Fluorezenz von Europa

Jupiters Mond: Europa scheint – Fluoreszenz zeigt die Zusammensetzung der Eiskruste und lässt die Nachtseite grün leuchten

Geisterhaftes Leuchten: Ein subtiles Leuchten geht von Jupiters Mond Europa aus – das Eis auf seiner Nachtseite fluoresziert grün. Der Grund dafür ist die Bombardierung des Mondes mit geladenen Teilchen aus Jupiters Magnetfeld. Das Spannende ist jedoch, dass das Spektrum dieser Fluoreszenz zeigen könnte, welche Salze in der Kruste des Eismondes enthalten sind – und damit auch, wie lebensfreundlich der subglaziale Ozean darunter ist.

Das Jupiter in Europa gilt als der vielversprechendste Kandidat für außerirdisches Leben in unserem Sonnensystem. Denn unter seiner dicken Eiskruste liegt ein tiefer Ozean aus flüssigem Wasser. Die Gezeitenkräfte des nahe gelegenen Jupiter sorgen für die nötige Wärme und sorgen dafür Strömungen unter dem Eis. Sogar eine Subduktion Es könnte Europa geben, das wiederholt Teile der Eiskruste in den Ozean sinken und schmelzen lässt – das könnte wichtige Salze und Nährstoffe in das subglaziale Wasserreservoir transportieren.

Die Zusammensetzung der Eiskruste könnte zeigen, wie lebensfreundlich der subglaziale Ozean Europas wirklich ist. © NASA / JPL-Caltech

“Die Kenntnis der anorganischen Zusammensetzung der europäischen Oberfläche ist beispielsweise wichtig, um den Salzgehalt des Ozeans und Modelle für den Austausch zwischen Ozean und Oberfläche überprüfen zu können”, erklärt Murthy Gudipati vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena und seinen Kollegen. Bisher war dies jedoch nur teilweise bekannt. Also der erste angegeben Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop festgestellt, dass Teile der Eiskruste Natriumchlorid – Tafelsalz enthalten.

Europas Eisoberfläche ist fluoreszierend

Aber eine ungewöhnliche Eigenschaft von Jupiters Mond könnte bald helfen, seine Chemie zu entschlüsseln. Weil seine Eisoberfläche im Dunkeln leuchtet. Die Ursache für dieses Auftreten ist das ständige Beschießen des Jupitermondes durch geladene Teilchen aus dem Jupiter-Magnetfeld. Diese kollidieren mit Molekülen und Atomen auf der Eisoberfläche und stimulieren diese. Wenn diese angeregten Atome dann in ihren Grundzustand zurückkehren, geben sie die Energie in Form von Photonen ab – sie leuchten.

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“Eine solche durch Elektronenbeschuss induzierte Lichtemission, auch als elektronenstimulierte Lumineszenz bekannt, wurde bereits in mehreren Studien mit reinem Wassereis beobachtet”, berichten Gudipati und sein Team. Salzeis emittiert auch charakteristische Lichtspektren. Daher müsste die Eisoberfläche Europas farblich fluoreszieren – je nach Region und Zusammensetzung leicht grünlich, an einigen Stellen auch bläulich oder gelber.

Allerdings: Dieses subtile Leuchten ist von der Erde aus nicht zu sehen – es ist zu schwach und es wird zu viel Interferenzstrahlung überlagert. Aber in nur wenigen Jahren wird die Raumsonde Europa Clipper der NASA auf Jupiters Mond starten und ihn dann mehrmals umkreisen. Während dieser Vorbeiflüge könnte die Sonde die Fluoreszenz Europas abbilden – und so möglicherweise mehr Informationen über die Eiszusammensetzung erhalten.

Beschuss mit Eiskruste im Elektronenstrahllabor

Gudipati und seine Kollegen haben nun in einem Experiment untersucht, ob solche Analysen möglich sind und welche spektralen Signaturen die verschiedenen im Eis von Jupiters Mond vorhandenen Moleküle erzeugen könnten. Zu diesem Zweck bombardierten sie verschiedene Eismischungen mit Elektronenstrahlen von bis zu 25 Megaelektronvolt – ungefähr so ​​viel wie der Energiebereich der Partikelströme, die auf Europa herabregnen.

Und tatsächlich: Als das Eis von den Elektronen bombardiert wurde, begann es auf charakteristische Weise zu glühen. „Wir hätten nie gedacht, dass wir es so gut sehen würden: Sobald wir eine neue Eismischung probiert haben, hat sich auch das Aussehen geändert“, berichtet Gudipatis Kollegin Bryana Henderson. “Wir haben das mit einem Spektrometer gemessen und es wurde bestätigt: Jeder Eistyp hatte ein anderes Spektrum.”

Geld grüne Rechnung und rote Schulter

Die genaueren Analysen zeigten, dass das Wassereis auf der Oberfläche Europas hauptsächlich drei charakteristische Emissionsbänder emittiert: einen Peak im violetten Lichtbereich bei einer Wellenlänge von etwa 330 Nanometern, einen zweiten im grün-blauen Bereich bei 440 Nanometern und einen dritten, besonders stark mit einem Maximum im gelbgrünen Farbbereich bei 525 Nanometern.

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Wenn dem reinen Wassereis jedoch Salze zugesetzt werden, ändert sich dieses Grundmuster: Die Zugabe von Tafelsalz (NaCl) schwächt den Emissionspeak bei 525 Nanometern signifikant ab, das Vorhandensein von Magnesiumsulfat führt andererseits zu einer leichten Verschiebung von diesem Peak auf eine Wellenlänge von 560 Nanometern. “Mit Sulfat dotierte Eisspektren zeigten auch eine breite Emissionsschulter im roten Bereich, die bei keiner der anderen Eissorten vorhanden war”, berichten Gudipati und seine Kollegen.

Kartierung durch den Europa Clipper

Der entscheidende Faktor: Diese Fluoreszenz ist klar genug, um von der Europa Clipper-Raumsonde während ihres Vorbeiflugs in einer Höhe von 50 Kilometern erfasst zu werden, wie die Forscher berechnet haben. “Es kommt nicht oft vor, dass Sie im Labor stehen und sagen können: Wir werden das dort finden, wenn wir dort ankommen”, sagt Gudipati. “Normalerweise ist es umgekehrt: Sie beobachten etwas vor Ort und versuchen es dann im Labor zu erklären.”

Die Trajektorien und Spektrometer können nun für die Sondenmission zu Jupiters Mond Europa entsprechend angepasst werden. “Nächtliche Passagen können dann verwendet werden, um eine Karte der Zusammensetzung der europäischen Eisoberfläche zu erhalten”, sagten die Wissenschaftler. Dies könnte helfen zu klären, ob die Kruste und der Ozean von Jupiters Mond die chemischen Anforderungen für das Leben haben. (Naturastronomie, 2020; doi: 10.1038 / s41550-020-01248-1)

Quelle: NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL)

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