In der Stille des interplanetaren Raums, auf dem Weg zum fernen Jupitersystem, richtete die bisher ehrgeizigste Sonde der NASA, der Europa Clipper, ihre leistungsstarken Instrumente auf ein unerwartetes Ziel – den Mars. Dieser sorgfältig geplante Vorbeiflug am Roten Planeten, der im März dieses Jahres stattfand, war nicht nur ein entscheidendes Navigationsmanöver, sondern auch eine einzigartige Gelegenheit, eines der wichtigsten Instrumente des Raumfahrzeugs unter realen Weltraumbedingungen zu testen. Wissenschaftler haben nun, nach einer detaillierten Analyse der gesammelten Daten, mit Begeisterung den vollen Erfolg des Tests bestätigt. Das Radarsystem der Sonde funktionierte einwandfrei und ebnete den Weg für zukünftige revolutionäre Entdeckungen auf Jupiters Eismond Europa.

Die Sonde Europa Clipper, die am 14. Oktober 2024 von Florida aus gestartet wurde, nutzte die Schwerkraft des Mars, um die notwendige Beschleunigung zu erhalten und ihre Flugbahn auf den äußeren Teil des Sonnensystems auszurichten. Das Wissenschaftsteam der Mission sah in diesem Vorbeiflug jedoch eine goldene Gelegenheit. Während das Raumfahrzeug über die vulkanischen Ebenen des Mars raste, in Höhen zwischen 5.000 und nur 884 Kilometern über der Oberfläche, war ihr hochentwickeltes Radarinstrument REASON ganze 40 Minuten lang eingeschaltet. Während dieser Zeit sendete und empfing das Instrument Radiowellen, scannte die Marsoberfläche und die unterirdischen Schichten und erzeugte dabei ein einzigartiges „Radargramm“, das den Wissenschaftlern unschätzbare Daten über seine Leistungsfähigkeit lieferte.

REASON: Die Augen, die unter Europas Eis dringen werden

Das Instrument REASON, dessen Akronym für Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface (Radar zur Bewertung und Sondierung Europas: Vom Ozean bis zur Oberfläche) steht, ist das Herzstück der Forschungsfähigkeiten der Sonde Europa Clipper. Seine Hauptaufgabe ist nicht die Erforschung des Mars, sondern das Durchdringen der dicken Eiskruste des Jupitermondes Europa. Wissenschaftler glauben, dass sich unter dieser Eisschale, die vielleicht Dutzende von Kilometern dick ist, ein riesiger Ozean aus flüssigem Salzwasser verbirgt – einer der wahrscheinlichsten Kandidaten für die Existenz von außerirdischem Leben in unserem Sonnensystem. Die Fähigkeit des Radars, tief unter die Oberfläche zu dringen, wird es den Wissenschaftlern ermöglichen, eine detaillierte dreidimensionale Karte der Eiskruste zu erstellen, die ihre komplexe Struktur, Dicke und mögliche Veränderungen aufzeigt. Das Hauptziel ist es, potenzielle Taschen mit flüssigem Wasser innerhalb des Eises selbst zu lokalisieren, die mit dem darunter liegenden Ozean verbunden sein könnten, und letztendlich die Existenz und Tiefe dieser verborgenen Wasserwelt zu bestätigen und zu messen.

Neben dem „Blick“ in die Tiefe wird REASON eine entscheidende Rolle bei der Charakterisierung der Oberfläche von Europa spielen. Seine Daten werden helfen, topografische Merkmale wie chaotische Terrains, Risse und Grate zu kartieren, die die eisige Oberfläche durchziehen. Durch die Verknüpfung dieser Oberflächenformationen mit unterirdischen Strukturen hoffen die Wissenschaftler, die dynamischen Prozesse zu verstehen, die Europa formen, einschließlich der Mechanismen, durch die Material aus dem Ozean an die Oberfläche gelangen könnte. Diese Prozesse sind für die Astrobiologie von entscheidender Bedeutung, da solches Material chemische Spuren oder Biosignaturen enthalten könnte, die auf die Existenz von Leben hindeuten.

Warum war das Testen im Weltraum notwendig?

Einen so detaillierten Test des Radars auf der Erde durchzuführen, war aufgrund der einzigartigen und grandiosen Konstruktion der Sonde Europa Clipper praktisch unmöglich. Das REASON-Instrument verwendet zwei Paare dünner Antennen, die sich von den riesigen Solarpaneelen erstrecken und eine Spannweite von 17,6 Metern erreichen. Die Solarpaneele selbst sind monumental – ihre Gesamtspannweite entspricht der Größe eines Basketballfeldes. Eine solche Fläche ist notwendig, damit die Sonde im Orbit um Jupiter genügend Sonnenlicht sammeln kann, wo das Sonnenlicht etwa 25-mal schwächer ist als auf der Erde.

Vor dem Start führten die Ingenieure alle möglichen Tests unter kontrollierten Bedingungen durch. Im Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Südkalifornien wurden Ingenieurmodelle der Antennen im Freien getestet. Die eigentliche Flughardware musste jedoch nach ihrer Herstellung in sterilen Bedingungen in einem riesigen Reinraum aufbewahrt werden, wo die Sonde auch zusammengebaut wurde. Um die Fähigkeit des Radars, ein Signal zu senden und sein „klares Echo“ zu empfangen, vollständig zu testen, wäre eine Kammer von fast 80 Metern Länge erforderlich gewesen, was nicht durchführbar war. Daher diente der Vorbeiflug am Mars, einem Planeten, dessen Topographie Wissenschaftler seit Jahrzehnten untersuchen, als perfektes natürliches Labor zur Kalibrierung und Überprüfung der Leistungsfähigkeit des Instruments.

Ein Erfolg, der zukünftige Entdeckungen verspricht

Die während des 40-minütigen Betriebs des Radars über dem Mars gesammelten Daten waren äußerst reichhaltig, mit insgesamt 60 Gigabyte an Informationen. Die Ingenieure wussten fast sofort, dass das Instrument den Spezifikationen entsprach, aber der vollständige Datensatz stand erst Mitte Mai für eine detaillierte Analyse zur Verfügung. „Wir haben aus dem Vorbeiflug absolut alles bekommen, was wir uns erhofft hatten“, sagte Don Blankenship von der University of Texas at Austin, der Hauptermittler des REASON-Instruments. „Das Ziel war es, die Bereitschaft des Radars für die Mission auf Europa festzustellen, und das ist vollständig gelungen. Jedes Teil des Instruments hat bewiesen, dass es genau so funktioniert, wie wir es konzipiert haben.“

Dieser erfolgreiche Test ist nicht nur eine technische Errungenschaft; er ist ein enormer Ansporn für das Wissenschaftsteam. Sie haben jetzt echte Daten, mit denen sie üben, sie mit bestehenden Modellen vergleichen und die Verarbeitungsmethoden verfeinern können, die sie bei ihrer Ankunft auf Europa anwenden werden. „Die Ingenieure waren begeistert, dass ihr Test so perfekt funktionierte“, sagte Trina Ray, die stellvertretende wissenschaftliche Leiterin der Mission am JPL. „Das Wissenschaftsteam hat nun den Vorteil, zu lernen, wie man die Daten verarbeitet und das Verhalten des Instruments versteht. Sie trainieren ihre Muskeln, genau wie sie es bei Europa tun werden.“

Die lange Reise zum Jupiter und die Hauptziele der Mission

Die Reise der Sonde Europa Clipper zum Jupitersystem ist lang und komplex und erstreckt sich über fast 2,9 Milliarden Kilometer. Nach der Gravitations-„Schleuder“ des Mars wird die Sonde in das innere Sonnensystem zurückkehren, um eine weitere Schwerkraftunterstützung zu nutzen, diesmal von der Erde, im Laufe des Jahres 2026. Dieses Manöver wird ihr die endgültige Beschleunigung geben, die sie benötigt, um ihr Ziel zu erreichen. Derzeit befindet sich das Raumfahrzeug in einer Entfernung von etwa 450 Millionen Kilometern von der Erde.

Wenn sie im Jupitersystem ankommt, wird Europa Clipper nicht in eine Umlaufbahn um den Mond Europa selbst eintreten, sondern um Jupiter. Eine solche Flugbahn wird es der Sonde ermöglichen, Dutzende von nahen Vorbeiflügen an Europa durchzuführen und so ihre Exposition gegenüber der schädlichen Strahlung zu verringern, die im starken Magnetfeld des Jupiter gefangen ist. Die drei wissenschaftlichen Hauptziele der Mission sind: die Dicke der Eiskruste und ihre Wechselwirkung mit dem darunter liegenden Ozean zu bestimmen, die Zusammensetzung der Oberfläche und der unterirdischen Schichten zu untersuchen und die Geologie des Mondes detailliert zu charakterisieren. Eine detaillierte Untersuchung von Europa wird den Wissenschaftlern helfen, das astrobiologische Potenzial für bewohnbare Welten außerhalb unseres Planeten besser zu verstehen und Antworten auf eine der tiefsten Fragen der Menschheit zu geben: Sind wir allein im Universum? Der erfolgreiche Test des Radars über dem Mars ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu diesen Antworten. Weitere Informationen zur Mission finden Sie auf der offiziellen NASA-Website.