Europa ist dank seiner dicken Eisschicht das glatteste feste Objekt in unserem Sonnensystem. Unter seiner glatten Oberfläche scheint Jupiters viertgrößter Mond jedoch Geheimnisse zu bergen – nämlich einen tiefen, salzigen Ozean mit einem faszinierenden Potenzial für außerirdisches Leben.
Dieser Ozean macht Europa zu einem Hauptziel für wissenschaftliche Studien, einschließlich zweier separater Orbitalmissionen, die in den nächsten zwei Jahren in Richtung Jupiter starten sollen.
Und obwohl es mehrere Jahre dauern wird, bis eine der Sonden eintrifft, werfen Wissenschaftler bereits auf andere Weise Licht auf Europa, indem sie Informationen aus Teleskopbeobachtungen, früheren Sondenvorbeiflügen, Laborexperimenten und Computersimulationen erhalten.
In einer neuen Studie untersuchten Forscher des Jet Propulsion Laboratory (JPL) des California Institute of Technology in den Vereinigten Staaten und der Hokkaido University in Japan mithilfe von NASA-Supercomputern eine weniger bekannte Eigenart Europas: Warum dreht sich die Eishülle schneller als der innere?
Laut der Forschung könnte die asynchrone Rotation der Oberfläche durch Meeresströmungen verursacht werden, die von unten kommen. Das ist eine große Enthüllung, erklärt Hauptautor und JPL-Forscher Hamish Hay, jetzt an der Universität Oxford; Es ist eine Offenbarung, die neue Hinweise darauf geben könnte, was dort unten vor sich geht.
„Davor war durch Laborexperimente und Modellierung bekannt, dass Erwärmung und Abkühlung des europäischen Ozeans Strömungen erzeugen können“, sagt Hay. “Nun zeigen unsere Ergebnisse eine Kopplung zwischen Ozean- und Eisschildrotation, die noch nie zuvor in Betracht gezogen wurde.”
Die Eisschale schwimmt im Ozean Europas, sodass sie sich unabhängig vom Rest des Planeten drehen kann. der Mond, einschließlich des Ozeans, des felsigen Inneren und des metallischen Kerns. Wissenschaftler haben dies schon lange vermutet, aber die Kräfte, die die Rotation der Granate antreiben, sind mysteriös.
Europa unterliegt der Gezeitenkrümmung durch Jupiter, was zu Verzerrungen führt der Mond durch seine starke Anziehungskraft. Dieses kolossale Tauziehen verursacht Risse in Europas Eishülle und erzeugt wahrscheinlich einen Teil der Mantel- und Kernwärme.
Zusammen mit der thermischen Energie, die durch radioaktiven Zerfall freigesetzt wird, steigt diese Wärme aus dem Inneren Europas vermutlich durch den Ozean zur gefrorenen Oberfläche auf wie ein Topf mit Wasser, der auf einem Herd erhitzt wird.
In Kombination mit Europas Rotation und anderen Faktoren sollte dieser vertikale Temperaturgradient einige ziemlich starke Meeresströmungen antreiben.
Und nach Schätzungen der Studie könnten diese Strömungen stark genug sein, um die globale Eisdecke nach oben zu bewegen. Niemand weiß genau, wie dick die Schale ist, aber Schätzungen gehen von einer Dicke von etwa 15 bis 25 Kilometern aus.
Obwohl die Wissenschaftler wussten, dass Europas Eisschild sich wahrscheinlich von selbst drehte, konzentrierten sie sich auf Jupiters Gravitationseinfluss als treibende Kraft.
„Für mich war es völlig unerwartet, dass das, was in der Ozeanzirkulation passiert, ausreichen könnte, um die Eisdecke zu beeinflussen. Das war eine große Überraschung“, sagt Robert Pappalardo, Co-Autor der Studie und Wissenschaftler des Europa-Clipper-Projekts vom Jet Propulsion Laboratory der NASA.
„Und die Idee, dass die Risse und Grate, die wir auf Europas Oberfläche sehen, mit der Zirkulation des Ozeans darunter in Verbindung gebracht werden könnten – Geologen denken im Allgemeinen nicht, ‚Vielleicht ist es der Ozean, der dies tut’“, fügt er hinzu.
Die Forscher verwendeten NASA-Supercomputer, um komplexe Simulationen des europäischen Ozeans zu erstellen, wobei sie sich Techniken anlehnten, die zur Modellierung von Ozeanen auf der Erde verwendet wurden.
Diese Modelle ermöglichen es ihnen, in die Details der Wasserzirkulation auf Europa einzutauchen, einschließlich der Frage, wie diese Muster durch die Erwärmung und Abkühlung der Ozeane beeinflusst werden.
Einer der Hauptschwerpunkte der Studie war der Luftwiderstand oder die horizontale Kraft des Ozeans, die auf das darüber liegende Eis drückt. Durch die Einbeziehung des Widerstands in ihre Simulationen stellten die Forscher fest, dass einige schnellere Strömungen genug Widerstand erzeugen könnten, um die Rotation der Eisdecke Europas zu beschleunigen oder zu verlangsamen.
Während dieser Effekt von der Geschwindigkeit der Strömungen abhängt, stellen die Forscher fest, dass die interne Erwärmung von Europa im Laufe der Zeit variieren kann. Dies könnte zu einer entsprechenden Veränderung der Geschwindigkeit von Meeresströmungen führen, was wiederum eine schnellere oder langsamere Rotation des Eisschildes zur Folge hätte.
Diese Forschung könnte uns nicht nur helfen, Europa zu verstehen, sondern auch auf andere Meereswelten angewendet werden, betonen die Forscher, wo Oberflächenmerkmale Hinweise auf die verborgenen Gewässer darunter geben könnten.
„Und jetzt, da wir über die potenzielle Kopplung der inneren Ozeane mit den Oberflächen dieser Körper Bescheid wissen, können wir mehr über ihre geologische Geschichte sowie über die von Europa erfahren“, sagt Hay.
Der Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) der ESA soll im April 2023 starten und seine Reise zur Untersuchung der drei großen ozeanischen Monde des Jupiter beginnen: Ganymed, Callisto und Europa.
Ende 2024 plant die NASA den Start ihres Orbiters Europa Clipper, der fast 50 nahe Vorbeiflüge durchführen wird, um die potenzielle Bewohnbarkeit des Mondes zu untersuchen. Laut den Autoren der neuen Studie könnte es sogar in der Lage sein, genau zu messen, wie schnell sich Europas Eisschild dreht.
Die Studie wurde veröffentlicht in JGR-Planeten.