“, dem sogenannten „Eismond“, ein riesiger Ozean befindet, was den Plan zur Erforschung des Jupiter-Eismondes weiter vorantrieb.

Voraussetzung für die Entdeckung der Jupitermonde ist ein umfassendes Verständnis des Jupiters. Zu diesem Zweck ging die US-Sonde Juno im Jahr 2011 einen Schritt weiter und trat 2016 in eine Umlaufbahn um Jupiter ein, um Jupiter aus allen Winkeln zu untersuchen. Dabei lag der Schwerpunkt auf der Bestimmung von Einzelheiten wie den Anteilen verschiedener Gase im Jupiter, seiner Masse sowie seinem Gravitationsfeld und Magnetfeld.

Sowohl die Jupiter Icy Moon Probe als auch der Europa Clipper, deren Start die USA im Jahr 2024 planen, werden die verschiedenen Eismonde des Jupiters untersuchen. Das Hauptziel der ESA ist Ganymed, der Mond des Jupiters. Die Sonde wird außerdem wiederholt über Europa und Kallisto fliegen und nach Spuren organischer Moleküle suchen. Die NASA wird sich auf die Erforschung Europas, eines der Jupitermonde, konzentrieren.

Beide Missionen stehen in engem Zusammenhang mit der Hypothese von „Leben auf dem Jupiter“, die Wissenschaftler beschäftigt.

Europa ist aus Science-Fiction-Werken weithin bekannt. Obwohl er kleiner ist als der Mond, könnte sich unter der 15 bis 25 Kilometer dicken Eisschicht ein riesiger, bis zu 150 Kilometer tiefer Ozean befinden, dessen Wassergehalt voraussichtlich deutlich höher sein dürfte als der der Erde. Bei den seltsamen rotbraunen Rissen und Fleckenmustern auf der Oberfläche Europas handelt es sich vermutlich um Sulfide und Mineralsalze. Zuvor hatten die Sonden Galileo und Juno die Existenz geologischer Aktivitäten im Inneren Europas bestätigt, die den Ozean und das Eis ständig erwärmten.

Schematische Darstellung der Jupiter Icy Moon Probe (Quelle: ESA)

Was bedeuten diese Ergebnisse? Wie wir alle wissen, sind für die Erhaltung des Lebens auf der Erde drei wichtige Voraussetzungen erforderlich: flüssiges Wasser, Elemente, die organische Materie bilden können, und Energie. Diese Bedingungen könnten auf dem Eismond des Jupiters gegeben sein, sodass nicht ausgeschlossen ist, dass dort Mikroorganismen gezüchtet werden können, die sich an extreme Umgebungen anpassen können.

Warum also hat die ESA beschlossen, sich auf die Erforschung des Ganymeds zu konzentrieren? Einerseits dürfte der Wassergehalt von Ganymed weitaus größer sein als der von Europa. Ganymed hingegen ist in der Tat etwas ganz Besonderes.

Ganymed ist der größte Satellit im Sonnensystem und der einzige bekannte Satellit mit einer Magnetosphäre. Es hat eine dünne sauerstoffhaltige Atmosphäre und es wird vermutet, dass es eine Ionosphäre besitzt. Seine innere Struktur ist ziemlich komplex: Es könnte einen fließenden Kern geben, der Eisen enthält, ein erregendes Magnetfeld und eine große Menge Eis und Ozean, die den gesamten Globus bedeckt. Dieser mysteriösen Versuchung können Wissenschaftler in keiner Weise widerstehen.

Daher hat die Erkundungsmission des Jupitermondes neue Anforderungen gestellt und Forschungs- und Entwicklungsarbeiten vorangetrieben. Die wichtigsten Nutzlasten für die wissenschaftliche Forschung sind rund um Ganymed konzipiert: Ein durchdringendes Radar kann die mehrere Kilometer dicke Eisschicht durchdringen, um die Eisstruktur und Wasserspuren zu erkunden; Ein Laser-Höhenmesser kann Gezeitenverformungen und Topographie erkennen und so die inneren Aktivitäten von Ganymed aufdecken. Eine Vielzahl von Instrumenten wird das Schwerefeld, das Magnetfeld und die Ionosphäre von Ganymed im Detail untersuchen und systematisch ein „Archiv“ aufbauen.

Bei Missionen zur Erkundung ferner Planeten stellt die Energieversorgung jedoch ein großes Problem dar. In der Nähe des Jupiters sinkt die Energiedichte der Sonne stark auf etwa 4 % der Energiedichte in der Nähe der Erde. Die Jupiter Icy Moon Probe erbt die wertvollen Erfahrungen ihrer „Vorgänger“ und wird die Nutzung schwacher Sonnenenergie zur Aufrechterhaltung des Betriebs wissenschaftlicher Instrumente in Frage stellen. Es hat das Potenzial, das Raumfahrzeug zu werden, das mithilfe von Solarenergie die längste Distanz zurücklegen kann.

Eine weitere große Herausforderung bei der Besichtigung des Jupitersystems ist die Entfernung. Die Entfernung zwischen der Erde und dem Jupiter beträgt an der kürzesten Stelle fast 600 Millionen Kilometer. Aufgrund der Leistungseinschränkungen von Raketen muss sich die Jupiter Icy Moon Probe für den Antrieb wiederholt auf die Schwerkraft der Venus und der Erde verlassen, was bis zu 7 Jahre dauern kann. Man erwartet, dass die Sonde etwa im Jahr 2030 in der Nähe des Jupiters ankommt, sodass für die tatsächliche Durchführung der Forschungsmission nur drei Jahre zur Verfügung stehen. Ursprünglich war geplant, dass der „Europa Clipper“ mit der Schwerkraftrakete SLS gestartet wird und innerhalb von ein bis zwei Jahren ohne Hilfe der Schwerkraft die Umlaufbahn des Jupiters erreicht. Aus Kosten- und Termingründen wird beim Europa Clipper jedoch stattdessen eine Kombination aus der Falcon-Heavy-Rakete und Planetenboostern eingesetzt.

Es ist nicht schwer zu erkennen, dass bei weiter entfernten Planetenerkundungsmissionen die Trägerkapazität der Raketen immer noch einen Engpass darstellt. Mit Blick auf die Zukunft werden die menschliche Neugier und die anspruchsvollen Missionsanforderungen zu weiteren Verbesserungen der Raketentragfähigkeit führen und der Menschheit helfen, den Sternen und dem Meer einen Schritt näher zu kommen. (Autor: Mao Xinyuan)