Juno hat unter die Oberfläche von Europa geblickt: neue Messungen haben die Debatte über die Eisdicke und die tatsächlichen „Wege“ zum Ozean eingegrenzt
NASAs Raumsonde Juno, die seit 2016 den Jupiter umkreist, hat die bisher direkteste Einschränkung dazu geliefert, wie dick die Eiskruste von Europa ist – eines Mondes, der seit Jahren ganz oben auf der Liste der Ziele für die Suche nach bewohnbaren Umgebungen außerhalb der Erde steht. Die Analyse der Messungen, die während eines nahen Vorbeiflugs am 29. September 2022 gesammelt wurden, zeigt, dass im beobachteten Bereich der kalte, starre und wärmeleitende äußere Teil der Eisschale im Durchschnitt
etwa 29 Kilometer dick ist, mit einer geschätzten Unsicherheit von etwa 10 Kilometern. Genau diese Schätzung ist die erste, die auf der Grundlage direkter Mikrowellenmessungen zuverlässig zwischen Szenarien einer „dünnen“ und einer „dicken“ Kruste unterscheiden kann, da frühere Modelle und Interpretationen von wenigen Kilometern bis zu mehreren Dutzend Kilometern reichten.
Europa ist etwas kleiner als der Erdmond, aber wissenschaftlich weitaus faszinierender: unter der gefrorenen Oberfläche befindet sich wahrscheinlich ein globaler salziger Ozean, und genau in dieser Kombination aus Eis, Wasser und Energie suchen Wissenschaftler nach Voraussetzungen für mögliche Lebensformen. Die Eisdicke ist nicht nur eine geophysikalische Kuriosität. Sie bestimmt, wie realistisch der Transport von Oxidantien und anderen chemischen Verbindungen von der Oberfläche zum Ozean ist, wie tief Signale aus dem Inneren „gelesen“ werden können und wie anspruchsvoll die Interpretation der Daten sein wird, die spezialisierte Missionen bald liefern sollen. Die neuen Messungen von Juno sind daher nicht nur „noch eine Zahl“, sondern ein entscheidendes Puzzleteil darüber, wie Europa als System funktioniert.
Mikrowellenradiometer, entworfen für Jupiter, entpuppte sich als Werkzeug für „Röntgen“ des Eises
Es ist interessant, dass das Instrument, das diese Messung ermöglichte, ursprünglich für ein ganz anderes Problem entworfen wurde: das
MWR (Microwave Radiometer) wurde entwickelt, um unter die Spitzen von Jupiters Wolken zu dringen und die thermische Struktur der Atmosphäre zu messen. Doch dasselbe Prinzip – die Detektion von Wärmestrahlung auf mehreren Mikrowellenfrequenzen – kann auch für Eis genutzt werden. Verschiedene Frequenzen „sehen“ in verschiedene Tiefen: kürzere Wellenlängen erfassen hauptsächlich flache Schichten, während längere Frequenzen tiefer dringen können, bis in den Kilometerbereich, abhängig von der Reinheit des Eises, der Temperatur und dem Salzgehalt.
Während des Vorbeiflugs am 29. September 2022 näherte sich Juno Europa auf etwa 360 Kilometer über der Oberfläche. Die Raumsonde ist durch Rotation stabilisiert, sodass die Instrumente während einer Umdrehung einen Geländestreifen „scannen“, und durch mehrere Umdrehungen entsteht eine Karte der Mikrowellenemissionen. Aus solchen Daten schätzte das Team ab, wie das Temperaturprofil des Eises beschaffen sein muss und wie groß seine Effizienz bei der Absorption und Streuung von Mikrowellen ist, um das beobachtete Signal zu erhalten. In einer Arbeit, die am 17. Dezember 2025 online in der Zeitschrift
Nature Astronomy veröffentlicht wurde, geben die Autoren klar an, dass sich die erhaltene Schätzung auf den kalten, starren und wärmeleitenden Teil der Eisschale bezieht, beziehungsweise auf die sogenannte konduktive Schicht, die Wärme vorwiegend durch Leitung überträgt.
Genau das ist wichtig für die Deutung der Ergebnisse: Juno behauptet nicht, dass die „gesamte“ Eisschale genau 29 Kilometer beträgt, sondern dass die Mikrowellenmessungen am besten mit einer solchen Dicke der konduktiven Schicht in dem Bereich übereinstimmen, den das Instrument während des Durchgangs erfasst hat. Für eine globale Karte und Variationen nach Regionen werden viel mehr Daten benötigt, einschließlich Radarprofilen und Gravitationsmessungen, was einer der Gründe ist, warum Europa Clipper als mehrjährige Mission mit einer großen Anzahl naher Durchgänge konzipiert ist.
Eis kann auch dicker und dünner sein: Wärme, Schichten und die Rolle von Salz
In öffentlichen Interpretationen verliert man leicht aus den Augen, dass Europas Eiskruste wahrscheinlich geschichtet ist. Wenn unter dem kalten äußeren Teil auch eine
innere, wärmere konvektive Schicht existiert – ein Teil, in dem sich das Eis langsam „mischt“ und Wärme durch Strömung überträgt –, dann könnte die Gesamtdicke der Eisschale größer sein als die, die Juno hier eingegrenzt hat. Eine solche konvektive Schicht wird oft mit der Idee in Verbindung gebracht, dass Europa geologisch aktiveres Eis hat, als es auf den ersten Blick scheint, da Strömungen im Eis Spannungen aufrechterhalten und die Entstehung von Strukturen an der Oberfläche fördern können.
Andererseits kann die chemische Zusammensetzung des Eises die Schätzung „senken“. Wenn das Eis gelöste Salze enthält, ändert sich das Mikrowellensignal, da Salz die elektrischen und Absorptionseigenschaften des Eises beeinflusst. Die Autoren geben an, dass in einem Szenario moderater Salinität, wie es einzelne Modelle basierend auf Analogien mit Meereis auf der Erde nahelegen, die Schätzung der Dicke der konduktiven Schicht um
etwa 5 Kilometer geringer ausfallen könnte. Das kehrt die Schlussfolgerung nicht um – wir sprechen immer noch von einer dicken Kruste –, aber es zeigt, warum in dieser Geschichte die Kombination aus Physik, Chemie und Temperatur entscheidend ist, und nicht eine einzige Zahl.
Was diese Messung besonders nützlich macht, ist, dass sie den Raum für Spekulationen in der Region einengt, die Juno tatsächlich beobachtet hat. Die Spanne „von 3 bis über 30 Kilometer“, die oft als Rahmen genannt wurde, verschiebt sich mit diesem Ergebnis hin zu einem Szenario, in dem die kalte äußere Schicht näher an der Obergrenze früherer Schätzungen liegt. Damit ändert sich auch direkt die Art und Weise, wie die Oberflächengeologie interpretiert wird: viele Strukturen – Doppelgrate, chaotische Terrains, Streifen und Netzwerke von Rissen – müssen durch Prozesse erklärt werden, die in Eis wirken, das zumindest lokal massiv und im äußeren Teil thermisch stabil ist.
Was eine dickere Kruste für die „Bewohnbarkeit“ bedeutet: Oxidantien von der Oberfläche haben einen längeren und schwereren Weg
Europa ist astrobiologisch interessant, weil der salzige Ozean unter dem Eis in Kontakt mit dem Gesteinskern stehen kann, was die Möglichkeit chemischer Reaktionen und Energiequellen eröffnet, die mit hydrothermalen Systemen auf der Erde vergleichbar sind. Doch neben Wasser und Energie wird auch ein chemisches „Inventar“ benötigt: Oxidantien, Nährstoffe und Bausteine, die den Stoffwechsel antreiben könnten. Auf Europas Oberfläche werden exponiertes Eis und Oberflächenmaterial ständig von Teilchen aus Jupiters Magnetosphäre bombardiert. Dieser Prozess erzeugt oxidierte Verbindungen, und ein Teil der wissenschaftlichen Gemeinschaft diskutiert seit Jahren darüber, ob solche Verbindungen durch geologische Prozesse zum Ozean transportiert werden und dort an der Chemie teilnehmen können, die potenziell Leben unterstützen könnte.
Wenn die konduktive Schicht etwa 29 Kilometer dick ist, dann ist der Weg solcher Verbindungen zum Ozean im Durchschnitt lang und wahrscheinlich durch zahlreiche Schichten und Phasen des Eises unterbrochen. Das bedeutet nicht, dass der Transport unmöglich ist. Es bedeutet, dass er, wenn er stattfindet, wahrscheinlich von seltenen oder lokalisierten Ereignissen abhängen wird: episodischen Vorstößen von Sole nach oben, lokalen Schmelzungen und erneutem Gefrieren oder tektonischen Prozessen, die gelegentlich tiefere Risse erzeugen. Genau deshalb wird in neueren Diskussionen immer mehr die Notwendigkeit betont, nicht nur die Eisdicke zu kartieren, sondern auch Orte, an denen Wärme und Salinität die mechanischen Eigenschaften der Kruste verändern könnten.
In offiziellen NASA-Übersichten zu Europa wird auch betont, dass es Hinweise auf mögliche Wasserauswürfe (Plumes) gibt und dass die Oberflächenchemie unter bestimmten Bedingungen mit dem inneren Ozean verbunden sein kann, obwohl diese Signale nicht universell bestätigt sind und Gegenstand der Diskussion bleiben. Junos neue Schätzung der Eisdicke beweist keine Gase oder Wasserdurchbrüche, aber sie gibt einen geophysikalischen Rahmen: wenn wir nach Transportmechanismen suchen, müssen wir sie in einer Welt suchen, in der die Eisbarriere im beobachteten Bereich dick ist und in der „schnelle Lösungen“ ohne zusätzliche, starke Prozesse nicht realistisch sind.
„Streukörper“ im Eis: Risse und Poren existieren, aber sie sind klein und flach
Ein weiterer wichtiger Teil der Studie bezieht sich auf die Struktur unmittelbar unter der Oberfläche. Mikrowellenmessungen deuten auf das Vorhandensein sogenannter
Streukörper hin – Unregelmäßigkeiten, die Mikrowellen auf dem Rückweg zum Instrument streuen, ähnlich wie Licht in einem Eiswürfel gestreut wird. Dazu können winzige Risse, Poren, Blasen oder Hohlräume gehören, beziehungsweise Heterogenitäten im Eis, die das ideal glatte Signal „stören“ und eine charakteristische Signatur in den radiometrischen Daten erzeugen.
Die Modellierung in der Arbeit legt nahe, dass diese Unregelmäßigkeiten klein sind, in der Größenordnung von Zentimetern, und dass sie sich bis in Tiefen von
hunderten von Metern unter der Oberfläche erstrecken. Ein solches Bild hat eine klare Konsequenz: obwohl Europa an der Oberfläche wie ein Netzwerk aus Rissen, Graten und zerbrochenen Platten aussieht, ist die Mikrostruktur, die im nahen Untergrund beobachtet wurde, wahrscheinlich nicht „durchlässig“ genug, um an sich der Hauptkanal zu sein, durch den Sauerstoff und Nährstoffe zum Ozean reisen würden. Mit anderen Worten, die Existenz von Rissen ist nicht strittig – strittig ist ihre Kapazität, als kontinuierliches Transportsystem durch Dutzende von Kilometern Eis zu wirken.
Das schließt jedoch die Frage der Kommunikation zwischen Oberfläche und Tiefe nicht. Oberflächenstrukturen, die über Jahrzehnte hinweg aufgezeichnet wurden, von der Galileo-Mission bis zu modernen Teleskopbeobachtungen, deuten weiterhin auf geologisch aktives Eis hin. Juno veröffentlichte 2024 auch hochauflösende Aufnahmen von Europa, die auf Details wie breite Vertiefungen und Zonen gestörten Eises sowie auf mögliche Spuren von Aktivität an der Oberfläche hinweisen. Solche visuellen Spuren und Mikrowellensignale legen gemeinsam ein Szenario nahe, in dem Europa dynamisch ist, in dem der Transport von Stoffen und Energie aber selektiv, lokal und wahrscheinlich in Episoden abläuft, und nicht als ständige „Zirkulation“ zwischen Oberfläche und Ozean.
Europa Clipper und JUICE betreten die Geschichte mit einem klareren Ausgangspunkt
In den nächsten Jahren geht Europa von der Phase breiter Vermutungen in die Phase systematischer Kartierung über. NASAs
Europa Clipper wurde am 14. Oktober 2024 gestartet, und die offizielle NASA-Zeitleiste vermerkt, dass die Raumsonde bereits am 1. März 2025 ein Gravitationsmanöver am Mars durchgeführt hat und dass ihr ein Vorbeiflug an der Erde im Dezember 2026 folgt. Nach demselben Plan erreicht Europa Clipper das Jupitersystem im Jahr 2030 und führt dann fast 50 Vorbeiflüge an Europa durch, um Eisdicke, Ozeaneigenschaften, Oberflächenzusammensetzung und die Interaktion des Mondes mit Jupiters magnetischer Umgebung zu messen. Der entscheidende Vorteil eines solchen Ansatzes ist die Wiederholung: Europa wird nicht „einmal im Vorbeigehen“ beobachtet, sondern durch eine Reihe von Geometrien, Höhen und Orten, was Vergleiche und den Aufbau globaler Modelle ermöglicht.
Parallel dazu soll ESAs
JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), gestartet am 14. April 2023, laut ESAs Missionsübersicht im
Juli 2031 im Jupitersystem ankommen. Auf dem Weg hat sie bereits ein komplexes doppeltes Gravitationsmanöver an Mond und Erde im August 2024 ausgeführt, und die ESA hat auch bekannt gegeben, dass der Vorbeiflug an der Venus am 31. August 2025 erfolgreich war, nachdem zuvor im Sommer desselben Jahres ein Kommunikationsproblem gelöst wurde, das den Kontakt zur Raumsonde vorübergehend unterbrochen hatte. JUICE ist primär auf Ganymed und Kallisto ausgerichtet, wird aber im breiteren Kontext des Jupitersystems einen wichtigen vergleichenden Rahmen geben: wie sich Eiskrusten verschiedener Monde verhalten und welche Signale Ozeane unter ihnen hinterlassen.
Für beide Missionen geben Junos Ergebnisse Kontext und eine „Kalibrierung“ der Erwartungen. Wenn im beobachteten Bereich eine Dicke der konduktiven Schicht von etwa 29 Kilometern am besten passt, dann erhalten Radarprofile, Magnetometrie und Gravitationsmessungen einen realistischeren Rahmen für die Deutung: wo nach Abweichungen gesucht werden muss, wie stark sie sein müssen, um dünneres Eis oder wärmere Zonen zu implizieren, und welche Signatur salzigere Sole im Untergrund hinterlassen kann. Und ebenso wichtig: Ergebnisse über Streukörper legen nahe, dass flache, winzige Heterogenitäten von potenziell tieferen Strukturen unterschieden werden müssen, die für den Stofftransport zum Ozean relevant sein könnten.
Europa als Labor für Ozeane unter dem Eis: Fragen werden immer konkreter und Antworten messbarer
Europa ist nicht die einzige Welt mit einem Ozean unter dem Eis, aber sie gehört zu den attraktivsten, weil sie sich relativ „nah“ befindet und weil ihre extreme Strahlungsumgebung an der Oberfläche eine Chemie erzeugt, die für potenzielles Leben relevant sein kann. In den letzten zwanzig Jahren ist Europa zum Symbol der sogenannten Ozeanwelten geworden: Orte, an denen sich flüssiges Wasser unter einer Eiskruste verbirgt und wo Energie durch Interaktion von Gezeiten, Reibung im Eis sowie chemische Reaktionen in der Tiefe erzeugt werden kann. In einem solchen Bild des Universums ist die wichtigste Frage nicht nur, wo es Wasser gibt, sondern wo sich Wasser, Energie und Chemie auf ausreichend stabile Weise treffen.
Doch mit der neuen Mikrowellenmessung erhält diese Symbolik zunehmend harte Kanten. Statt der Frage „hat Europa einen Ozean“, verschiebt sich der Fokus auf eine Reihe präziser Aufgaben: wie dick ist die konduktive Schicht und wie variiert sie nach Regionen; existiert eine konvektive Schicht und wie viel trägt sie zur Gesamtdicke bei; wie salzig ist das Eis und wie verändert das Physik und Chemie; wie sind die Heterogenitäten unter der Oberfläche; und existieren überzeugende Mechanismen, die die Oberflächenchemie zum Ozean bringen. Antworten auf diese Fragen sind kein Spektakel für Schlagzeilen an sich, aber sie sind entscheidend dafür, dass man eines Tages, auf der Grundlage von Daten, von wirklicher Bewohnbarkeit sprechen kann, und nicht nur von einem Eindruck.
Juno ist paradoxerweise mit einem Instrument zu diesem Sprung gelangt, das nicht für Europa bestimmt war. Genau deshalb sind die Ergebnisse wichtig: sie zeigen, wie viel man durch klugen Einsatz bestehender Werkzeuge gewinnen kann und wie komplex Europa ist, selbst wenn man es „im Vorbeigehen“ beobachtet. Wenn Europa Clipper und JUICE zu Beginn des nächsten Jahrzehnts beginnen, Serien detaillierter Profile und Karten zu senden, werden Junos neue Erkenntnisse einer der Referenzpunkte sein. Und dann wird man vielleicht zum ersten Mal mit größerer Sicherheit die Frage beantworten können, die Europa schon seit Jahrzehnten stellt: nicht nur, ob sie einen Ozean verbirgt, sondern wie verbunden dieser Ozean überhaupt mit der Oberfläche ist und ob in der Tiefe eine stabile Umgebung existiert, die für Leben geeignet sein könnte.
Quellen:- Nature Astronomy – wissenschaftliche Arbeit über die Dicke und Struktur der Eiskruste von Europa basierend auf Junos MWR (PDF: Link)- NASA Science – offizielle Zeitleiste der Mission Europa Clipper, einschließlich Start am 14. Oktober 2024 und geplante Ankunft 2030 (Mission Timeline: Link)- NASA JPL – Übersicht der Mission Europa Clipper und Beginn der Tour durch das Jupitersystem 2030 (Press kit/mission: Link)- ESA – JUICE: Missionsübersicht, Start am 14. April 2023 und geplante Ankunft im Juli 2031 (Overview: Link)- ESA – Bericht über erfolgreiches Gravitationsmanöver an der Venus am 31. August 2025 und frühere Kommunikationsanomalie (Operations update: Link)- NASA – Europa: offizielle Fakten und wissenschaftlicher Kontext zu Ozean, Oberflächenchemie und möglichen Wasserauswürfen (Europa Facts: Link)- NASA/JPL – Daten zum nahen Vorbeiflug von Juno an Europa am 29. September 2022 und Entfernung bei der größten Annäherung (JPL News: Link)- NASA – Juno: offizielle Missionsübersicht und Anmerkung zur Missionsverlängerung bis September 2025 (Mission overview: Link)- NASA – Juno und Europa: hochauflösende Aufnahmen und Interpretationen von Oberflächenmerkmalen veröffentlicht am 15. Mai 2024 (NASA News: Link)- PDS Atmospheres – Tabelle der Perijove (Vorbeiflüge) von Juno bis 2025 (PDF: Link)
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Erstellungszeitpunkt: 4 Stunden zuvor