Hubble liefert erstmals Beweise für Wasserdampf in der Atmosphäre des Jupitermondes Ganymed
Copyright: SCIENCE: NASA, ESA, John Spencer (SwRI Boulder)
Stockholm (Schweden) – Zum ersten Mal haben Astronomen direkte Beweise für Wasserdampf in der Atmosphäre des Jupitermondes Ganymed gefunden. Dieser Wasserdampf bildet sich, wenn das die Oberfläche des größten Mondes in Sonnensystem bedeckende Eis sublimiert, also vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht.
Wie das Team um Lorenz Roth vom KTH Königlichen Institut für Technologie T aktuell im Fachjournal “Nature Astronomy” (DOI: 10.1038/s41550-021-01426-9) berichtet, gelang ihnen der Wasserdampfnachweis mit dem Weltraumteleskop „Hubble.“
Schon zuvor hatten Beobachtungen auf Wasserdampf auf Ganymed hingewiesen, unter dessen Eiskruste sich ein gewaltiger Wasserozean befindet, in dem mehr Wasser gebunden ist als Wasser in den irdischen Meeren (…GreWi berichtete). Allerdings war bislang nicht klar – und die Beobachtungen deshalb auch strittig – wie sich Wasserdampf unter den extrem niedrigen Temperaturen auf der Ganymed-Oberfläche überhaupt bilden sollte.
Ganymeds flüssiger Wasserozean selbst befindet sich rund 100 Meilen unterhalb der Oberfläche seiner eisigen und entsprechend dicken Kruste. Aus diesem Grund handelt es sich bei dem Wasserdampf auch nicht um Wasser aus diesem Ozean.
Copyright: SCIENCE: NASA, ESA, Lorenz Roth (KTH)
Schon 1998 lieferte der „Space Telescope Imaging Spectrograph“ (STIS) des Weltraumteleskops erstmals Aufnahmen des Jupitermondes im ultravioletten Lichtspektrum. Auf diesen waren farbereiche Bänder aus elektrisch geladenem Gas, sogenannte Aurorabänder, zu erkennen und lieferten damals die ersten Hinweise auf ein schwaches planetares Magnetfeld des Mondes. Die Beobachtungen wurden damals mit der Anwesenheit molekularem Sauerstoff (O2) erklärt. Allerdings stimmten nicht alle damaligen Merkmale der Beobachtungen mit der Vorstellung einer reinen CO2-Atmosphäre um Ganymed überein. Deshalb schlussfolgerten die Wissenschaftler, dass die Unstimmigkeiten mit einer höheren Konzentration an atomischen Sauerstoff (O) erklärbar sein könnten.
2018 machte sich das Team um Roth erneut daran, die Menge atomaren Sauerstoffs mit Hubble erneut zu messen. Hierzu kombinierten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen zwei Hubble-Instrumente: den „Cosmic Origins Spectrograph“ (COS) und die früheren STIS-Daten von 1998 bis 2010.
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Zur Überraschung der Forschenden und im Gegensatz zu den früheren Interpretationen der älteren Daten, stellten das Team um Roth fest, dass in Wirklichkeit kaum atomarer Sauerstoff in der Ganymed-Atmosphäre vorhanden war und ist. Das wiederum bedeutete, dass es eine andere Erklärung für die Aufnahmen der Polarlichtbänder geben musste.
Roth und sein Team untersuchten sodann die Verteilung der Polarlichter in den UV-Aufnahmen. Tatsächlich variiert die Ganymeds Oberflächentemperatur sehr stark zwischen Tag und Nacht. Gegen Mittag wird die Äquatorregion des Mondes warm genug, dass das Oberflächeneis, kleine Mengen an Wassermolekülen abgibt. Wie die Forschenden nun zeigen können, stehen die Polarlichter in den UV-Aufnahmen in einem direkten Zusammenhang mit jenen Orten, an denen man die Abgabe des Wasserdampfs in die Atmosphäre des Mondes erwartet.
„Bislang wurde lediglich molekularer Sauerstoff beobachtet“, erläutert Roth. „Dieser entsteht, wenn geladenen Partikel die Eisoberfläche des Mondes erodieren. Der Wasserdampf, den wir nun aber gemessen haben, stammt aus der Sublimation des Oberflächeneises in den wärmeren Regionen.“
Die Entdeckung erhöht die Hoffnungen auf die bevorstehenden europäische JUICE-Mission, die die eisigen Jupitermonde gezielt erkunden soll. Der „JUpiter ICy moons Explorer” soll 2029 dann im Jupitersystem ankommen und die drei größten Monde des Jupiters erkunden. Ganymed steht dabei als potenzielle lebensfreundliche Ozeanwelt an erster Stelle des Interesses (…GreWi berichtete).
Copyright: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
„Unsere Ergebnisse liefern für JUICE wichtige Informationen, mit denen die Sonde noch vor dem anvisierten Start optimiert werden kann“ zeigt sich Roth erfreut. Seit 2016 erkundet die NASA mit der Juno-Sonde das Jupiter-System und lieferte dabei erst kürzlich neue Aufnahmen von Ganymed (…GreWi berichtete).
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Recherchequellen: HubbleSite.org / NASA
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