Welten aus Eis
Wie Kamera und Laser die Monde des Jupiters vermessen
JUICE wird für den Start mit der Ariane-5-Rakete vorbereitet, die sie auf den Weg in Richtung Jupitersystem bringen soll © ESA
Mit langem Atem: Ganna Portyankina und Hauke Hußmann beforschen vom Adlershofer DLR aus die Monde des Jupiter © WISTA Management GmbH
Weit draußen im Sonnensystem, gut 700 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, herrscht der Gasriese Jupiter über ein ganzes Heer an Monden. Dort warten Welten aus Eis, zerfurcht von kilometerlangen Rissen und Gräben; übersät mit Kratern; durchzogen von hellen Streifen, die wie aufgerissene Narben in der Oberfläche liegen. Die größten tragen Namen aus antiken griechischen Erzählungen wie Ganymed, Europa oder Kallisto. Unter ihren mächtigen Panzern aus Eis verbergen sich Ozeane, die wohl mehr Wasser als alle fünf Weltmeere unseres blauen Planeten beherbergen.
Diese fremden Welten zu erkunden, ist das Ziel von JUICE, einer Weltraummission der Europäischen Raumfahrtagentur ESA. JUICE steht für Jupiter Icy Moons Explorer. Die Raumsonde, etwa so groß wie ein kleines Gartenhaus, ist seit April 2023 unterwegs und soll 2031 an ihrem Ziel eintreffen. Mit an Bord hat sie eine kleine Schatzkammer an wissenschaftlichen Instrumenten, mit denen sie den Geheimnissen der eisigen Welten auf den Grund gehen soll.
„Die Kamera ist bei jeder Mission eines der wichtigsten, wenn nicht sogar das wichtigste Instrument“, sagt Ganna Portyankina vom Institut für Weltraumforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Adlershof. „Sie ist das Auge der Mission.“ Bei JUICE heißt dieses Auge JANUS, und Portyankina ist seine Co-Leiterin. Nur von einer Kamera zu sprechen, würde dem Messinstrument aber bei Weitem nicht gerecht. Es ist mehr: ein präzises Ensemble aus Linsen, Filtern, hochsensiblen Sensoren und genauer Mechanik – gebaut für einen fehlerfreien Betrieb am anderen Ende des Sonnensystems. Denn wenn JUICE ihr Ziel erreicht, soll JANUS die Oberflächen von Ganymed, Europa und Kallisto so detailliert kartieren wie nie zuvor.
Dafür besitzt das Kamerasystem zwölf unterschiedliche Filter. Die sehen nicht nur in Schwarz-Weiß, sondern liefern auch Farb- und Materialinformationen. „Wir wollen verstehen, wie diese Monde gebaut sind und wie sie sich im Lauf der Zeit verändert haben“, erklärt die Physikerin, die sich schon in ihrer Doktorarbeit mit den eisigen Oberflächen von Himmelskörpern beschäftigt hat. Denn die tiefen Krater, hellen Felder und rätselhaften Streifen, die wie tektonische Nähte über ganze Kontinente reichen, sind für sie mehr als schöne Bilder. Sie zeigen ihr, wie aktiv die Eiskrusten einmal waren. Und vielleicht auch heute noch sind. Jeder helle Auswurf eines Kraters, jede Bruchkante und jeder leicht verschobene Block aus gefrorenem Wasser erzählt etwas darüber, was unter der Oberfläche geschieht: ob sich warme Schichten heben, altes Material aufbricht oder neue Eislagen nach oben drängen.
Während JANUS die Monde im Licht der fernen Sonne fotografisch festhält, setzt ein zweites Instrument auf Laserstrahlen: das am DLR in Adlershof entwickelte Altimeter (Höhenmesser) GALA. Dreißig Mal in der Sekunde rasen Laserpulse von GALA zur Oberfläche hinab, werden zurückgeworfen und vom Instrument wieder aufgefangen. Die von einer hochpräzisen Uhr gemessene Laufzeit verrät die Entfernung zwischen Sonde und Boden.
Auf diese Weise entsteht aus Millionen solcher Messpunkte ein dreidimensionales Relief von Tälern, Hügeln, Klüften und verformten Eisschichten. „Wir wollen die Topografie dieser Monde so genau wie möglich bestimmen“, sagt Hauke Hußmann, wissenschaftlicher Leiter des Experiments. Das ist für ihn mehr als eine Frage technischer Eleganz. Denn die Form der Oberfläche verrät, wie der Mond im Inneren aufgebaut ist.
Ganz besonders interessieren ihn die Gezeitendeformationen auf Ganymed. Ähnlich wie unser Mond die Meere der Erde im Vorbeiziehen beeinflusst, zerrt auch Jupiter an seinen Begleitern. Da Wasser diesen Kräften sehr viel stärker nachgibt als feste Materie, kann die Verformung bei einem mondumspannenden Meer um bis zu acht Meter schwanken; bei einer starren Kruste sind es hingegen nur wenige Zentimeter. „Sollten die mit GALA gemessenen Werte im Meterbereich liegen, wäre das eine weitere Bestätigung für einen riesigen Ozean unter dem Eis“, sagt Hußmann. Technisch bewegt sich GALA am Limit dessen, was im Jupitersystem möglich ist. Die extremen Strahlungsbedingungen erfordern robuste Laser und hochsensible Detektoren, die selbst schwache Rücksignale zuverlässig auswerten. Gleichzeitig ist Energieeffizienz das oberste Gebot. Denn das Sonnenlicht, das die Solarpaneele der Sonde erreicht, ist 25-mal schwächer als in der Nähe der Erde.
Gemeinsam zeichnen JANUS und GALA ein Bild dieser fernen Welten, das tiefer reicht als alles, was wir bisher gesehen haben. Vielleicht zeigt es uns, wie lebendig die eisigen Monde des Jupiter tatsächlich sind.
Kai Dürfeld für Adlershof Journal