NASA-Wissenschaftler haben überzeugende Belege dafür, dass der Jupitermond Europa einen Ozean unter seinem äußeren Eispanzer besitzt – ein enormes Volumen aus Salzwasser, das um den Gesteinskern des Mondes strudelt. Neue Computersimulationen sprechen dafür, dass das Wasser den Eispanzer tatsächlich wegdrücken könnte und dadurch möglicherweise die Rotationsgeschwindigkeit der Eishülle im Laufe der Zeit beschleunigt und verlangsamt.
Forscher wissen, dass Europas Eispanzer wahrscheinlich frei schwimmend ist und mit einer anderen Geschwindigkeit rotiert als der Ozean darunter und der Gesteinskern. Die neue Simulation zeigt erstmals, dass Europas Ozeanströmungen zur Rotation seines Eispanzers beitragen könnten.
Ein Schlüsselelement der Studie ist der Widerstand – die horizontale Kraft, die der Ozean des Mondes auf das Eis darüber ausübt. Die Studie weist darauf hin, wie die Kraft der Ozeanströmungen und ihres Widerstands gegen die Eisschicht sogar für einen Teil der auf Europas Oberfläche beobachteten Geologie verantwortlich sein könnte. Brüche und Grate könnten aus der langsamen Dehnung und Stauchung des Eispanzers resultieren, wenn er durch die Ozeanströmungen gedrückt und gezogen wird.
“Davor war anhand von Laborexperimenten und Simulationen bekannt, dass die Aufheizung und Abkühlung von Europas Ozean solche Strömungen verursachen könnte”, sagte Hamish Hay von der University of Oxford und Hauptautor der Studie im Journal JGR: Planets. Hay führte die Studie als Postdoktorand am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien durch. “Jetzt untermauern unsere Ergebnisse einen Zusammenhang zwischen dem Ozean und der Rotation des Eispanzers, die vorher nie in Betracht gezogen wurde.”
Es könnte sogar möglich sein, mit Messungen der geplanten NASA-Mission Europa Clipper präzise zu bestimmen, wie schnell die Eishülle rotiert. Wenn Wissenschaftler Bilder der Europa-Clipper-Mission mit jenen vergleichen, die bereits von den Missionen Galileo und Voyager gemacht wurden, werden sie in der Lage sein, Formationen auf der Eisoberfläche zu untersuchen und möglicherweise festzustellen, ob sich die Positionen auf der Eisoberfläche des Mondes im Laufe der Zeit verändert haben.
Seit Jahrzehnten diskutieren Planetenforscher darüber, ob Europas Eispanzer schneller rotiert als das Innere. Aber anstatt es mit der Ozeanbewegung zu verbinden, konzentrierten sich die Wissenschaftler auf eine externe Kraft: Jupiter. Sie vermuteten, dass die Gravitationswirkung des Gasriesen auf Europa auch an dem Eispanzer des Mondes zerrt und ihn schneller rotieren lässt.
“Für mich war es komplett unerwartet, dass das, was in der Ozeanzirkulation passiert, ausreichen könnte, um den Eispanzer zu beeinflussen. Das war eine große Überraschung”, sagte der Co-Autor und Europa-Clipper-Projektwissenschaftler Robert Pappalardo vom JPL. “Und die Theorie, dass die Brüche und Grate, die wir auf Europas Oberfläche sehen, mit der Zirkulation des Ozeans darunter zusammenhängen könnten – nun, Geologen denken normalerweise nicht ‘vielleicht tut das der Ozean’.”
Der Europa Clipper befindet sich derzeit in der Konstruktions- Test-, und Startvorbereitungsphase am JPL und soll im Jahr 2024 starten. Die Raumsonde wird 2030 mit der Umkreisung Jupiters beginnen und seine modernen Instrumente nutzen, um wissenschaftliche Daten zu sammeln, wenn sie etwa 50 Mal an dem Mond vorbeifliegt. Die Mission zielt darauf ab zu bestimmen, ob Europa mit seinem tiefen inneren Ozean Bedingungen aufweist, die günstig für Leben sein könnten.
Wie ein Topf Wasser
Mit Techniken, die für die Untersuchung der irdischen Ozeane entwickelt wurden, stützten sich die Autoren der Studie auf NASA-Supercomputer, um großräumige Modelle von Europas Ozean zu erstellen. Sie erforschten die Komplexität der Zirkulation des Wassers und wie die Aufheizung und Abkühlung diese Bewegung beeinflusst.
Wissenschaftler vermuten, dass Europas innerer Ozean von unten erwärmt wird aufgrund radioaktiver Zerfallsprozesse und Gezeitenerwärmung innerhalb des Gesteinskerns des Mondes. Wie Wasser, das in einem Topf auf einem Ofen erwärmt wird, steigt Europas warmes Wasser zur Oberfläche des Ozeans auf.
In den Simulationen bewegte sich die Zirkulation anfangs vertikal, aber die Rotation des Mondes als Ganzes ließ das Wasser in eine horizontalere Richtung strömen – in Ost-West- und in West-Ost-Strömungen. Die Forscher konnten durch die Einbeziehung des Widerstands in ihre Simulationen bestimmen, dass es deutliche Widerstandskräfte auf das Eis hätte, welche die Rotation der Hülle beschleunigen oder verlangsamen könnten, sofern die Strömungen schnell genug sind. Die Stärke der inneren Aufheizung und damit auch die Zirkulationsmuster im Ozean könnten sich mit der Zeit verändern und die Rotation des Eispanzers darüber möglicherweise beschleunigen oder verlangsamen.
“Die Studie könnte wichtig sein für das Verständnis, wie sich die Rotationsgeschwindigkeiten anderer Wasserwelten im Lauf der Zeit verändert haben könnten”, sagte Hay. “Und jetzt, da wir den möglichen Zusammenhang der inneren Ozeane mit den Oberflächen dieser Himmelskörper kennen, könnten wir mehr über ihre geologische Vergangenheit erfahren, wie auch über Europas.”
(THK)
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