Seit Menschen in den Nachthimmel blicken, sind wir neugierig auf das Leben jenseits der Erde. Wissenschaftler wissen jetzt, dass es mehrere Orte im Sonnensystem gibt, an denen möglicherweise lebensfreundliche Bedingungen herrschen. Einer davon ist Jupiters Mond Europa, eine faszinierende Welt mit einem salzigen Untergrundozean aus flüssigem Wasser – vielleicht doppelt so viel flüssiges Wasser wie alle Ozeane der Erde zusammen. Wissenschaftler müssen jedoch noch bestätigen, ob der Ozean Europas lebensnotwendige Chemikalien enthält, insbesondere Kohlenstoff – den universellen Baustein des Lebens, wie wir es kennen.
Jetzt haben Astronomen mit dem James Webb-Weltraumteleskop Kohlenstoff auf der Oberfläche Europas entdeckt, und der Kohlenstoff stammt wahrscheinlich aus diesem Ozean. Die Entdeckung deutet auf die Möglichkeit bewohnbarer Umgebungen im Ozean Europas hin.
Die blau-weiße Kugel auf schwarzem Hintergrund erinnert an das berühmte „Blue Marble“-Foto der Erde aus dem Weltraum. Die Ränder der Kugel sind verschwommen und diffus, wobei ein Großteil der dem Betrachter zugewandten Nordhalbkugel als dunkelblaue Flecken erscheint. Ein großer halbmondförmiger weißer Fleck verläuft entlang der dem Beobachter zugewandten linken Seite der südlichen Hemisphäre, und ein größerer, kugelförmiger weißer Fleck bedeckt die mittleren Breiten auf der rechten Seite der südlichen Hemisphäre. Hellblaue Bereiche säumen diese weißen Flecken auf der Südhalbkugel.
Der Jupitermond Europa ist einer der wenigen Welten im Sonnensystem, auf denen Leben möglich ist. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass unter seiner Wassereiskruste ein salziger Ozean mit flüssigem Wasser und ein felsiger Meeresboden liegen. Planetenforscher müssen jedoch noch bestätigen, ob dieser Ozean die für das Leben notwendigen Chemikalien, insbesondere Kohlenstoff, enthält.
Astronomen entdeckten mithilfe von Daten des James Webb-Weltraumteleskops der NASA Kohlendioxid in einem bestimmten Bereich der europäischen Eisoberfläche. Die Analyse ergab, dass der Kohlenstoff wahrscheinlich aus einem unterirdischen Ozean stammte und nicht von Meteoriten oder anderen externen Quellen stammte. Darüber hinaus ist seine Ablagerung geologisch neu. Diese Entdeckung hat wichtige Auswirkungen auf die potenzielle Bewohnbarkeit des europäischen Ozeans.
„Auf der Erde liebt das Leben die chemische Vielfalt – je mehr Vielfalt, desto besser. Wir leben auf Kohlenstoffbasis. Wenn wir die Chemie des europäischen Ozeans verstehen, können wir feststellen, ob er lebensfeindlich ist, wie wir ihn kennen, oder ob er ein guter Ort für Leben sein könnte“, sagte Geronimo Villanueva vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, Hauptautor eines von zwei separaten Artikeln, die die Entdeckung beschreiben.
„Wir glauben jetzt, dass wir Beobachtungsnachweise dafür haben, dass der Kohlenstoff, den wir auf der Oberfläche Europas sehen, aus dem Ozean stammt. Das ist keine Kleinigkeit. Kohlenstoff ist ein wesentliches Element für Lebewesen“, fügte Samantha Trumbo von der Cornell University in Ithaca, New York, und Hauptautorin eines zweiten Artikels zur Analyse der Daten hinzu.
Die NASA plant den Start der Raumsonde Europa Clipper. Die Raumsonde wird Dutzende nahe Vorbeiflüge an Europa durchführen, um weiter zu untersuchen, ob in Europa geeignete Bedingungen für die Existenz von Leben herrschen.
Verbindung von der Oberfläche zum Ozean
Weber entdeckte, dass das Gebiet mit dem höchsten Kohlendioxidgehalt auf der Oberfläche Europas ein Gebiet namens „Tara Regio“ ist. Das Oberflächeneis wurde aufgebrochen und es kam wahrscheinlich zu einem Materialaustausch zwischen dem unterirdischen Ozean und der Eisoberfläche.
„Frühere Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop zeigten Hinweise auf Salzgewinnung aus dem Ozean bei Tara Riggio. Jetzt sehen wir auch dort große Konzentrationen von Kohlendioxid. Wir glauben, dass das bedeutet, dass der Kohlenstoff letztendlich aus dem inneren Ozean stammt“, erklärte Trumbo.
„Wissenschaftler diskutieren darüber, inwieweit Europas Ozean mit seiner Oberfläche verbunden ist. Ich denke, diese Frage war ein wichtiger Treiber für die Erforschung Europas“, sagte Villanueva. „Das deutet darauf hin, dass wir möglicherweise etwas Grundlegendes über die Zusammensetzung des Ozeans erfahren, noch bevor wir durch das Eis bohren, um ein vollständiges Bild zu erhalten.“
Die beiden Teams bestimmten Kohlendioxid mithilfe von Daten der integrierten Feldeinheit Webb Near Infrared Spectrograph (NIRSpec). Dieser Instrumentenmodus kann Spektren mit einer Auflösung von 200 x 200 Meilen (320 x 320 Kilometer) über die Oberfläche Europas mit einem Durchmesser von 1.944 Meilen liefern und es Astronomen ermöglichen, den Standort bestimmter Chemikalien zu bestimmen.
Kohlendioxid ist auf der Oberfläche Europas nicht stabil. Daher, sagen die Wissenschaftler, sei das Kohlendioxid wahrscheinlich erst in jüngerer geologischer Zeit zugeführt worden – eine Schlussfolgerung, die durch die Konzentration von Kohlendioxid in einem Gebiet mit jungem Gelände untermauert wird.
Heidi Hammel von der Association of Universities for Research in Astronomy sagte: „Diese Beobachtungen nahmen nur wenige Minuten der Zeit des Observatoriums in Anspruch, und selbst in dieser kurzen Zeit konnten wir sehr wichtige wissenschaftliche Arbeiten abschließen. Diese Arbeit liefert die ersten Hinweise auf all die erstaunlichen wissenschaftlichen Erkenntnisse über das Sonnensystem, die wir mit dem Webb-Teleskop betreiben können.“ Sie ist eine interdisziplinäre Webb-Wissenschaftlerin, die Webbs erste zyklusgarantierte Zeitbeobachtungen des Sonnensystems leitet.
Villanuevas Team suchte auch nach Hinweisen auf Wasserdampffahnen, die von der Oberfläche Europas ausbrachen. Forscher, die das Hubble-Weltraumteleskop der NASA nutzen, berichteten über vorläufige Entdeckungen von Wolken in den Jahren 2013, 2016, 2017 und 2018. Es war jedoch schwierig, schlüssige Beweise zu finden.
Die neuen Webb-Daten zeigten keine Hinweise auf Schwadenaktivität, sodass Villanuevas Team eine strenge Obergrenze für die Rate festlegen konnte, mit der Material ausgestoßen werden konnte. Das Team betonte jedoch, dass die mangelnde Erkennung die Möglichkeit einer Wolke nicht ausschließe.
„Es ist immer möglich, dass diese Fahnen variabel sind und man sie nur zu bestimmten Zeiten sieht. Wir können mit 100-prozentiger Sicherheit sagen, dass wir bei unseren Beobachtungen mit dem Webb-Teleskop keine Fahnen auf Europa entdeckt haben“, sagte Hamel. Die Ergebnisse könnten als Grundlage für die NASA-Mission Europa Clipper und den bevorstehenden Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) dienen.
Die beiden Artikel werden am 21. September in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit bedeutendste Weltraumobservatorium. Webb enträtselt die Geheimnisse des Sonnensystems, blickt in ferne Welten um andere Sterne und erforscht die mysteriöse Struktur und den Ursprung des Universums sowie unseren Platz darin. Das Webb-Teleskop ist ein internationales Programm der NASA mit Partnern wie der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Canadian Space Agency.