Graz (Österreich) – Anhand der Daten der NASA-Sonde „Galileo“ haben Planetenwissenschaftler erstmals Hinweise auf das lebenswichtige Element Phosphor in der Atmosphäre des Jupitermondes Io gefunden. Diese könnte zur Lebensfreundlichkeit dessen großer Nachbarmonde beitragen.
Copyright: NASA, NASA-JPL, University of Arizona
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Wie das internationale Forschungsteam unter Leitung von Martin Volwerk vom Grazer Instituts für Weltraumforschung aktuell im Fachjournal „Astronomy and Astrophysics“ (DOI:
10.1051/0004-6361/202556518) berichtet, nutzten sie für ihre Entdeckung statt klassischer Teilchendetektoren Magnetfelddaten der Sonde, um Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Atmosphäre zu ziehen.
Vulkanischer Extremkörper im Jupitersystem
Der Mond Io gehört zu den vier großen sog. Galileischen Monden des Jupiter und gilt als der vulkanisch aktivste Himmelskörper im Sonnensystem. Ursache dafür sind extreme Gezeitenkräfte, die durch die Nähe zu Jupiter und eine spezielle Bahnresonanz mit den Monden Europa und Ganymed entstehen. Diese Kräfte „kneten“ den Mond regelrecht durch und erzeugen enorme Hitze im Inneren. Die Oberfläche hebt und senkt sich dabei um bis zu 100 Meter. Das Resultat sind zahlreiche aktive Vulkane und gewaltige Magmakammern unter der Oberfläche. Erst kürzlich wurde durch die Raumsonde Juno der bislang größte bekannte Vulkanausbruch auf Io beobachtet.
Diese intensive vulkanische Aktivität speist eine dünne, aber dynamische Atmosphäre, aus der kontinuierlich Gas entweicht.
Teilchenanalyse ohne Teilchendetektor
Für die aktuelle Studie griff das Forschungsteam auf Messdaten der Galileo-Mission aus den Jahren 1995 bis 2001 zurück. Während „Galileo“ mehrfach in geringer Entfernung an Io vorbeiflog, waren die vorhandenen Teilchendetektoren nur eingeschränkt nutzbar.
Stattdessen analysierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun Daten eines Magnetometers. Dieses misst elektromagnetische Wellen, die entstehen, wenn ionisierte Teilchen mit einem Magnetfeld wechselwirken. Die Frequenz dieser sogenannten Ionen-Zyklotron-Wellen ist charakteristisch für die Masse und Ladung der jeweiligen Teilchen.
Durch eine Spektralanalyse konnten die Forscher einzelne Peaks bestimmten Ionen zuordnen und so Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung ziehen. Neben erwarteten schwefelhaltigen Verbindungen identifizierten sie dabei auch Signale, die auf bislang nicht nachgewiesene Elemente hindeuten.
Dynamische und variable Atmosphäre
Io verliert durch seinen Vulkanismus kontinuierlich Gas an den umgebenden Raum – Schätzungen zufolge etwa eine Tonne pro Sekunde. Ein Teil dieses Gases wird durch Sonnenstrahlung und energiereiche Elektronen ionisiert und in die Magnetosphäre des Jupiter eingebunden.
Die Analyse der Magnetfelddaten zeigt nun, dass die Dichte dieser Ionen mit zunehmender Entfernung von Io abnimmt. Gleichzeitig ist die Zusammensetzung der Atmosphäre stark variabel. Während schwefelhaltige Ionen konstant nachweisbar sind, treten andere Elemente nur zeitweise auf oder verschwinden vollständig. Diese Dynamik unterstreicht die komplexe Wechselwirkung zwischen Vulkanismus, Atmosphäre und Magnetfeld im Jupitersystem.
Phosphor als Schlüssel für mögliche Lebensräume
Besondere Aufmerksamkeit gilt dem möglichen Nachweis von Phosphor in der Io-Atmosphäre. Dieses Element gehört zu den sogenannten CHNOPS-Elementen (Carbon (Kohlenstoff), Hydrogen (Wasserstoff), Nitrogen (Stickstoff), Oxygen (Sauerstoff), Phosphor und Schwefel), die für das Leben auf der Erde essenziell sind. Im Sonnensystem gilt Phosphor als vergleichsweise selten.
Sollte sich der Nachweis bestätigen, könnte Io eine bedeutende Quelle für Phosphor im gesamten Jupitersystem sein. Da die Galileischen Monde vermutlich gemeinsam entstanden sind, legt dies nahe, dass auch andere Monde wie Europa, Ganymed oder Kallisto relevante Mengen dieses Elements enthalten könnten.
Diese Monde gelten aufgrund vermuteter unterirdischer Ozeane als potenziell lebensfreundliche Umgebungen. In Kombination mit flüssigem Wasser könnte Phosphor eine entscheidende Rolle für mögliche biologische Prozesse spielen.
Bedeutung für zukünftige Missionen
Die neuen Ergebnisse liefern wichtige Ansatzpunkte für kommende Raumfahrtmissionen wie die ESA-Mission JUICE und die NASA-Sonde Europa Clipper. Diese sollen unter anderem untersuchen, wie sich chemische Elemente im Jupitersystem verteilen und ob lebensfreundliche Bedingungen existieren könnten.
Die mögliche Entdeckung von Phosphor auf Io erweitert das Verständnis der chemischen Prozesse im Jupitersystem erheblich. Gleichzeitig zeigt sie, wie eng vulkanische Aktivität, Atmosphärendynamik und magnetische Wechselwirkungen miteinander verknüpft sind.
Sollte sich der Befund bestätigen, hätte dies weitreichende Konsequenzen für die Einschätzung der Lebensfreundlichkeit benachbarter Monde – und würde Io als wichtigen Baustein im chemischen Kreislauf des Jupitersystems etablieren.
WEITERE MELDUNGEN ZUM THEMA
NASA-Mission zur Erforschung der Lebensfreundlichkeit des Jupitermondes Europas 15. Oktober 2024
Recherchequelle: Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung
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