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Die Radioemissionen des Jupiter könnten die Ozeane auf seinen eisigen Monden enthüllen, sagen planetare Geologen
Zu den aufregendsten Zielen im Sonnensystem gehören Jupiters Eismonde Europa, Ganymed und Callisto. Während die Oberflächentemperatur dieser Körper kühle -160 °C beträgt, glauben Astronomen, dass sie alle Ozeane aus flüssigem Wasser unter ihrer eisigen Oberfläche verbergen. Das wirft die faszinierende Möglichkeit auf, dass diese Monde alle zum Leben erforderlichen Zutaten haben.
Kein Wunder also, dass Astronomen sich diese Orte genauer ansehen und letztendlich das darunter liegende Wasser besuchen und probieren möchten. Aber bevor das passieren kann, müssen sie die Ozeane vermessen und charakterisieren, um ihre Größe, Zusammensetzung und ihr Lebenspotenzial besser zu verstehen.
Eine wichtige Frage ist daher, wie man dies am besten macht.
Heute erhalten wir dank der Arbeit von Andrew Romero-Wolf und seinen Freunden vom Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Kalifornien, eine Art Antwort. Diese Jungs haben sich einen neuartigen Weg ausgedacht, um die innere Struktur dieser Ozeane mit einer Art bodendurchdringenden Radarsystem zu messen.
Das Interessante an ihrem Vorschlag ist, dass er enorm robust und relativ billig ist, da die Radiowellen von Jupiter selbst bereitgestellt werden, einer der geräuschvollsten Radioquellen im Sonnensystem.
Bodendurchdringendes Radar funktioniert, indem es Funkwellen in die Erde strahlt und auf Reflexionen von den Grenzen zwischen den Schichten und sogar von vergrabenen Objekten horcht. Dieser Mechanismus sollte, sofern er empfindlich genug ist, die Grenzen zwischen Eis und Wasser zwischen Wasser und Gestein leicht erkennen können.
Tatsächlich wurde es bei verschiedenen Missionen verwendet, um andere Planeten besser zu verstehen, wie etwa die Mars-Express-Sonde der Europäischen Weltraumorganisation und der Mars Reconnaissance Orbiter, der vom Jet Propulsion Laboratory gebaut wurde.
Je leistungsfähiger das Radar ist, desto mehr Informationen kann es natürlich zurücksenden. Und darin liegt ein Problem. Energie ist eine begrenzte Ressource bei jeder Weltraummission, insbesondere bei einer zum Jupiter, wo seine Entfernung von der Sonne die verfügbare Solarenergiemenge drastisch einschränkt.
Geben Sie Romero-Wolf und Freunde ein. Diese Jungs weisen darauf hin, dass Jupiter selbst ein leistungsstarker Sender von Radiowellen mit genau der Wellenlänge von mehreren Dutzend Metern oder Dekametern ist, die für bodendurchdringendes Radar nützlich ist. Tatsächlich sind die Emissionen des Jupiter bei diesen Wellenlängen etwa 3.000 Mal stärker als der galaktische Hintergrund. Dies hat ihnen die Idee für einen neuen Ansatz für das Problem gegeben.
Ihre Idee ist es, eine Sonde zwischen Jupiter und seinem Ziel, beispielsweise Europa, zu platzieren. Diese Sonde lauscht auf Funksignale, die der Planet auf seinem Weg zum Mond erzeugt. Es hört dann auf Reflexionen von der inneren Struktur des Mondes.
Planetare Geologen auf der Erde können diese Informationen dann verwenden, um ein detailliertes Bild der Struktur des Mondes und aller Ozeane zu erstellen, die er möglicherweise verbirgt. Ein Instrument, das sich zwischen dem eisigen Mond und Jupiter befindet, könnte die [dekametrische Radio-] Emission zusammen mit ihren Echos, die in der Eisschicht des Zielmonds reflektiert werden, abtasten, heißt es.
Der große Vorteil dieser Idee besteht darin, dass sie vollständig passiv ist – das Raumfahrzeug muss überhaupt keine Radiowellen erzeugen, sondern nur darauf horchen. Das vereinfacht das Design, senkt die Kosten und erhöht die Erfolgschancen, da weniger schief gehen kann. Die passive Natur dieser Technik dient der Risikominderung bei einem Ausfall des Radarsenders, heißt es.
Herausforderungen gibt es natürlich. Einer davon ist, dass Jupiters Emissionen von Dekameter-Radiowellen sehr komplex und variabel sind.
Diese Wellen werden von geladenen Teilchen erzeugt, die sich durch das Magnetfeld des Planeten bewegen. Sie erzeugen Funkwellen mit Frequenzen zwischen 10 und 40 MHz. Und sie sind sehr richtungsweisend. Auf der Erde nehmen wir diese Strahlung nur wahr, wenn uns bestimmte Teile des Jupiter zugewandt sind, was bedeutet, dass diese Teilchen bevorzugt in bestimmten Teilen des Feldes gefangen werden.
Darüber hinaus werden diese Funkemissionen stark von der Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Jupiter und seinen Satelliten, insbesondere Io, beeinflusst. Auch die Sonne spielt eine Rolle, da ihr Magnetfeld auch mit dem des Jupiter interagiert. Das ergibt eine komplexe Mischung.
Ein Großteil dieser Variation kann durch das Design der Mission ausgeglichen werden, das die Radiowellen auf dem Weg zum Mond sowie die Reflexionen auf dem Rückweg misst. Dennoch wird die Komplexität dieses Szenarios für die Datenanalysten einige interessante Unterhaltung bieten.
Das ist eine interessante Idee, nicht zuletzt wegen ihres Potenzials, die Kosten einer zukünftigen Mission zu senken. Die europäische Weltraumbehörde plant derzeit eine Mission namens Jupiter Icy Moon Explorer oder JUICE, die 2022 zum Jupiter-System gesendet werden soll. Die NASA hat weniger gut entwickelte Pläne. Es sollte beiden Agenturen möglich sein, diese Idee zu verwerten.
Auf die eine oder andere Weise sollten wir irgendwann in den 2030er Jahren eine viel bessere Vorstellung von der Beschaffenheit der Wassertiefen dieser Körper haben.
Ref: arxiv.org/abs/1404.1876 : Eine passive Sonde für unterirdische Ozeane und flüssiges Wasser in Jupiters Eismonden