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"Ozeanwelten:" Die Jagd nach Außerirdischen näher zu Hause



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Seit etwa einem Jahrhundert suchen Wissenschaftler und Astronomen mit indirekten Mitteln nach Beweisen für das Leben jenseits der Erde. In den letzten sechzig Jahren konnten wir mit direkten Mitteln danach suchen und mithilfe von Roboter-Raumfahrzeugen im gesamten Sonnensystem nach Biosignaturen suchen.

Und obwohl unsere Bemühungen bisher erfolglos waren, können wir uns trösten, wenn wir wissen, dass wir die Oberfläche kaum zerkratzt haben. Und es ist durchaus möglich, dass wir an den falschen Stellen gesucht haben. Als irdische Kreaturen kann man uns verzeihen, dass das Leben auf felsigen Planeten mit viel Wasser wahrscheinlich existiert.

VERBINDUNG: SOLLTEN WIR NACH ALIENS SUCHEN, DIE SCHWARZE LOCHBETRIEBENE STARSHIPS VERWENDEN

Aber wie Wissenschaftler seit den 1970er Jahren zu vermuten beginnen, ist die beste Möglichkeit, Leben in unserem Sonnensystem zu finden, möglicherweise tatsächlich unter der Oberfläche einiger seiner vielen eisigen Monde.

Was sind "Ozeanwelten"?

Ozeanwelten sind per Definition Körper, die reichlich Wasserquellen haben. Angesichts der Tatsache, dass 71% der Oberfläche unseres Planeten mit Wasser bedeckt sind, ist die Erde ein gutes Beispiel für eine "Ozeanwelt". Interessanterweise hatten Mars und Venus auch Ozeane auf ihrer Oberfläche, die jedoch verloren gingen, als sich die Planeten in ihrem Klima erheblich veränderten.

Weil Wasser für das Leben, wie wir es kennen, essentiell ist, gelten Ozeanwelten wie die Erde seit langem als sehr selten und kostbar. Ab den 1970er Jahren haben Robotermissionen jedoch gezeigt, dass Ozeane auch unter den Oberflächen eisiger Monde im äußeren Sonnensystem existieren können. Die ersten, die entdeckt wurden, waren Jupiters größte Monde, die auch als galiläische Monde bekannt sind (nach ihrem Gründer Galileo Galiläa).

In Kombination mit einer reichhaltigen chemischen Umgebung, die lebenswichtige Elemente (Sauerstoff, Kohlenstoff, Phosphor, Methan usw.) und internen Heizmechanismen enthält, begannen die Wissenschaftler zu spekulieren, dass diese Körper das Leben unterstützen könnten. In den letzten Jahrzehnten wurden Vorschläge gemacht, Robotermissionen an diese Stellen zu senden, um nach Lebenszeichen ("Biosignaturen") zu suchen.

Im Jahr 2004 gründete die NASA die Outer Planets Assessment Group (OPAG), deren Aufgabe es war, wissenschaftliche Prioritäten und Wege für die Erforschung des äußeren Sonnensystems zu ermitteln. Bis 2016 gründete die OPAG die Gruppe Roadmaps to Ocean Worlds (ROW), die den Grundstein für eine Mission zur Erforschung der „Ozeanwelten“ auf der Suche nach Leben legen sollte.

Die Ziele und die ROW wurden in einer Präsentation mit dem Titel „Explorationspfade für Europa nach ersten In-Situ-Analysen für Biosignaturen“ zusammengefasst, die auf dem „Planetary Science Vision 2050 Workshop“ im NASA-Hauptquartier in Washington, DC, gehalten wurde.

Diese Ziele wurden online in einer Studie von 2019 mit dem Titel "Die NASA-Roadmap zu den Ozeanwelten" veröffentlicht, die von Amanda Hendrix vom Planetary Science Institute und Terry Hurford vom Goddard Space Flight Center der NASA geleitet wurde. Wie sie sagten:

Für die Zwecke von ROW (Roadmap to Ocean Worlds) und um das Ausmaß eines zukünftigen Ocean Worlds-Programms zu begrenzen, definieren wir eine „Ozeanwelt“ als einen Körper mit einem aktuellen flüssigen Ozean (nicht unbedingt global). Alle Körper in unserem Sonnensystem, die plausibel einen Ozean haben können oder von denen bekannt ist, dass sie einen Ozean haben, werden als Teil dieses Dokuments betrachtet. Die Erde ist eine gut untersuchte Ozeanwelt, die als Referenz („Grundwahrheit“) und Vergleichspunkt verwendet werden kann. “

Ozeanwelten in unserem Sonnensystem:

Gegenwärtig hat die NASA festgestellt, dass es im Sonnensystem bis zu neun Ozeanwelten geben könnte, und es ist möglich, dass es noch mehr geben könnte. Dazu gehören Ceres, Europa, Ganymed, Callisto, Enceladus, Dione, Titan, Triton und Pluto - eine Kombination aus eisigen Monden und eisigen Kleinplaneten.

Es wird angenommen, dass diese Welten alle innere Ozeane besitzen, die zwischen dem Oberflächeneis und der Kern-Mantel-Grenze existieren. Ein interessantes Merkmal dieser Welten ist, wie viel von ihnen aus Wasser und Eis besteht. Auf der Erde macht Wasser nur 1% des Gesamtdurchmessers des Planeten aus. Aber auf diesen Monden und kleinen Planeten liegt sie zwischen 55% (Europa) und 90% (Ganymed und Enceladus).

Darüber hinaus befindet sich der tiefste Teil des Ozeans auf der Erde im westlichen Pazifik. Insbesondere eine Region, die als Challenger Deep bekannt ist. Diese Region befindet sich am südlichen Ende des Marianengrabens und ist ungefähr 11.000 m hoch (36.200 ft) tief. Vergleichen Sie das mit Ozeanen, die bis zu 100 km tief werden können und mehr Salzwasser enthalten als alle Ozeane der Erde zusammen.

Wie viel mehr? Betrachten Sie Europa, das sich am unteren Ende der Skala befindet. Die Eisschichten und das Meerwasser haben ein geschätztes Volumen von etwa drei Billiarden Kubikkilometern (3 × 10 ^ 18 m³), ​​was etwas mehr als dem doppelten Gesamtvolumen aller Ozeane der Erde entspricht. Am anderen Ende der Skala befindet sich Ganymed mit einem geschätzten Eis- und Wasservolumen, das 39-mal so groß ist wie das der Erde.

Abgesehen von Wasser wurde auch festgestellt, dass diese Welten flüchtige Verbindungen (d. H. Kohlendioxid, Methan, Ammoniak), biologische Moleküle und innere Erwärmung besitzen, die durch geothermische Aktivität oder den Zerfall radioaktiver Elemente verursacht werden. Diese Kombination aus Wasser, biologischen Molekülen und Energie macht diese Monde zu möglichen Kandidaten für die Suche nach außerirdischem Leben.

Ceres:

Der Zwergplanet Ceres ist das größte Objekt im Haupt-Asteroidengürtel sowie das größte Objekt zwischen Mars und Jupiter. Als es 1801 von Giuseppe Piazzi entdeckt wurde, war es das erste Mitglied des Asteroidengürtels, das beobachtet wurde. Für die nächsten zwei Jahrhunderte würde es weiterhin als "Asteroid" bezeichnet werden.

Mit der Great Planet Debate Anfang der 2000er Jahre wurde Ceres jedoch neu klassifiziert. Wie Pluto und andere kugelförmige Körper, die ihre Umlaufbahnen nicht geräumt haben, wurde Ceres gemäß der während der 26. Generalversammlung der Internationalen Astronomischen Union (IAU) verabschiedeten Resolution als "Zwergplanet" (oder Nebenplanet) bezeichnet.

Aufgrund seiner Größe und Dichte glaubte Ceres, zwischen einem Kern aus Silikatmineralien und Metallen und einem Mantel aus Eis zu unterscheiden. Darüber hinaus gibt es mehrere Hinweise, die die Existenz eines Ozeans mit flüssigem Wasser im Inneren von Cere belegen, der sich an der Kern-Mantel-Grenze befinden würde.

Zum Beispiel haben Wissenschaftler signifikante Mengen an Hydroxidionen in der Nähe des Nordpols von Cere entdeckt, die das Produkt von Wasserdampf sein könnten, der durch ultraviolette Sonnenstrahlung chemisch dissoziiert wird. In den mittleren Breiten wurden auch mehrere Wasserdampfquellen entdeckt.

Dies kann das Ergebnis von Oberflächeneis sein, das aufgrund von Kometeneinschlägen sublimiert ist, oder von Kryovulkanausbrüchen infolge innerer Hitze und Druckbeaufschlagung unter der Oberfläche.

Zusätzlich haben Infrarotdaten auf der Oberfläche das Vorhandensein von Natriumcarbonat und geringeren Mengen von Ammoniumchlorid oder Ammoniumbicarbonat gezeigt. Diese Materialien können aus der Kristallisation von Salzlösungen stammen, die von unten an die Oberfläche gelangten.

Das Vorhandensein von Ammoniak, einem natürlichen Frostschutzmittel, von dem Ceres bekannt ist, dass es vorhanden ist, könnte dazu führen, dass dieser innere Ozean in einem flüssigen Zustand bleibt. Es wird auf eine Tiefe von 100 km geschätzt und kann bis zu 200 Millionen km³ Wasser enthalten. Dies ist fast dreimal so viel Süßwasser wie auf der Erde - 35 Millionen km³ (8,4 Millionen mi³).

Die Chancen, dass dieser Körper das Leben in seinem Inneren unterstützen könnte? Unklar zu diesem Zeitpunkt, aber einen Scheck wert!

Callisto:

Callisto, der äußerste der Jupiter-Galiläischen Monde, soll auch einen Ozean in seinem Inneren beherbergen. Es wird angenommen, dass dieser Ozean wie Ceres existiert, weil im Inneren genügend Ammoniak vorhanden ist und möglicherweise radioaktive Elemente vorhanden sind, deren Zerfall die notwendige Wärme liefert.

Die Existenz dieses Ozeans basiert auf der Tatsache, dass Jupiters starkes Magnetfeld nicht über die Oberfläche des Callisto hinausreicht. Dies deutet darauf hin, dass sich unter der Eisdecke eine Schicht hochleitfähiger Flüssigkeit befindet, die mindestens 10 km tief ist. Unter Berücksichtigung ausreichender Mengen Ammoniak kann es jedoch bis zu 250 - 300 km tief sein.

Wenn dies zutrifft, würde dies bedeuten, dass Callisto zu etwa gleichen Teilen aus felsigem Material und Wassereis besteht, wobei das Eis etwa 49 bis 55% des Mondes und das Wassereis etwa 5 bis 50% seiner gesamten Oberflächenmasse ausmacht. Unter diesem hypothetischen Ozean scheint Callistos Inneres aus komprimiertem Gestein und Eis zu bestehen, wobei die Gesteinsmenge mit der Tiefe zunimmt.

Dies bedeutet, dass Callisto nur teilweise differenziert ist und einen kleinen Silikatkern von nicht mehr als 600 km aufweist, der von einer Mischung aus Eis und Gestein umgeben ist. Keine gute Wette, um Leben zu finden, aber eine Mission zur Erforschung des inneren Ozeans wäre dennoch von unschätzbarem Wert!

Europa:

Europa ist der Mond, mit dem alles begann! Seit Jahrzehnten besteht wissenschaftlicher Konsens darüber, dass unter der Oberfläche eines jovianischen (und galiläischen) Mondes ein Ozean mit flüssigem Wasser liegt, der sich höchstwahrscheinlich an der Kern-Mantel-Grenze befindet. Es wird angenommen, dass der Mechanismus hierfür die Gezeitenbiegung ist, bei der Jupiters starkes Gravitationsfeld dazu führt, dass der felsige metallische Kern Europas geothermische Aktivität erfährt.

Diese Aktivität könnte zur Bildung von hydrothermalen Quellen auf dem Meeresboden führen, in die Wärme und Mineralien aus dem Inneren in den Ozean injiziert werden. Auf der Erde wird angenommen, dass solche Entlüftungsöffnungen dort waren, wo das früheste Leben existierte (was durch versteinerte Bakterien angezeigt wird, die auf etwa 4,28 Milliarden Jahre datiert sind).

In ähnlicher Weise könnten hydrothermale Quellen auf Europa zu ähnlichen Lebensformen wie extremen Bakterien und möglicherweise noch komplexeren Lebensformen führen.

Die Existenz dieses inneren Ozeans wird durch mehrere Beweislinien gestützt, die von einer Vielzahl von Robotermissionen gesammelt wurden. Dazu gehören geologische Modelle, die eine Gezeitenbiegung im Inneren vorwegnehmen, sowie Bilder von Sonden, die "Chaos-Terrain" auf Europa enthüllten, wo das Terrain von Bändern und Graten durchzogen ist und bemerkenswert glatt ist.

Es gibt auch die Art und Weise, wie periodische Wasserfahnen beobachten, wie sie die Oberfläche Europas durchbrechen und eine Höhe von bis zu 200 km erreichen - mehr als das 20-fache der Höhe des Berges. Everest! Diese treten auf, wenn Europa am weitesten vom Jupiter entfernt ist (Periapsis) und werden durch Gezeitenkräfte verursacht.

Mit diesen Daten haben Wissenschaftler eine Reihe von Modellen entwickelt, um die innere Umgebung Europas zu beschreiben. Jedes davon hat Auswirkungen auf die mögliche Existenz des Lebens und unsere Fähigkeit, Beweise dafür an der Oberfläche zu finden.

Im „Dünn-Eis-Modell“ ist die Eisschale nur wenige Kilometer dick - an einigen Stellen 200 m - und der Kontakt zwischen Untergrund und Oberfläche ist ein regelmäßiges Merkmal. Dieser Kontakt wäre für die Herstellung der berühmten Europas verantwortlich "Chaos Terrain", bei dem es sich vermutlich um dünne Eisabschnitte handelt, die auf riesigen Wasserseen liegen.

Beim bevorzugten „Dick-Eis-Modell“ ist der Kontakt zwischen Ozean und Oberfläche selten und findet nur unter offenen Kämmen statt. Wissenschaftler schätzen, dass die Kruste Europas zwischen diesen beiden Modellen zwischen 10 und 30 km dick ist, während sich der flüssige Ozean bis zu einer Tiefe von etwa 100 km erstreckt.

Aufgrund dieser Kombination aus flüssigem Wasser, organischen Molekülen und Chemie sowie interner Erwärmung gilt Europa als einer der besten Kandidaten, um Leben jenseits der Erde zu finden.

Ganymed:

Ein weiterer jovianischer Mond, ebenfalls einer der Galiläer, ist Ganymed, der den Rekord für Wasser aufstellt! Eine andere Sache, die diesen Mond auszeichnet, ist das intrinsische Magnetfeld - das kein anderer Mond (oder felsiger Planet) besitzt - und eine Atmosphäre, die Auroren erfährt.

Wie bei Europa wird angenommen, dass dieser Mond einen Kern aus Metall- und Silikatmineralien hat, der sich aufgrund der Wechselwirkung mit der Schwerkraft des Jupiter biegt, um eine innere Erwärmung zu erzeugen. Diese Wärme ermöglicht einen Ozean mit flüssigem Wasser, der sich an der Kern-Mantel-Grenze befindet.

Insgesamt wird angenommen, dass Ganymed zu gleichen Teilen aus felsigem Material und Wassereis besteht, wobei Wasser 46–50% der Mondmasse und 50–90% der Oberflächenmasse ausmacht.

Zusätzlich zu anderen Beweisen wurde das Vorhandensein eines Ozeans in Ganymed durch Messwerte bestätigt, die von Robotermissionen über das Verhalten von Ganymedes Aurora erhalten wurden. Diese Auroren werden durch Ganymedes Magnetfeld (etwas, das kein anderer Mond besitzt) beeinflusst, das wiederum durch das Vorhandensein eines großen unterirdischen Ozeans aus Salzwasser beeinflusst wird.

Nach Ablesungen von Robotersonden wird angenommen, dass das Innere des Mondes zwischen einem festen inneren Kern mit einem Radius von bis zu 500 km (zusammengesetzt oder aus Eisen und Nickel) und einem flüssigen äußeren Kern aus Eisen und Eisensulfid unterschieden wird . Es wird angenommen, dass die Konvektion in diesem äußeren Kern das intrinsische Magnetfeld von Ganymede antreibt.

Die äußere Eisschale ist mit einem Radius von schätzungsweise 800 km die größte Schicht von allen. Wenn diese Schätzungen korrekt sind, besitzt Ganymed die tiefsten Ozeane im Sonnensystem. Ob diese Ozeane Leben beherbergen könnten oder nicht, bleibt höchst spekulativ.

Enceladus:

Hier haben wir einen neueren Eintrag im "Ocean Worlds" Club. Im Jahr 2005 stellte die Cassini-Mission der NASA die Existenz von Wasserstrahlen fest, die von der südlichen Hemisphäre dieses Mondes ausgehen und eine Reihe von Merkmalen aufweisen, die als "Tiger Stripes" bekannt sind. Diese Streifen entsprechen linearen Vertiefungen im Oberflächeneis, in denen der Kryovulkanismus Wasser an die Oberfläche drückt.

Seit dieser Zeit haben Wissenschaftler die Möglichkeit in Betracht gezogen, dass Enceladus einen flüssigen Wasserozean unter seiner eisigen Kruste hat. Basierend auf Schwerkraftmessungen, die von der Cassini-Mission durchgeführt wurden, schätzen die Wissenschaftler, dass sie sich bis zu einer Tiefe von etwa 10 km (6,2 mi) unter der Oberfläche erstreckt und dass sich die Oberflächenfahnen bis zu ihr erstrecken.

Die Analyse der Federn ergab, dass sie in der Lage sind, 250 kg Wasserdampf pro Sekunde mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2.189 km / h abzugeben, wodurch sie bis zu 500 km in den Weltraum gelangen können. Die Intensität dieser Eruptionen variiert erheblich aufgrund von Änderungen in der Umlaufbahn von Enceladus.

Wenn sich Enceladus in der Apoapsis befindet (am weitesten vom Saturn entfernt), stehen die Risse, durch die sich die Eruptionen bewegen, unter weniger Druck, wodurch sie sich weiter öffnen. Es wird angenommen, dass die Federn selbst aus unterirdischen Kammern an der Kern-Mantel-Grenze stammen, wo geothermische Aktivitäten den Ozean erhalten.

Noch beeindruckender ist die Tatsache, dass die spektroskopische Analyse das Vorhandensein von Methan und einfachen Kohlenwasserstoffen in den Federn sowie hydratisierten Mineralien ergab. Diese Elemente sind alle lebenswichtig, wie wir sie kennen, und könnten darauf hinweisen, dass im Inneren von Enceladus Kolonien einfacher Lebensformen existieren.

Titan:

Der größte Saturnmond ist bekannt für seinen Methankreislauf, der dem Wasserkreislauf der Erde sehr ähnlich ist - wo Methan als Seen an der Oberfläche vorhanden ist, sich zu Wolken verdampft und in Form von Kohlenwasserstoffregen an die Oberfläche zurückkehrt. Insgesamt enthält Titan in seiner Atmosphäre und auf seiner Oberfläche mehr Kohlenwasserstoffe als alle Ölvorkommen der Erde zusammen.

Gleichzeitig wurde festgestellt, dass Titan auch präbiotische Bedingungen und organische Chemie auf seiner Oberfläche aufweist, was auf das Leben hinweisen könnte. Darüber hinaus könnte Titan unter seiner Oberfläche einen Ozean aus flüssigem Wasser haben, der auch das Leben unterstützen könnte. Ähnlich wie bei Callisto wird angenommen, dass das Innere von Titan differenziert ist und zu gleichen Teilen aus Wassereis und felsigem Material / Metallen besteht.

Im Zentrum befindet sich ein 3.400 km langer Kern aus wasserhaltigem felsigem Material, der von Schichten umgeben ist, die aus verschiedenen Formen von kristallisiertem Eis und tieferen Ebenen von Hochdruckeis bestehen. Darüber befindet sich ein bis zu 200 km dicker flüssiger Ozean, der aus Wasser und Ammoniak besteht und es dem Wasser ermöglicht, auch bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt in einem flüssigen Zustand zu bleiben.

Wie bei anderen "Ozeanwelten" wird die Existenz dieses unterirdischen Ozeans durch mehrere Beweislinien gestützt. Dies schließt die Tatsache ein, dass die Mondoberfläche sehr glatt und jung ist, wobei die meisten Merkmale zwischen 100 Millionen und 1 Milliarde Jahre alt sind, ein Hinweis auf geologische Aktivität, die die Oberfläche erneuert.

Ein weiterer Indikator ist der Nachweis eines Kryovulkanismus, der für einen Teil des atmosphärischen Methans verantwortlich sein könnte. Da die Menge an flüssigem Methan auf der Oberfläche für die Gaskonzentrationen in der trüben Atmosphäre des Titanen als unzureichend angesehen wird, wird auch angenommen, dass eine innere Quelle eine Rolle spielt.

Die Argumente für das Leben auf Titan sind nach wie vor höchst spekulativ und würden extreme Lebensformen beinhalten, die für Erdstandards sehr exotisch sind. Dennoch haben Laborsimulationen zu der Idee geführt, dass es auf Titan genügend organisches Material gibt, um eine chemische Evolution zu starten, die dem entspricht, was vermutlich das Leben auf der Erde begonnen hat.

Dione:

Dieser Saturnmond wurde zuerst von der Voyager 1 und 2 Raumsonden, als sie 1980 und 1981 das Saturn-System durchliefen Cassini Mission, die zwischen 2005 und 2015 fünf Vorbeiflüge des Mondes durchführte.

Was diese Missionen enthüllten, war ein Satellit mit glattem Gelände, der als Hinweis auf endogene Erneuerung und Erneuerung angesehen wird. In Kombination mit Modellen, die von NASA-Wissenschaftlern konstruiert wurden, wird angenommen, dass Diones Kern eine Gezeitenerwärmung erfährt, die zunimmt, wenn er sich seiner Umlaufbahn zum Saturn nähert. Dies kann bedeuten, dass Dione an seiner Kern-Mantel-Grenze einen Ozean mit flüssigem Wasser hat.

Triton:

Neptuns größter Mond ist Wissenschaftlern lange Zeit ein Rätsel geblieben. Etwa 55% der Oberfläche von Triton sind mit gefrorenem Stickstoff bedeckt, während Wassereis 15–35% ausmacht, während Kohlendioxideis (auch als "Trockeneis" bezeichnet) die restlichen 10–20% ausmacht. In der Kruste wurden auch Spuren von wichtigen flüchtigen Bestandteilen entdeckt, zu denen Methan und geringe Mengen Ammoniak gehören.

Dichtemessungen legen nahe, dass das Innere von Triton zwischen einem festen Kern aus felsigem Material und Metallen und einem Mantel und einer Kruste aus Eis unterschieden wird. Es wird vermutet, dass wenn genügend radioaktive Elemente im Inneren vorhanden sind, diese genug Energie liefern könnten, um die Konvektion im Mantel anzutreiben, was ausreichen könnte, um einen unterirdischen Ozean aufrechtzuerhalten.

Das Vorhandensein flüchtiger Elemente verstärkt diese Möglichkeit weiter, und wenn genügend Wärme vom Kern bereitgestellt wird, kann es sein, dass in diesem inneren Ozean Leben existiert.

Pluto:

Basierend auf Daten, die von der New Horizon-Mission der NASA erhalten wurden, glauben Wissenschaftler nun, dass die innere Struktur von Pluto zwischen einem Kern aus felsigem Material und Metall mit einem Durchmesser von etwa 1700 km (70% des Planeten) unterschieden werden kann, der von einem Mantel aus umgeben ist Eis aus Wasser, Stickstoff und anderen flüchtigen Stoffen.

Erneut könnte das Vorhandensein von genügend radioaktiven Elementen im Kern bedeuten, dass Plutos Inneres warm genug ist, um einen inneren Ozean aufrechtzuerhalten. Wie bei anderen Ozeanwelten würde sich diese an der Kern-Mantel-Grenze befinden und wird auf eine Dicke von 100 bis 180 km (62 bis 112 mi) geschätzt.

Vergangene Erkundung:

Alle Verdächtigen der Ozeanwelten des Sonnensystems wurden in der Vergangenheit untersucht. Einige wurden in den letzten Jahrzehnten von mehreren Robotermissionen eingehender untersucht. Andere wurden inzwischen sehr selten oder erst vor kurzem erforscht.

Jupiter:

Die Erforschung Europas und anderer Jupiter-Monde begann mit den NASAs Pionier 10 und 11 Raumschiff, das 1973 bzw. 1974 Vorbeiflüge des Jupiter-Systems durchführte. Diese lieferten die ersten Nahaufnahmen von Europa und anderen Jupiter-Monden, jedoch in niedriger Auflösung.

Die Zwei Voyager Es folgten Sonden, die 1979 durch das Jupiter-System wanderten und detailliertere Bilder der eisigen Oberfläche Europas lieferten. Diese Bilder enthüllten Europas "Chaos-Terrain", was Spekulationen auslöste, dass der Mond einen inneren Ozean beherbergen könnte. Geophysikalische Modelle, die Jupiters Gravitationskraft auf den Mond und die daraus resultierende Gezeitenbiegung untersuchten, unterstützten diese Interpretation.

Zwischen 1995 und 2003 NASAs Galileo Die Sonde umkreiste den Jupiter und lieferte die detaillierteste Untersuchung der galiläischen Monde, zu denen zahlreiche Vorbeiflüge Europas gehörten. Es war diese Mission, die für die Erkennung des schwachen magnetischen Moments in Europa verantwortlich war, was darauf hinwies, dass im Inneren Europas eine Schicht aus hochelektrisch leitendem Material vorhanden ist. Die plausibelste Erklärung dafür war ein großer unterirdischer Ozean aus flüssigem Salzwasser.

Saturn:

1979 wurde der Pionier 11 durch das Saturn-System passieren und die Masse und Atmosphäre des Titanen messen. 1980 bzw. 1981 ( Voyager 1 und 2 führte eine detailliertere Untersuchung der Atmosphäre des Titanen durch und enthüllte helle und dunkle Merkmale auf seiner Oberfläche (die später als die Regionen Xanadu und Shangri-la bekannt wurden).

Zwischen 2004 und 2017 hat die Cassini-Huygens Mission würde den detailliertesten und umfassendsten Blick auf Saturn und sein Mondsystem bieten. Es war die erste Robotermission, die 2005 Federn auf Enceladus beobachtete. Die Missionswissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass dies ein Hinweis auf einen inneren Ozean war und auch dafür verantwortlich war, den Saturn-E-Ring mit eisigen Partikeln aufzufüllen.

Der Cassini-Orbiter führte auch mehrere Vorbeiflüge an Titan durch und machte die Bilder mit der höchsten Auflösung, die jemals von der Oberfläche von Titan gemacht wurden. Dies ermöglichte es Wissenschaftlern, Flecken von hellem und dunklem Gelände zu erkennen, die Xanadu- und Shangri-La-Merkmale waren, und reichlich Flüssigkeitsquellen in der nördlichen Polarregion in Form von Methanseen und Meeren zu entdecken.

Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) Huygens Lander landete am 14. Januar 2005 auf der Oberfläche, was Titan zum am weitesten von der Erde entfernten Körper machte, auf dem jemals ein Roboter-Missionsland gelandet war. Während der Lander nur 90 Minuten lang senden konnte, enthüllten die zurückgesendeten Daten viel über die Oberfläche des Titanen.

Dies beinhaltete Beweise dafür, dass viele der Oberflächenmerkmale von Titan irgendwann in der Vergangenheit durch Flüssigkeiten gebildet worden zu sein scheinen. Der Lander lieferte auch Informationen über die Region, in der er gelandet war, direkt an der östlichsten Spitze der hellen Region namens Adiri. Dies schloss das „Hochland“ ein, von dem angenommen wird, dass es hauptsächlich aus Wassereis und dunklen organischen Verbindungen besteht.

Diese Verbindungen entstehen in der oberen Atmosphäre und können mit Methanregen aus der Titanatmosphäre herabkommen und sich im Laufe der Zeit auf den Ebenen ablagern. Der Lander erhielt auch Fotos einer dunklen Ebene, die mit kleinen Steinen und Kieselsteinen (bestehend aus Wassereis) bedeckt war und zusätzliche Hinweise auf eine mögliche Flussaktivität (Flüssigerosion) zeigte.

Andere Welten:

Nur eine Handvoll Missionen haben die anderen Ozeanwelten des Sonnensystems erkundet. Dazu gehören die Voyager 2 Sonde, die einen Vorbeiflug von Triton in durchgeführt 1989 als Teil seiner Tour durch Uranus, Neptun und das äußere Sonnensystem. Während dieses Vorbeiflugs Voyager 2 sammelte Daten, die viel über die Oberfläche und Zusammensetzung des Mondes enthüllten und noch heute untersucht werden.

Zwischen 2015 und 2018 wurde Ceres von untersucht Die Morgendämmerung der NASA Mission. Dieser Orbiter war die erste Mission, die einen Zwergplaneten besuchte und um zwei Ziele jenseits der Erde in die Umlaufbahn ging - Ceres und Vesta, das zweitgrößte Objekt im Haupt-Asteroidengürtel. Neben der Suche nach Hinweisen auf einen möglichen inneren Ozean hat die Dämmerung Die Mission bestätigte, dass ein flüssiger Ozean einst einen Großteil der Oberfläche von Ceres bedeckt haben könnte.

Zu guter Letzt ist Pluto, das 2015 zum ersten Mal in der Geschichte von der Neue Horizonte Mission. Diese Mission lieferte die ersten klaren Bilder von Plutos Oberfläche und enthüllte Dinge über seine Oberflächenmerkmale, seine geologische Geschichte, Zusammensetzung, Atmosphäre und Hinweise auf seine internen Prozesse.

Zukünftige Erkundungsmissionen:

Aus offensichtlichen Gründen wurden mehrere Missionen vorgeschlagen, um die Ozeanwelten des Sonnensystems im Laufe der Zeit zu erkunden. Mit Blick auf die Zukunft befinden sich einige dieser Konzepte entweder in der Entwicklung oder stehen kurz vor der Realisierung. Darüber hinaus wird erwartet, dass Missionen der nächsten Generation, die die Grenzen der Weltraumforschung erweitern, eine Rolle bei der Erforschung der Ozeanwelten spielen.

Europa Clipper:

Im Jahr 2011 wurde eine Robotermission nach Europa im Rahmen der US Planetary Science Decadal Survey empfohlen. Dieser Bericht wurde von der NASA und der National Science Foundation (NSF) angefordert, um den Status der Planetenforschung zu überprüfen und Missionen vorzuschlagen, die ihre Erforschung vorantreiben würden Ziele zwischen den Jahren 2013 und 2022.

Als Reaktion darauf gab die NASA eine Reihe von Studien in Auftrag, um die Möglichkeit eines Europa-Landers im Jahr 2012 zu untersuchen, sowie Konzepte für ein Raumschiff, das einen Vorbeiflug an Europa durchführen könnte, und eines, das den Mond aus der Umlaufbahn untersuchen würde. Während sich der Orbiter-Vorschlag auf die „Ozean“ -Wissenschaft konzentrieren würde, würde sich der Mehrfach-Vorbeiflug-Vorschlag auf Fragen im Zusammenhang mit der inneren Chemie und Energie Europas konzentrieren.

Im Juli 2013 präsentierte das Jet Propulsion Laboratory und das Applied Physics Laboratory der NASA ein aktualisiertes Konzept für eine Flyby Europa-Mission (genannt Europa Clipper). Neben der Erkundung Europas zur Untersuchung seiner Bewohnbarkeit bietet die Clipper Die Mission würde mit der Auswahl der Standorte für einen zukünftigen Lander beauftragt. Es wird nicht Europa umkreisen, sondern Jupiter umkreisen und 45 Vorbeiflüge in geringer Höhe von Europa durchführen.

Am 13. Januar 2014 kündigte das House Appropriations Committee einen neuen überparteilichen Gesetzentwurf an, der Mittel im Wert von 80 Millionen US-Dollar zur Fortsetzung der Studien zum Europa-Missionskonzept enthielt. Im Mai 2015 gab die NASA offiziell bekannt, dass sie das akzeptiert hatte Europa Clipper Missionsvorschlag, der irgendwann in den 2020er Jahren starten würde.

Sie enthüllten auch, dass diese Mission auf einer Reihe von Instrumenten beruhen würde, die ein eisdurchdringendes Radar, ein kurzwelliges Infrarotspektrometer, einen topografischen Imager sowie ein Ionen- und Neutralmassenspektrometer umfassen würden.

SAFT:

2012 gab die Europäische Weltraumorganisation (ESA) bekannt, dass sie die JUpiter ICy Moon Explorer (JUICE) Missionskonzept als Teil des Cosmic Vision 2015-2025-Programms der Agentur. Diese Mission wird 2022 starten und 2029 bei Jupiter ankommen, wo sie mindestens drei Jahre lang detaillierte Beobachtungen von Jupiter und den Monden von Europa, Ganymed und Callisto durchführen wird.

Die Mission würde mehrere Vorbeiflüge von Europa und Callisto durchführen, sich aber letztendlich mehr auf Ganymed konzentrieren. Dies erfolgt mit einer Suite, die Kameras, Spektrometer, einen Laserhöhenmesser, ein eisdurchdringendes Radargerät, ein Magnetometer, Plasma- und Partikelmonitore sowie radiowissenschaftliche Hardware umfasst.

Europa Lander:

Die NASA hat in den letzten Jahren auch Pläne für eine Europa Lander, ein Roboterfahrzeug, das dem ähnlich wäre Wikinger 1 und 2Missionen, die den Mars in den 1970er Jahren mit einer Kombination aus Umlaufbahn und Lander erkundeten. Die Mission würde sich auch auf Technologien stützen, die von der Mars PathfinderGeist, Gelegenheit und Neugierde Rover, insbesondere solche, die nach Zeichen des vergangenen Lebens suchen sollen (auch bekannt als "Biosignaturen").

Wie seine Vorgänger hat die Europa Lander würde die Bewohnbarkeit Europas untersuchen und sein astrobiologisches Potenzial bewerten, indem ein für alle Mal die Existenz eines unterirdischen Ozeans bestätigt wird. Es würde sich auch auf eine Reihe von Instrumenten stützen, um die Eigenschaften von Wasser innerhalb und unterhalb der eisigen Schale Europas zu bestimmen.

Aber das größte Ziel dieser Mission wäre natürlich, nach Beweisen für das Leben zu suchen, die an die Oberfläche hätten gelangen können. Aus diesem Grund wären die Regionen, in denen Europa Fahnenaktivitäten erlebt, ein idealer Landeplatz.

Obwohl noch kein Datum für den Start oder die Ankunft einer solchen Mission in Europa festgelegt wurde, wird die Mission als von entscheidender Bedeutung für die künftige Erkundung angesehen. Höchstwahrscheinlich würde es nach der Europa Clipper-Mission folgen und an einem vom Orbiter ausgewählten Ort landen.

Titan Mare Explorer / U-Boot:

Die NASA und die astronomische Gemeinschaft haben auch eine Mission in Betracht gezogen, die Methanseen von Titan (insbesondere die größten Seen von Kraken und Ligeia Mare) auf Anzeichen möglicher Wasserlebewesen zu untersuchen. Ein Konzept ist der als Titan Mare Explorer (TiME) bekannte Vorschlag, ein Konzept, das von der NASA in Zusammenarbeit mit Lockheed Martin geprüft wird.

Diese Mission würde einen kostengünstigen Lander beinhalten, der in einem See auf der Nordhalbkugel von Titan planscht und 3 bis 6 Monate lang auf der Oberfläche des Sees schwimmt. Dieser Vorschlag wurde 2012 zugunsten des kostengünstigeren Mars außer Kraft gesetzt Einblick stattdessen Lander, der 2018 den Mars erreichte.

Ein weiterer Vorschlag zur Erforschung der Methanmeere auf Titan ist das Titan-U-Boot, ein Konzept, das vom Glenn Research Center der NASA in Zusammenarbeit mit Forschern der Washington State University untersucht wird. Es ist geplant, dieses Fahrzeug innerhalb der nächsten 20 Jahre an Titan zu senden, das dann Seen wie Kraken Mare autonom nach möglichen Lebensnachweisen absucht.

Titan Aerial Drones:

Es wurden auch mehrere Vorschläge gemacht, um die Atmosphäre des Titanen mithilfe von Luftplattformen oder einem kombinierten Ballon und einem Lander zu erkunden. Dazu gehört das Luftfahrzeug für die In-situ- und Luft-Titan-Aufklärung (AVIATR), das von Dr. Jason Barnes und einem Forscherteam der University of Idaho entworfen wurde.

Diese Drohne würde hochauflösende Bilder der Titanoberfläche aufnehmen, um zusätzliches Licht auf die Geologie zu werfen. Am Ende der Mission wird das Flugzeug versuchen, auf Titans Dünen zu landen, um weitere Informationen zu diesen merkwürdigen Merkmalen zu erhalten.

Es gibt auch die Titan Saturn System Mission (TSSM), einen gemeinsamen Vorschlag der NASA und der ESA zur Erforschung der Saturnmonde. Dieses Konzept sieht einen Heißluftballon vor, der in der Titanatmosphäre schwimmt und über einen Zeitraum von etwa sechs Monaten forscht.

Als Konzept der Flaggschiff-Mission für äußere Planeten besteht das Design des TSSM aus drei Elementen: einem NASA-Orbiter, einem von der ESA entworfenen Lander zur Erkundung der Titan-Seen und einem von der ESA entworfenen Ballon zur Erkundung seiner Atmosphäre. Leider ging dieses Konzept 2009 an die Europa Jupiter System Mission (EJSM) verloren.

Zuletzt wurde ein radikaler Vorschlag vom Labor für Angewandte Physik der John Hopkins University (JHUAPL) unter dem Namen JHUAPL gemacht Libelle. Diese Mission der New Frontiers-Klasse würde einen Roboter-Entdecker mit zwei Quadcoptern beinhalten, der in der Lage ist, vertikal zu starten und zu landen (VTOL) und von einem Kernreaktor angetrieben wird.

Eine solche Mission wäre in der Lage, die Atmosphäre von Titan zu erkunden und Wissenschaft an der Oberfläche zu betreiben, einschließlich der Erkundung der mysteriösen Dünen und Methanseen von Titan.

James Webb Weltraumteleskop:

Der JWST soll bis 2021 auf den Markt kommen und wird der Nachfolger des JWST sein Hubble, Spitzer, und Kepler-Weltraumteleskop. Dieses Teleskop ist das bislang fortschrittlichste Weltraumteleskop und nutzt seine hochmodernen Infrarot-Bildgebungsfunktionen.

Dazu gehören die Erforschung des frühen Universums, die Untersuchung entfernter Sterne und Exoplaneten sowie die Untersuchung der Planeten des Sonnensystems. In letzterer Hinsicht kommt das Studium der Ozeanwelten ins Spiel. When deployed, the JWST will dedicate some of its mission time to studying Europa and Enceladus.

Using its advanced infrared imaging capabilities, it will look for IR signatures on the surface of both moons to discern the location of “hot spots”, which correspond to of plume activity. Spectra obtained on thee plumes will help determine their composition and look for organic molecules and signs of life.

There's something exciting about the prospect of studying the Ocean Worlds that reside within in our cosmic backyard. On the one hand, these worlds may be the most likely place where we will find evidence of life beyond Earth. On the other, the various missions that are intended to explore them directly are all expected to happen within the next few decades.

For example, the JWST is scheduled to study moons like Europa and Enceladus just six months after it is deployed and has commenced its scientific operations. Das Europa Clipper mission is scheduled for the mid-2020s, while missions to Titan are expected to happen by the 2030s.

In other words, if there is life locked away beneath the icy crusts of these moons and minor planets, we will be hearing about it within our lifetime!

 Further Reading:

  • NASA - Ocean Worlds
  • NASA - Europa Clipper
  • NASA - Europa Lander
  • ESA - JUpiter ICy moons Explorer (JUICE)
  • NASA - Outer Planets Assessment Group (OPAG)
  • Astrobiology Magazine - the NASA Roadmap to Ocean Worlds
  • Lunar and Planetary Institute - Roadmaps to Ocean Worlds (ROW)
  • Woods Hole Oceanographic Institution - Exploring Ocean Worlds


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