NASAs Webb entdeckt Kohlenstoffquelle auf der Oberfläche von Jupitermond Europa

 (webbtelescope.org)
1 Punkte von GN⁺ 2023-09-23 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Das auf Europas eisiger Oberfläche nachgewiesene Kohlendioxid stammt mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht von äußeren Einschlägen, sondern aus dem unterirdischen Ozean und liefert damit einen entscheidenden Hinweis für die Bewertung der Lebensfreundlichkeit
  • Europa ist zwar für einen salzhaltigen flüssigen Ozean und einen felsigen Meeresboden bekannt, doch bislang war unklar, ob dieser Ozean essenzielle chemische Stoffe wie Kohlenstoff enthält
  • Das Kohlendioxid konzentrierte sich auf das geologisch junge Tara Regio, und Störungen im Oberflächeneis stützen die Möglichkeit eines Stoffaustauschs zwischen unterirdischem Ozean und Oberfläche
  • Webbs NIRSpec Integral Field Unit lieferte Spektren der Europa-Oberfläche mit einer Auflösung von 200 x 200 Meilen, wodurch sich die Verteilung chemischer Stoffe mit nur wenigen Minuten Beobachtungszeit eingrenzen ließ
  • Im selben Datensatz wurden Wasserdampf-Fontänen nicht nachgewiesen, doch da ihre Aktivität zeitlich schwanken kann, ist ihre Existenz damit nicht ausgeschlossen

Europas unterirdischer Ozean und Hinweise auf Kohlenstoff

  • Europa gilt als einer der wenigen Himmelskörper im Sonnensystem, die Bedingungen für Leben bieten könnten
  • Frühere Studien zeigten, dass sich unter Europas Wasser-Eis-Kruste ein salzhaltiger flüssiger Ozean und ein felsiger Meeresboden befinden
  • Die bislang offene Schlüsselfrage war, ob dieser Ozean die für Leben nötigen chemischen Stoffe enthält, insbesondere Kohlenstoff
  • Die Analyse mit Webb-Daten identifizierte Kohlendioxid in bestimmten Regionen von Europas Eisoberfläche
    • Dieser Kohlenstoff stammt wahrscheinlich nicht von Meteoriten oder anderen äußeren Quellen, sondern aus dem unterirdischen Ozean
    • Er wurde nach der Analyse in geologisch jüngerer Zeit auf der Oberfläche abgelagert
  • Diese Entdeckung ist ein wichtiger Hinweis zur Bewertung der potenziellen Bewohnbarkeit von Europas Ozean

Auf Tara Regio konzentriertes Kohlendioxid

  • Webb bestätigte, dass das Kohlendioxid auf Europas Oberfläche am stärksten in Tara Regio verbreitet ist
  • Tara Regio ist ein geologisch junges, neu überformtes Gebiet aus chaos terrain
    • Das Oberflächeneis ist dort gestört
    • Es könnte dort einen Stoffaustausch zwischen dem unterirdischen Ozean und der Eisoberfläche gegeben haben
  • Frühere Beobachtungen des Hubble Space Telescope zeigten in Tara Regio Hinweise auf Salze ozeanischen Ursprungs
  • Dass sich auch Kohlendioxid stark in derselben Region konzentriert, stützt die Annahme, dass der Kohlenstoff letztlich aus dem inneren Ozean stammt

Webbs Beobachtungsmethode und Auflösung

  • Zwei Forschungsteams identifizierten das Kohlendioxid mithilfe von Daten der Integral Field Unit von Webbs Nahinfrarot-Spektrographen NIRSpec
  • Dieser Instrumentenmodus liefert Spektren der Europa-Oberfläche mit einer Auflösung von 200 x 200 Meilen (320 x 320 km)
    • Europas Durchmesser beträgt 1.944 Meilen
    • Diese Auflösung macht nachvollziehbar, wo sich bestimmte chemische Stoffe befinden
  • Kohlendioxid ist auf Europas Oberfläche nicht stabil
    • Es wurde daher wahrscheinlich erst in geologisch jüngerer Zeit nachgeliefert
    • Dass es sich auf jungem Gelände konzentriert, verstärkt diese Deutung zusätzlich
  • Die für die Beobachtung eingesetzte Webb-Beobachtungszeit betrug nur wenige Minuten

Ergebnisse der Suche nach Wasserdampf-Fontänen

  • Das Forschungsteam um Villanueva suchte zusätzlich nach Hinweisen auf Wasserdampf-Fontänen, die von Europas Oberfläche ausbrechen
  • Forschende mit dem Hubble Space Telescope hatten 2013, 2016 und 2017 vorläufige Nachweise solcher Fontänen gemeldet
  • In den neuen Webb-Daten wurden keine Hinweise auf Fontänenaktivität gefunden
    • Dadurch ließ sich eine strenge Obergrenze für die Rate potenziell freigesetzten Materials festlegen
    • Dieser Nichtnachweis schließt die Existenz von Fontänen jedoch nicht aus
  • Die Fontänen könnten variabel sein und möglicherweise nur zu bestimmten Zeiten sichtbar werden
  • Sicher ist nur, dass zum Zeitpunkt dieser Webb-Beobachtung auf Europa keine Fontänen detektiert wurden

Folgeerkundung und Fachpublikationen

  • NASA plant, im Oktober 2024 die Raumsonde Europa Clipper zu starten
    • Europa Clipper wird Europa dutzendfach im Vorbeiflug untersuchen
    • Dabei soll weiter erforscht werden, ob Europa Bedingungen für Leben bieten könnte
  • Die Entdeckung kann Informationen für NASAs Europa Clipper sowie für die ESA-Mission Jupiter Icy Moons Explorer JUICE liefern
  • Zwei unabhängige Fachartikel sollen am 21. September in Science erscheinen
  • Zugehörige Arbeiten:

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2023-09-23
Meinungen auf Hacker News

  • Ich frage mich, ob ein Behälter mit Wasser von Europa, den man zur Erde brächte, die größte Menge neuen Wassers wäre, die seit dem planetaren Einschlag vor Milliarden Jahren auf die Erde gelangt ist.
    Eine kurze Suche ergab sinngemäß: „Das heutige Wasser der Erde ist fast vollständig dasselbe Wasser, das seit fast 5 Milliarden Jahren hier ist; wir haben kein neues Wasser erzeugt, und nur ein sehr kleiner Teil ist ins All entwichen.“
    Nicht unbedingt mein Fachgebiet, aber ein interessantes Gedankenexperiment.

    • Man wird gelegentlich daran erinnert, dass Menschen nicht unbedingt naturwissenschaftliches Hintergrundwissen haben.
      Wassermoleküle sind nicht unteilbar; viele biologische Prozesse haben Wasserstoff und Sauerstoff getrennt oder wieder zusammengeführt, ebenso industrielle Prozesse.
      Es gibt also ziemlich viel „neues Wasser“, das etwa aus Sauerstoff in der Luft entsteht, und durch eisreiche Himmelskörper wie Kometen gelangen auch relativ häufig neues Wasser, Sauerstoff und Wasserstoff auf die Erde.
    • Die Aussage „Das Wasser der Erde ist fast 5 Milliarden Jahre lang dasselbe Wasser gewesen“ kann im Großen und Ganzen stimmen, aber als Nebenprodukt verschiedener industrieller Prozesse wird enorm viel Wasser erzeugt, und das kann man als „neues“ Wasser ansehen.
      Im Gesamtmaßstab ist die Menge allerdings verschwindend gering.
    • Kometen schlagen gelegentlich ein, und die Erde sammelt jedes Jahr etwa 5000 Tonnen Trümmer aus dem All ein; daher dürfte sie hin und wieder auch ein paar Tonnen Wasser dazubekommen.
    • Es hängt davon ab, wie man „neues Wasser erzeugen“ definiert.
      Bei der Förderung von Rohöl aus dem Boden entsteht Wasserstoff als Nebenprodukt, und in anderen industriellen Prozessen ist es ähnlich.
      Wenn dieser Wasserstoff in der Atmosphäre mit Sauerstoff verbrennt und zu Wasser wird, kann man das als neues Wasser betrachten.
      Die Sonne ist ein riesiger Klumpen Wasserstoff, und eine große Sonneneruption könnte neue Wasserstoffatome zur Erde bringen, die oxidieren und zu Wasser werden.
      https://www.nasa.gov/mission_pages/stereo/news/Solar_Flare_S...
    • Wasserstoff-Sauerstoff-Raketen haben auf der Erde Millionen Gallonen neues Wasser erzeugt, und auch beim Verbrennen von Benzin entsteht in gewissem Umfang neues Wasser.

  • Man nennt es zwar „NASAs Webb“, aber auch wenn die NASA es technisch besitzt und hauptsächlich betreibt, wurde es von Anfang an als internationales Projekt entwickelt.
    https://en.wikipedia.org/wiki/James_Webb_Space_Telescope#Par...

    • Ich mag US-Zentrismus nicht, aber hier scheint er bis zu einem gewissen Grad gerechtfertigt. Am Ende werden ESA und CSA ja auch ausdrücklich erwähnt.
      Laut diesem Artikel werden die Gesamtkosten der NASA auf 9,7 Milliarden Dollar geschätzt, während die Beiträge von ESA und CSA bei etwa 700 Millionen Euro bzw. 200 Millionen kanadischen Dollar liegen.
      Bei aktuellen Wechselkursen sind das ungefähr 7,0 % Europa, 1,5 % Kanada und 91,5 % USA; unterm Strich also: Gut gemacht, Kanada.

  • Warum gibt es auf irgendeinem Jupitermond so viel Wasser? Und warum ist das bei ähnlich großen Gesteinskörpern im Sonnensystem nicht überall so?
    Ich finde, das ist vielleicht seltsamer als das Wasser der Erde.

    • Es gibt auch https://en.wikipedia.org/wiki/Enceladus, also ist es nicht der einzige wasserreiche Mond.
    • Eine aktuelle Folge von Planetary Radio hat dieses Thema behandelt, und Io könnte einst ebenfalls eine Wasserwelt gewesen sein.
      https://www.planetary.org/planetary-radio/2023-lost-oceans-a...
      Auch Gestein kann viel Wasser verbrauchen. In Mineralstrukturen kann viel Wasser aufgenommen werden, daher muss man nicht nur auf Oberflächenmeere achten, sondern auch darauf, wie viel Wasser im Inneren eines Himmelskörpers steckt.
    • Im Sonnensystem gibt es viel Wasser. Kometen bestehen zum Beispiel größtenteils aus Wasser.
    • Ich frage mich, ob Materie je nach Gewicht oder Dichte dazu neigt, in unterschiedliche Umlaufbahnen abzusinken und dort zu akkretieren.

  • Ich frage mich, ob die Bedeutung des Vorhandenseins von Kohlendioxid darin liegt, dass es 1) ein für Leben nach unserem Vorbild nötiger Baustein ist, 2) möglicherweise ein Nebenprodukt von Leben ist, oder beides.

    • Eher Ersteres. Kohlendioxid kann auch durch abiotische Prozesse entstehen und ist ziemlich stabil, aber für „Leben, wie wir es kennen“ ist es nötig.
      Gasförmiger Sauerstoff wäre Fall zwei: Er ist sehr reaktiv, und wenn man ihn in einer Atmosphäre nachweist, bedeutet das, dass es irgendeine Aktivität gibt, die ihn ständig nachliefert; auf der Erde erledigt das Leben diese Aufgabe.
    • In der Marsatmosphäre gibt es pro Volumeneinheit mehr Kohlendioxid als in der Erdatmosphäre. Gerade weil sie fast keine Atmosphäre hat, ist die Nebenprodukt-des-Lebens-Erklärung definitiv nicht richtig.
    • Schnelle Veränderungen der Kohlendioxidkonzentration könnten ein Hinweis darauf sein, dass etwas Lebensähnliches die Moleküle eines Planeten umordnet.
      Ich vermute tatsächlich, dass Außerirdische uns seit Millionen von Jahren mit Spektrometern beobachten und vielleicht schon darauf geschlossen haben, dass wir hier sind.

  • Europa ist der interessanteste Ort im Sonnensystem, der die Fantasie anregt. Buchstäblich pechschwarze Ozeane, Hunderte Meilen tief, mit hydrothermalen Quellen, und offenbar lebensfreundlich.
    Wenn ich mir außerirdisches Leben von Leviathan-Größe vorstelle, das durch Europas Tiefsee zieht, werde ich ganz kindlich aufgeregt; ich frage mich, ob es nur mir so geht.

    • Der Film Europa Report: https://www.youtube.com/watch?v=avzqYgtpdMQ hat mir gefallen.
    • In einem Roman von Arthur C. Clarke steht dieser Satz:
      „All diese Welten gehören euch — außer Europa.“
      „Versucht dort keine Landung.“
      Also ja. Auch Clarke hielt Europa für etwas Besonderes.
    • Enceladus sollte man nicht vergessen. Er hat einen riesigen Ozean und zudem den Vorteil, riesige Geysire ins All zu schießen.
      Es wäre großartig, wenn es in unserem Sonnensystem mindestens drei Welten mit Ozeanleben gäbe.
      https://solarsystem.nasa.gov/moons/saturn-moons/enceladus
    • Sind Tiere von Leviathan-Größe ohne Phytoplankton überhaupt möglich? Hydrothermale Quellen dürften viel weniger Energie liefern als die Sonne, aber das ist auch nicht wirklich mein Gebiet.

  • Wenn in einer solchen Umgebung auch nur eine einzige Mikrobe gefunden würde, käme das der Aussage nahe, dass Leben im Universum häufig ist.
    Was die Leute allerdings ebenfalls verstehen sollten: „Leben“ und „vollständig entwickeltes intelligentes Leben“ sind zwei sehr unterschiedliche Dinge.

    • Nicht unbedingt. Wegen der Nähe zur Erde ist es deutlich wahrscheinlicher, dass es einen gemeinsamen Vorfahren oder gemeinsame Vorläuferreaktionen in der Chemie gibt.
    • Wenn es einen gemeinsamen Vorfahren mit dem Leben auf der Erde gibt, ist die Sache anders. Auch dann müsste man erneut prüfen, ob es in diesem Sonnensystem entstanden ist oder nicht.

  • Linda Moulton-Howe hat Aussagen von „Insidern“ behandelt, denen zufolge unter Europas eisbedecktem Ozean eine krakenartige Spezies leben soll.
    Ich weiß nicht, welche Folge von Earthfiles das war, aber falls es stimmt, wäre es interessant.

  • Kann Webb Europa fotografieren?

    • Wie andere schon gesagt haben: Das Bild im Artikel ist genau dieses Bild. Auf wirklich gute Bilder von Europa müssen wir noch etwas warten.
      NASAs Europa Clipper ist die erste dedizierte Mission zur Erforschung einer Welt außerhalb der Erde mit einem globalen Ozean. Sie soll im Oktober 2024 starten und 2030 bei Europa ankommen.
      Die Mission wird Europas Oberfläche und Inneres untersuchen, um festzustellen, ob dort die Zutaten vorhanden sind, die Leben ermöglichen, und soll Europa während ihrer Umlaufbahn um Jupiter etwa 50-mal nahe passieren.
      Wenn man bessere Satellitenfotos sehen möchte, sind auch die Bilder von Juno einen Blick wert.
    • Dass in der NASA-Mitteilung das Bild „Europa Carbon Dioxide Distribution“ mit NIRCam und NIRSpec IFU aufgeführt ist, bedeutet, dass es möglich ist.
    • Genau. Das NIRCam-Bild im Artikel stammt vom Webb-Teleskop.
    • Im Artikel steht es ziemlich genau:
      „Die beiden Teams identifizierten Kohlendioxid mithilfe von Daten der Integralfeldeinheit des Nahinfrarot-Spektrographen (NIRSpec) von Webb. Dieser Instrumentenmodus liefert Spektren mit einer Auflösung von 200 x 200 Meilen (320 x 320 Kilometer) auf Europas Oberfläche, die einen Durchmesser von 1.944 Meilen hat, und ermöglicht es Astronomen so, die Position bestimmter chemischer Stoffe zu bestimmen.“
      Wikipedia-Artikel zu NIRSpec: https://en.wikipedia.org/wiki/NIRSpec
    • Im Artikel gibt es ein von Webb aufgenommenes Bild von Europa.