JUICE: Der Bote zur Erkundung des eisigen Jupitermondes ist aufgebrochen!

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Li Zhenzhen (Shanghai Astronomical Observatory, Chinesische Akademie der Wissenschaften) Sui Yuan (Shanghai Northland School)

Hersteller: China Science Expo

Am 14. April 2023 um 20:14 Uhr Pekinger Zeit startete die Europäische Weltraumorganisation (ESA) den Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) erfolgreich vom Weltraumbahnhof Französisch-Guayana mit einer Trägerrakete vom Typ Ariane 5.

JUICE soll laut Plan nach achtjähriger Raumfahrt im Jahr 2031 das Jupitersystem erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird JUICE den Jupiter und seine drei Eismonde (Europa, Ganymed und Kallisto) erforschen, die Atmosphäre und das Magnetfeld des Jupiters sowie die Eispanzerung und die Zusammensetzung der Eisverbindungen auf der Oberfläche der Eismonde untersuchen und mögliches Leben auf den Eismonden erforschen.

JUICEs Raumschiff

(Bildquelle: ESA)

JUICE-Startplatz

(Bildnachweis: ESA/CNES/Arianespace)

Die Entdeckungsreise des Menschen: Vom Blick aus der Ferne zum Besuch

Als einer der mit bloßem Auge am leichtesten sichtbaren Himmelskörper wurde Jupiter schon sehr früh entdeckt, doch die Satelliten um Jupiter sind mit bloßem Auge nur schwer direkt zu erkennen.

Im Jahr 1610 richtete der italienische Astronom Galileo sein selbstgebautes Teleskop auf den Jupiter und entdeckte zum ersten Mal die Existenz von vier Satelliten, die den Jupiter umkreisen. Diese Entdeckung (dass neben der Erde auch andere Planeten Satelliten haben) hatte einen enormen Einfluss auf das damalige Bewusstsein der Menschen und förderte die Entstehung und Entwicklung wissenschaftlichen Denkens in der Zukunft.

Um die Leistung des großen Wissenschaftlers Galileo zu würdigen, wurde an der Rückseite der diesmal gestarteten Raumsonde JUICE eine Gedenktafel zu seinem Namen angebracht.

Durch Teleskopbeobachtungen hat man viel über Jupiter und sein Satellitensystem gelernt. Jupiter ist der größte Planet im Sonnensystem (entspricht 1.321 Erden) und der schwerste Planet (2,5-mal so groß wie die Gesamtmasse der anderen sieben Planeten). Aufgrund seiner enormen Masse besitzt Jupiter eine große Anzahl von Satelliten (bisher sind 92 bekannt). Unter ihnen wurden Io, Europa, Ganymed und Kallisto von Galilei in seinen frühen Jahren entdeckt und später Galileische Satelliten genannt. Die anderen Satelliten sind viel schwächer und erfordern größere Teleskope, um gesehen zu werden.

Heute beschränkt sich unser Verständnis des Nachbarsystems der Erde, des Jupitersystems, nicht mehr darauf, es aus der Ferne durch Teleskope auf der Erde zu beobachten. Stattdessen können wir dem Jupiter „einen Besuch abstatten“, indem wir Sonden starten, Untersuchungen vor Ort durchführen und die örtlichen Bedingungen per Funk zur Erde übermitteln.

In den letzten Jahrzehnten haben Menschen den Jupiter mehrfach erkundet, indem sie eine Reihe von Raumfahrzeugen gestartet haben. Diese Erkundungen begannen in den 1970er Jahren mit dem Pioneer-Programm der NASA. Zu den noch laufenden Erkundungsmissionen zählen die Missionen Juno und Europa der NASA sowie EUSE der Europäischen Weltraumorganisation.

Zeitleiste des Fortschritts der Jupiter-Erkundung

(Bildnachweis: ESA; chinesische Übersetzung vom Autor hinzugefügt)

Diese Sonden haben unser Verständnis des Jupiters und seines Satellitensystems erheblich bereichert. Diese zum Jupiter gesandten Boten teilten uns die folgenden Informationen mit: Jupiter besteht größtenteils aus Flüssigkeit und Gas, mit einer äußerst wechselhaften Atmosphäre, großen Gewittern und einem sehr starken Magnetfeld; Die Satelliten des Jupiters weisen Anzeichen von Ozeanen mit flüssigem Wasser, Grundwasser, aktiven Vulkanen usw. auf. Diese Anzeichen deuten darauf hin, dass es auf dem Jupiter und den ihn umgebenden Satelliten möglicherweise Lebensräume gibt, die für Leben geeignet sind.

JUICEs Reiseplanung

Dem Plan zufolge soll JUICE nach seinem Start im Juli 2031 in die Umlaufbahn des Jupiters und Ende 2034 in die Umlaufbahn des Ganymeds eintreten. Dies wird das erste Mal sein, dass ein bemanntes Raumschiff einen anderen Satelliten als unseren eigenen umkreist.

JUICEs Reiseplanung zum Jupitersystem

(Bildnachweis: ESA; chinesische Übersetzung vom Autor hinzugefügt)

Anstatt direkt zum Jupiter zu fliegen, wird JUICE eine beschwerliche Reise unternehmen. JUICE wird auf seinem Weg über zahlreiche Planeten und Satelliten fliegen und dabei die Schwerkraft dieser Himmelskörper nutzen, um seine Flugbahn zu ändern und Beschleunigung zu erreichen, wodurch der Treibstoff des Raumfahrzeugs gespart wird.

Künstlerische Darstellung des Flugs von JUICE zum Jupitersystem

(Bildnachweis: ESA)

Die Entfernung zwischen Jupiter und Sonne beträgt etwa das Fünffache der Entfernung zwischen Sonne und Erde. Die Sonnenenergie, die der Jupiter empfängt, ist viel geringer als die der Erde. Um möglichst viel Sonnenenergie einzufangen, verfügt das Raumschiff mit JUICE über ein riesiges, 85 Quadratmeter großes Solarpanel. Es handelt sich dabei um das größte Solarpanel, das jemals für ein interplanetares Raumschiff gebaut wurde.

Schließlich wird JUICE nach Abschluss seiner historischen Mission auf Ganymed zerstört.

JUICEs Ausrüstung und Fähigkeiten

JUICE wiegt etwa 6 Tonnen und trägt eine Vielzahl wissenschaftlicher Instrumente, darunter optische Kameras, Massenspektrometer, Radardetektoren und Magnetometer. Es soll eine vielschichtige Erkundung des Jupiters und seiner Eismonde durchführen.

Das von JUICE an Bord befindliche Massenspektrometer wird die atmosphärische Oberfläche und das Innere der drei Jupitermonde untersuchen. Während Meerwasser aus Rissen in der Eisschale der Jupitermonde sprudelt, nimmt JUICE in Echtzeit Proben und analysiert sie auf organische Moleküle, die auf die Existenz von Leben hinweisen könnten.

JUICE sammelt Meerwasser, das aus der Eisschale der Jupitermonde ausgestoßen wird

(Bildnachweis: ESA)

Das von JUICE mitgeführte Radar kann mindestens neun Kilometer dickes Eis durchdringen. Wenn die Eiskruste unter der Oberfläche des Satelliten dünn genug ist, könnte das Radar unter der Kruste einen Ozean oder zumindest unterirdische Wassertaschen erkennen, die im Eis eingebettet sind. Der Ausbruch dieser unterirdischen Wassertaschen könnte die Ursache für die Spaltenlandschaften auf den Jupitermonden sein.

Schematische Darstellung von JUICE beim Aufspüren der Eisschale auf der Oberfläche der Jupitermonde

(Bildnachweis: ESA)

JUICEs wissenschaftliche Mission

JUICE wird sich auf die Beantwortung von fünf zentralen wissenschaftlichen Fragen konzentrieren.

1. Wie sehen die Ozeanwelten der Jupitermonde aus?

Es gibt drei Satelliten um den Jupiter und unter ihrer Eiskruste könnten große Mengen flüssiges Wasser verborgen sein. Wie tief sind diese Ozeane? Ist das Wasser salzig oder süß? JUICE wird die Eiskrusten und verborgenen Ozeanschichten dieser Monde erforschen, um die Bedingungen und Mechanismen zu verstehen, die zu ihrer Entstehung geführt haben.

2. Warum ist Ganymed so einzigartig?

Die Erforschung von Ganymed, einem der drei Eismonde des Jupiters, ist das wichtigste wissenschaftliche Ziel von JUICE. Ganymed ist der größte Satellit im Sonnensystem und der einzige mit einem eigenen Magnetfeld.

Ganymed ist ein ideales natürliches Labor für die Untersuchung der Eigenschaften eisiger Welten. JUICE wird sich auf diesen Mond konzentrieren und dabei Beobachtungen von Europa und Kallisto vergleichen. Als erste Raumsonde, die einen Eismond umkreist, wird JUICE seine zehn hochmodernen Instrumente nutzen, um die Rotation, das Schwerefeld, die Form, die innere Struktur, das Magnetfeld und die Zusammensetzung von Ganymed zu messen. JUICE wird außerdem Wasserdampf und andere Materialien in der Atmosphäre von Ganymed untersuchen, um die Prozesse in der Weltraumumgebung des Satelliten vollständig zu verstehen.

Künstlerische Darstellung der JUICE-Tour durch das Jupitersystem

(Bildnachweis: ESA)

3. Gibt es Leben im Jupitersystem?

Eines der zentralen Forschungsziele von JUICE besteht darin, herauszufinden, ob die Jupitermonde eine Umgebung bieten könnten, die für die Existenz von Leben geeignet ist.

Als Gasriese ist Jupiter für die Existenz von Leben nicht geeignet, doch unter den Eispanzern der Jupitermonde könnten sich Ozeane aus flüssigem Wasser befinden. Als größter Satellit im Sonnensystem kann Ganymed sein eigenes Magnetfeld nutzen, um die Weltraumstrahlung abzuschirmen. Gleichzeitig kann die Gravitationswechselwirkung zwischen Ganymed und Jupiter durch Gezeitenheizungsmechanismen Energie erzeugen. Und genau diese Umweltfaktoren sind für das Überleben des Lebens erforderlich.

Aufgrund dieser Umweltfaktoren auf Ganymed hegen die Menschen die Hoffnung, dass es auf diesem Eismond Anzeichen von Leben geben könnte. Die Umwelt des Ozeans auf Ganymed könnte der des tiefen Meeresbodens unserer Erde ähneln. Da es im tiefen Meeresboden der Erde kein Sonnenlicht gibt, es dort aber dennoch Lebewesen gibt, die auf unterseeische Vulkane und hydrothermale Quellen als Energiequelle angewiesen sind, ist es möglich, dass es in der Ozeanwelt von Ganymed Leben gibt.

JUICE wird die verborgenen Ozeane, Magnetfelder, Erwärmungsprozesse, Gezeiteneffekte, Umlaufbahnen, Oberflächenaktivität, Kernzusammensetzung, Atmosphäre und Weltraumumgebung der drei Eismonde des Jupiters untersuchen, um festzustellen, ob die für Leben notwendigen Bedingungen gegeben sind. Die hochauflösende Positionsbestimmung von JUICE wird dazu beitragen, wichtige Elemente zu finden, die für das Leben in eisigen Ozeanwelten notwendig sind.

Die Forschungen von JUICE zu den Eispanzern und der Zusammensetzung der Jupitermonde gehen sogar über die Forschung am Jupitersystem selbst hinaus, denn derartige Forschungen können den Menschen helfen, die allgemeine Bewohnbarkeit von „Eis- und Schneewelten“ im gesamten Universum für Leben zu verstehen.

4. Wie beeinflussen und formen sich die komplexen Umgebungen des Jupiters und seiner Satelliten gegenseitig?

Jupiter verfügt über ein starkes und einzigartiges Gravitationsfeld, Magnetfeld und eine Plasmaumgebung. Das Verständnis der komplexen magnetischen Umgebung von Planeten bleibt eines der ungelösten Rätsel des Sonnensystems und ist ein Problem, das JUICE angehen möchte. JUICE wird außerdem die komplexe Gravitationsumgebung des Jupiters untersuchen und die Gezeitenwechselwirkungen zwischen Jupiter und seinen Monden sowie die Beziehung zwischen der Umlaufdynamik der Monde verstehen.

Insgesamt wird JUICE untersuchen, wie verschiedene Aspekte der Jupiterumgebung miteinander verknüpft sind. Dies könnte uns nicht nur dabei helfen, mehr über unser eigenes Sonnensystem herauszufinden, sondern auch dabei, andere Planetensysteme im Universum besser zu verstehen.

5. Wie sehen klassische Gasriesenplaneten aus? Wie entsteht es und wie funktioniert es?

Das Jupitersystem ist der Prototyp der Gasriesen in unserem Sonnensystem und auch der Prototyp der Gasriesen in vielen anderen Sternsystemen außerhalb unseres Sonnensystems. Ein Hauptziel von JUICE besteht darin, zu verstehen, wie Gasriesen und ihre Monde entstehen und sich entwickeln.

Die Erforschung des Ursprungs, der Geschichte und der Entwicklung des Jupiters und seiner Satelliten hilft uns zu verstehen, wie sich Planetensysteme im Laufe der Zeit entwickeln und zeigt mögliche bewohnbare Umgebungen für Jupitersysteme um andere Sterne auf.

Insgesamt liegt die größere Bedeutung der JUICE-Studie des Jupitersystems im Verständnis der Funktionsweise von Planetensystemen im Allgemeinen wie dem Jupitersystem.

Abschluss

„Die Erkundung des weiten Sternenhimmels endet nie.“ Seit Galilei vor über 400 Jahren das Jupitersystem mithilfe eines Teleskops entdeckte, bis hin zum heutigen Start von Sonden in die Umlaufbahn der Jupitermonde hat sich das Verständnis der Menschheit vom Universum ständig weiterentwickelt. Wir hoffen, dass JUICE seine geplante wissenschaftliche Mission erfolgreich abschließen und uns neue Neuigkeiten über die Welt des Jupiters liefern wird.

Quellen:

【1】ESA. Juice-Jupiter Icy Moons Explorer[EB/OL]. [13. April 2023].

【2】ESA. JOURNALARCHIV von juice[EB/OL]. [13. April 2023].