Neuer alter Top-Kandidat für außerirdisches Leben

NASA-Astronomen bestätigen mit Hubble-Teleskop Wasserdampf-Fontänen auf Jupitermond Europa. Kein Hinweis auf Leben, aber die große Chance, solches mit einer Orbiter-Mission zu detektieren

Die US-Raumfahrtbehörde NASA kündigte schon Ende letzter Woche für den 26. September 2016 eine Pressekonferenz an, in der über "ungewöhnliche Aktivitäten" auf dem Jupitermond Europa berichtet werden sollte. Bei einigen Arthur C. Clarke-Anhängern und 2001-Fans schlug das Herz höher. Aliens seien jedoch nicht im Spiel, wiegelte die NASA im Vorfeld ab. Tatsächlich wurde gestern "nur" die Entdeckung von Fontänen auf Europa vermeldet, was 2012 zwar indirekt gelang, aber seitdem nicht mehr. Nunmehr konnten die Forscher den alten Fund direkt bestätigen. Jetzt bekommt die Suche nach Leben auf Europa einen Schub nach vorn. Anstelle einer teuren Lande- oder Unterwasser-Mission könnte ein weitaus kostengünstigerer Orbiter durch die Fontänen fliegen und dort gezielt nach Mikroben suchen.

All these worlds are yours - except Europa. Attempt no landing there. Use them together. Use them in peace.

Arthur C. Clarke

Erste Entdeckung bereits 2012

Es war schon eine kleine wissenschaftliche Sensation, als im Dezember 2012 Astronomen mit dem NASA-ESA-Weltraumteleskop Hubble am Südpol des Jupitermondes Europa Fontänen aus Wasserdampf entdeckten, die 201 Kilometer hoch waren und bei denen binnen einer Sekunde 3000 Kilogramm Wasserdampf in die Höhe katapultiert wurde, dies über einen Zeitraum von mehreren Stunden.

Seinerzeit konnte das Hubble-Fernrohr die Wasserdampfsäulen nicht im optischen Licht erfassen und fotografieren, sondern deren Vorhandensein nur via Spektrograph nachweisen - in Gestalt von Sauerstoff- und Wasserstoff-Emissionen. Ein direkter Nachweis von Wasserdampf war es gleichwohl nicht.

Jedenfalls konnte Hubble die Wassersäulen immer nur dann beobachten, wenn der Mond auf seiner elliptischen Umlaufbahn am weitesten weg von Jupiter war. Je größer die Distanz zwischen dem Trabanten und Jupiter wurde, desto stärker wurden die riesigen Spalten auf der Eisoberfläche auf Europa auseinandergezogen und desto mehr Wasserdampf schnellte binnen des Bruchteils einer Sekunde empor.

Naturgemäß freuten sich viele Exobiologen und Astronomen über diese Entdeckung, so auch Lorenz Roth vom Southwest Research Institute in San Antonio (USA), der die Auswertung der Hubble-Daten vor vier Jahren koordinierte und das Projekt leitete: "Flüssiges Wasser wird generell als Grundvoraussetzung für Leben - zumindest Leben wie man es auf der Erde kennt - erachtet. Daher rückt die Entdeckung der Dampffontänen den Mond Europa weiter in den Mittelpunkt der extraterrestrischen Forschung."

Steckbrief einer aussichtsreichen Lebenswelt

Auch wenn die Wasserfontänen von Roth und seinem Team nicht erneut beobachtet werden konnten, war der viertgrößte Jupitermond stets im Fokus der Astrobiologen. Dies hängt mit seinem historisch gewachsenen Steckbrief zusammen. Als 1979 die Voyager-2-Raumsonde erstmals Nahaufnahmen von dem im Durchmesser nur 3122 Kilometer großen Mond präsentierte, horchte die astrobiologische Zunft das erste Mal auf.

Denn auf Bildern des hellsten aller Monde im Sonnensystem überraschte die Eiswelt mit bizarr verkrusteten und rissartigen Oberflächenstrukturen, welche die Spekulation nährte, dass unter dem Eispanzer ein flüssiger Ozean existieren könnte. Dieser Verdacht erhärtete sich, als vor 16 Jahren die NASA-Raumsonde Galileo an dem viertgrößten Jupitertrabanten in einer Entfernung von nur 351 Kilometern vorbeiflog und dabei atemberaubende Bilder zur Erde funkte, auf denen die mysteriösen Strukturen noch detaillierter zu sehen waren.

Anhand der Galileo-Aufnahmen studierten diverse Wissenschaftlerteams die Geologie des Eismondes en detail und präzisierten das Bild über Europa mithilfe weiterer Daten, welche die anderen Instrumente der Galileo-Sonde gesammelt hatten. Es sind Indizien, die sich mosaiksteinmäßig zu einem Gesamtbild fügen, das gleichwohl kein Beweischarakter hat. Doch das Gros der Wissenschaftler geht heute davon aus, dass die unzähligen mysteriösen Risse und Furchen, die sich auf der Oberfläche Europas wie ein Netzwerk erstrecken, klare Hinweise auf das Vorhandensein von Spalten zwischen riesigen Eisschollen sind.

Da diese stark an Risse und Verwerfungen erinnern, die man von irdischen Eisfeldern kennt, gehen die Wissenschaftler heute davon aus, dass die Eisplatten auf einer Flüssigkeit schwimmen und deshalb ihre Position ständig verändern. Entstanden sein könnten diese infolge von Eisvulkanismus oder durch Eruptionen von Geysiren, bei denen das hochgeschleuderte warme Wasser die Eiskrusten voneinander weggedrückt hat. Kein Wunder demnach, dass unter dem Kilometer dicken Eispanzer ein riesiger subglazialer Ozean aus flüssigem Wasser vermutet wird. Eine Meereswelt, die mehr als zweimal so viel Wasser enthalten könnte wie alle Meere und Seen der Erde zusammengenommen. Ein Beweis für diese Annahme fehlt jedoch noch.

Signifikant für den Jupitermond ist seine relativ ebene Oberfläche, die nur wenige Einschlagskrater aufweist. Forscher werten die niedrige Kraterdichte als Indiz dafür, dass sich Europas Oberfläche regelmäßig erneuert und mit ungefähr 90 Millionen Jahren noch relativ jung ist. Heute gehen viele Exobiologen davon aus, dass Europa neben ausreichend Wasser praktisch alle Zutaten besitzt, die für die Ausbildung einer Biosphäre erforderlich sind: Kohlenstoff, Sauerstoff in der Atmosphäre und auch organische Moleküle. Und dank der starken Gravitation Jupiters respektive den starken Gezeitenkräften erweist sich Europa nicht zuletzt aufgrund seiner geringen Umlaufzeit um Jupiter von nur dreieinhalb Tagen als höchst dynamischer Planet. Wegen seiner vulkanischen Aktivität könnte der Mond zudem ausreichend Wärme besitzen, um im Innern oder unter dem Eispanzer das Aufkommen von Leben zu begünstigen - fernab der hohen Strahlendosis (5,4 Sievert), mit denen der Mond an seiner Oberfläche tagtäglich vorliebnehmen muss.

Fernerhin konnten die Wissenschaftler nach Auswertung der alten Hubble-Bilder auch auf das Vorhandensein einer sehr dünnen Atmosphäre rückschließen. Und bei den Vorbeiflügen der Galileo-Sonde konnten sie ein schwaches Magnetfeld nachweisen. Es deutete darauf hin, dass Salze in dem "untereuropäischen" Wasser gelöst vorhanden sind, was wiederum ein lebensfreundliches Milieu begünstigt.

Extremophile Lebensformen denkbar

Daher verwundert es nicht, dass Europa heute von dem Gros der interdisziplinär forschenden Astrobiologen als heißester Anwärter auf extraterrestrisches Leben im All, zumindest im Sonnensystem, gesehen wird. "Auf Europa sind alle Ingredienzien vorhanden, die uns dazu verlassen könnten, dorthin hinzufliegen", konstatierte bereits im Juli 2014 die NASA-Chefwissenschaftlerin Ellen Stofan.

Schließlich könnten unter der Oberfläche Europas hyperthermophile Mikroben leben, die ihre Energie von dort existierenden aktiven Vulkanen beziehen. "Mit der Kombination Vulkanismus und Wasser könnte sich gute Dinge ereignen", so Stofan.

Hyperthermophile sind Extremophile. Extremophile wiederum sind Bakterien respektive Einzeller, die auf der Erde überall Präsenz zeigen und extremsten Umweltbedingungen trotzen. Im polaren Meereis, in heißen Quellen, bei hohen Salzkonzentrationen, bei basischen oder sauren Bedingungen, in großer Tiefe (ohne Licht), unter starkem Druck, im Weltraum (ohne Sauerstoff) vermehren sich diese Überlebenskünstler mit Leichtigkeit. Sie zählen nicht allein auf unserer Welt zu den exotischsten und anpassungsfähigsten Lebewesen, sie könnten auch auf dem Nachbarplaneten Mars und eben auf Europa ihre Nischen gefunden haben. Von resistenten Mikroorganismen dieser Couleur gibt es mehr als ein Dutzend verschiedene Kategorien, wie etwa die Rot-Alge Galdieria, die zur Extremophilen-Klasse der Thermophilen zählt. Ihr bereitet es offensichtlich Spaß, sich in den kochend heißen Quellen des Yellowstone-Nationalparks zu vergnügen.

Neuer Fund bestätigt alten Fund

Jetzt könnten außerirdische Extremophile sogar mit weitaus weniger Aufwand in Reichweite kommen. Wie die NASA auf ihrer gestrigen, im Vorfeld groß angekündigten Pressekonferenz lancierte, konnte ein weiteres Astronomenteam mit dem altbewährten Hubble-Fernrohr nicht nur den Fund von 2012 bestätigen, sondern mit einem anderen Beobachtungsverfahren auf dem Eismond Europa weitere Wasserdampf-Geysire direkt detektieren.

Die am Südrand des Jupitermonds lokalisierten Dampf-Geysire, die aus dem bis zu minus 220 Grad Celsius kalten Eis schießen und sodann wieder auf die kalte Oberfläche herunterrieseln, erreichen eine Höhe von bis zu 200 Kilometer.

Zu verdanken ist der spektakuläre Fund dem Team um den US-Astronomen William Sparks vom Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore. Er und seine Crew registrierten im Rahmen von zehn Beobachtungskampagnen drei Fontänen-Ereignisse, die mit hoher Sicherheit nicht auf Messfehler oder Fehlinterpretationen zurückzuführen sind. "Sie sahen echt aus. Die statistische Wahrscheinlichkeit hierfür ist sehr hoch. Und ich habe keine alternativen natürlichen Erklärungen hierfür parat", betonte der Projektleiter auf der gestrigen Pressekonferenz.

Eigentlich wollten Sparks und seine Kollegen mit dem Hubble-Fernrohr nur Hinweise auf das Vorhandensein einer Exosphäre des Eismondes finden. Unter Anwendung der Transitmethode nahmen sie daher die Silhouette des Mondes vor dem vorbeiziehenden Hintergrund des Jupiters mit dem Hubble-Teleskop zehn Mal ins Visier.

Gäbe es eine dünne Atmosphäre um Europa, würde diese einen Teil des Lichts vom Jupiter schlucken. Wir könnten sie dann als Silhouette wahrnehmen. Daher suchten wir nach Absorptionsmerkmalen am Rand von Europa während ihres Transits vor Jupiter.

William Sparks

Als Europa und Jupiter in einer Sichtlinie standen, als der Eismond den Jupiter passierte, sahen die Forscher jedoch nicht die erwartenden Absorptionslinien. Stattdessen sahen sie bei drei Transits das von dem Gasplaneten emittierte ultraviolette Licht, das von dem hochgeschleuderten Geysir-Material schwach abgeschirmt wurde. Um den schwachen Lichtabfall zu messen, musste das Hubble-Teleskop bis an die Grenzen seiner Leistungsfähigkeit gehen.

Vor der Veröffentlichung ihrer Studie überprüften und verifizierten Sparks und sein Team die Hubble-Daten zwei Jahre lang, verglichen die neuen mit den alten Daten und versuchten auch den Mechanismus zu verstehen, der erklären könnte, wie und wann Geysire auf Europa entstehen. Über ihre Ergebnisse berichten Sparks und weitere Wissenschaftler in der Ausgabe des Wissenschaftsmagazins "Astrophysical Journal" am 29. September dieses Jahres.

Unterwassermission obsolet - Simple Orbiter-Mission "in"

Da die Existenz von regelmäßig auftauchenden Wasserfontänen mit größter anzunehmender Wahrscheinlichkeit auf Europa bestätigt ist, könnten die Astrobiologen von einem kostspieligen Unterwasser-Abenteuer alsbald wieder Abstand nehmen, die in den letzten beiden Dekaden ohnehin nur auf den Reißbrettern der NASA und der Europäischen Raumfahrtagentur ESA Konturen gewonnen haben. Vorerst sind die futuristisch aufwändigen Bohr-, Schmelz- und Tauchsonden-Konzepte obsolet, die einst unter den Namen Kryo- und Hydrobts firmierten, aber zu keinem Zeitpunkt ernsthaft diskutiert wurden, weil sie schlichtweg nicht finanzierbare Fantasiegebilde waren.

Nun aber werden die astrobiologischen Karten völlig neu gemischt. Das Vorhandensein von Wasserfontänen auf und über Europa eröffnet ungeahnte neue Perspektiven. Da nämlich bei diesem Vorgang viel Material, das größtenteils aus herabschwebenden Wassermolekülen und Eispartikeln besteht, aus der Oberfläche und aus dem Untergrund nach oben geschleudert wird, sollte sich dieses nach Ansicht der Forscher später während weiterer Vorbeiflug-Missionen sehr gut analysieren lassen. Schließlich könnten in den Fontänen auch Spuren von extremophilen Mikroben sein, die entweder einen indirekten oder bestenfalls sogar direkten Nachweis von Leben auf Europa erlauben.

Tatsächlich könnten die Wasserfontänen dabei helfen, Proben des Ozeans zu nehmen und zu untersuchen, ohne den dicken Eispanzer des Jupitermonds durchbohren zu müssen, betonte der der wissenschaftliche Leiter der NASA, Geoff Yoder, auf der Presse-Telekonferenz am Montag.

Diese Wasserdampf-Fontänen könnten, sofern sie existieren, einen alternativen Weg weisen, den Untergrund Europas zu beproben." Ein Fly-by-Flug durch die 201 Kilometer hohen Fontänen könnte daher durchaus lohnen. Bereits eine Dampfprobe könnte ausreichen, um die Zusammensetzung des Ozean-Wassers zu bestimmen.

Geoff Yoder

Unbekannter Mechanismus

Noch aber ist der Mechanismus nicht geklärt, wie und wann die Wasserfontänen genau entstehen: Sind diese wirklich das Produkt von Rissen im kilometerdicken Eis, durch die das Wasser bis an die Oberfläche schießt? Oder verdanken diese ihre Herkunft separaten, abgeschlossenen Seen? Unklar ist auch die zeitliche und räumliche Ebene. Schließlich deuten die bisherigen Beobachtungen allesamt darauf hin, dass die Wasserfontänen sehr unterschiedlich sind und höchst sporadisch und spontan eine Zeitlang auftauchen, um dann wieder unvorhersehbar zu verschwinden.

Für die Planer einer Robotermission wäre es jedoch elementar, den genauen Zeitpunkt zu ermitteln, wann und wo sich eine Eruption ereignet, damit die Sensoren der Sonde den Wasserdampf in situ untersuchen können. "Eines der größten ungelösten Rätsel, die mit diesen vermutlichen Dampffontänen einhergehen, ist deren Timing zu verstehen", gesteht Curt Niebur, der als Programmwissenschaftler für Europa am NASA-Hauptquartier in Washington, D. C. arbeitet.

Dieses Geheimnis klären soll der Hubble-Nachfolger. In Anerkennung der großen Leistung des hochbetagten Weltraumteleskops richtet vor allem Paul Hert, der Direktor der Astrophysikalischen Abteilung des NASA-Hauptquartiers in Washington, D. C, seinen Blick auf das James Webb Telescope (JWST).

Hubbles einzigartige Fähigkeiten versetzten uns in die Lage, diese Fontänen zu entdecken. Wieder einmal hat das Hubble-Teleskop gezeigt, dass mit ihm Beobachtungen möglich sind, für das es nicht konstruiert wurde. Sie öffnen uns eine neue Welt voller Möglichkeiten, und wir freuen auf künftige Missionen. Wir freuen uns auf das James Webb Space Telescope.

Paul Hert

Ausgestattet mit einem 6,5 Meter großen Spiegel, kann das JWST kosmische Objekte ausspähen, die nur ein Hundertstel so hell sind wie jene, die das Weltraumteleskop Hubble bislang untersucht hat. Bereits in zwei Jahren könnte es starten und im Infrarotlicht das Wasserfontänen-Phänomen auf und über Europa näher unter die Lupe nehmen.

In-situ-Mission obligatorisch

Um jedoch Spuren von Leben auf Europa nachzuweisen, muss der Homo sapiens zwangsläufig eine unbemannte Raumsonde mit adäquatem Instrumentarium zum Jupitermond entsenden. Konzepte hierzu finden sich in den Archiven der NASA oder der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA schon seit geraumer Zeit, wie etwa die für 2020 angedachte Europa-Clipper-Mission.

Sie sieht vor, eine mit zahlreichen wissenschaftlichen Instrumenten bestückte Forschungssonde in einen Orbit um Jupiter einzubringen und 45 Vorbeiflüge an Europa durchzuführen, in einer Entfernung von 25 bis 2700 Kilometern. Dabei soll ein leistungsstarkes Radar den Eispanzer durchleuchten und seine Dicke genau messen und ein Infrarot-Spektrometer die geologische und chemische Zusammensetzung der Oberfläche bestimmen. Fernerhin sollen eine hochauflösende topografische Kamera die Oberflächenstrukturen erfassen und ein Massenspektrometer die Atmosphäre des Mondes analysieren.

Auch die von der Europäischen Weltraumagentur ESA geplante JUICE-Mission ("The JUpiter ICy Moon Explorer") ist noch reine Zukunftsmusik. Ob die Orbitersonde 2022 ihre achtjährige Reise zum Jupiter planmäßig antreten wird, ist noch völlig offen.

Allerdings könnte die Bestätigung von Geysiren auf Europa der JUICE-Mission zugutekommen, ist doch der mit elf Instrumenten bestückte Roboter auch dafür konstruiert, die Fontänen Europas näher zu analysieren und die Astrobiologen vielleicht darin ermutigen, die Suche fortzusetzen. Die Zeit hierfür wäre reif. Jetzt, da für den Nachweis von mikrobiellen Leben auf Europa noch nicht einmal mehr eine Landemission vonnöten ist, umso mehr.

Theoretisch war es noch nie so einfach und kompliziert zugleich, außerirdisches Leben im Rahmen einer Robotermission nachzuweisen. Passt auf - ihr "europäischen" Außerirdischen! Wir kommen bald - trotz Eurer emphatischen Warnung, von der uns Arthur C. Clarke berichtete!