EUROPA (SATELLIT): EIGENSCHAFTEN, ZUSAMMENSETZUNG, UMLAUFBAHN, BEWEGUNG - ARTE - 2024

Europa ist ein natürlicher Satellit oder Mond des Jupiter, der 1610 vom italienischen Astronomen Galileo Galilei (1564-1642) entdeckt wurde. Es ist zusammen mit Ganymed, Io und Callisto Teil der sogenannten galiläischen Monde. Sein Name stammt von einer Figur in der griechischen Mythologie: Europa war die Mutter von König Minos von Kreta, einer der vielen Liebhaber des Königs der Götter.

Der deutsche Astronom Simon Marius, ein Zeitgenosse von Galileo, schlug den Namen in einem seiner Werke vor, das auch die Entdeckung der Jupiter-Satelliten vor der Ankündigung durch Galileo gutschrieb.

Abbildung 1. Natürliches Farbbild von Europa, aufgenommen von der Galileo-Mission. Die Linien sind wahrscheinlich Brüche in der Kruste mit freiliegenden Steinen. Quelle: Wikimedia Commons. NASA / JPL / DLR / Public Domain

Eine andere Bezeichnung, die für diesen Satelliten verwendet wird und derzeit nicht verwendet wird, ist die von Galileo ursprünglich vorgeschlagene mit römischen Ziffern. Somit ist Europa auch Jupiter II, da es der zweite galiläische Mond in der Nähe des Planeten ist (Io ist der nächste, aber es gibt vier weitere kleinere Monde).

Schließlich fielen die Astronomen auf den Vorschlag von Marius herein, der die Satelliten möglicherweise unabhängig von Galileo entdeckt hat.

Die Entdeckung der galiläischen Monde, die den Jupiter umkreisen, war ein Meilenstein für die Wissenschaft. Es stärkte die heliozentrische Theorie des Kopernikus und ließ die Menschheit erkennen, dass die Erde nicht das Zentrum des Universums war.

Die galiläischen Monde blieben jedoch lange Zeit als kleine Lichtpunkte, gesehen mit dem Teleskop, das den Jupiter umkreist.

Bis die unbemannten Missionen Pioneer, Voyager, Galileo und New Horizons eine Flut von Informationen über Europa und die verbleibenden Satelliten der Riesenplaneten brachten.

Allgemeine Charakteristiken

Mögliche Bewohnbarkeit

Europa, etwas kleiner als der Mond, hat einen Ozean aus Wasser unter der Oberfläche und ist durch das Jupiter-Magnetfeld vor dem Sonnenwind geschützt, was ihm einige Aussichten auf Bewohnbarkeit gibt.

Abbildung 2. Vergleichende Größe von Europa unten links mit der Erde und dem Mond. Quelle: Wikimedia Commons. Apollo 17 Bild der ganzen Erde: NASATeleskopisches Bild des Vollmonds: Gregory H. Revera Bild von Europa: NASA / JPL / Public Domain

Hinzu kommt, dass Europa möglicherweise tektonisch ist. Und abgesehen von der Erde war bisher kein anderes Himmelsobjekt mit komplexer Geologie bekannt.

Atmosphäre

Es hat auch eine Atmosphäre, dünn, aber mit Sauerstoff, und seine Dichte, obwohl nicht so hoch wie die der Erde, legt nahe, dass es eine gute Menge an Gestein in seiner Zusammensetzung gibt.

Oberfläche

Die gefrorene Oberfläche ist sehr glatt und wird kaum von den in Abbildung 1 gezeigten Linien gekreuzt.

Diese Linien spiegeln möglicherweise Spannungen in der 100-150 km dicken Eiskruste wider, die Europa bedeckt und das darunter liegende Gestein freilegt, unter dem sich flüssiges Wasser befindet.

Es gibt genug Wärme im Inneren Europas, um diesen Ozean aufgrund der Erwärmung der Gezeiten zu erhalten.

Es ist üblich, Gezeiten als für ozeanische Massen typische Phänomene zu betrachten, jedoch verdrängt die Anziehungskraft nicht nur das Wasser, sondern auch das Gestein. Und diese Prozesse bewirken Reibung, die die Energie der Orbitalbewegung in Wärme umwandelt.

Kein Magnetfeld

Durch Messungen des Magnetfelds unbemannter Missionen ist bekannt, dass Europa kein eigenes Magnetfeld besitzt. Sie entdeckten aber auch die Existenz eines Eisenkerns und einer mineralreichen Wasserschicht unter der Kruste.

Diese Messungen deuten darauf hin, dass der Kompass eines in Europa ankommenden Reisenden einen wilden Schwung erfahren würde, insbesondere wenn die Annäherung an Jupiter maximal ist. Und es ist so, dass das intensive Jupiter-Magnetfeld mit dem leitenden Material des Untergrunds interagiert und diese Schwankungen verursacht.

Die Albedo Europas

Es ist bekannt, dass Europa eine eisige und leicht unebene Oberfläche hat, nicht nur aufgrund der durch Bilder erhaltenen Informationen, sondern auch aufgrund der Messungen an seiner Albedo.

Die Albedo eines Objekts - astronomisch oder einer anderen Art - ist der Anteil des Lichts, den es reflektiert. Deshalb reicht sein Wert von 0 bis 1.

Wenn die Albedo 0 ist, bedeutet dies, dass das Objekt das gesamte Licht absorbiert, ohne etwas zu reflektieren. Wenn es dagegen 1 ist, reflektiert es es vollständig.

Spiegel sind Objekte mit einer großen Albedo und die von Europa ist 0,69. Dies bedeutet, dass es ungefähr 69% des Lichts reflektiert, das seine Oberfläche erreicht, ein Hinweis darauf, dass das Eis, das es bedeckt, sauber und neu ist.

Daher ist die Oberfläche Europas relativ jung und wird auf etwa 10 Millionen Jahre geschätzt. Oberflächen mit altem Eis sind eher sehr dunkel und haben weniger Albedo.

Eine weitere Tatsache ist, dass die Oberfläche Europas kaum Einschlagskrater aufweist, was auf eine ausreichende geologische Aktivität hindeutet, um Hinweise auf Einschläge zu löschen.

Einer dieser wenigen Krater erscheint am unteren Rand von Abbildung 1. Es ist der helle Fleck in Form eines Maulwurfs mit einem dunklen Zentrum, genannt Pwyll-Krater, zu Ehren der keltischen Gottheit der Unterwelt.

Zusammenfassung der wichtigsten physikalischen Eigenschaften Europas

Übersetzungsbewegung

Europa bewegt sich mit einer Zeitspanne von etwas mehr als dreieinhalb Tagen um Jupiter herum und folgt einer ziemlich kreisförmigen Umlaufbahn.

Eine Besonderheit in der Translationsbewegung Europas ist, dass es sich synchron mit Jupiter dreht. Daher zeigt es dem Planeten immer das gleiche Gesicht wie der Mond der Erde. Dieses Phänomen wird auch als Gezeitenkopplung bezeichnet.

Abbildung 3. Europa zeigt Jupiter dank der synchronen Rotation immer das gleiche Gesicht. Quelle: NASA.

Die Gezeitenkopplung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt dieselbe Zeit benötigt, um den massereichsten Körper - in diesem Fall Jupiter - zu umkreisen, wie es eine vollständige Umdrehung um seine eigene Achse ausführt.

Die Erklärung ist, dass Himmelskörper keine Punktmassen sind, sondern Objekte mit nennenswerten Dimensionen. Aus diesem Grund ist die Schwerkraft, die Jupiter auf seine Satelliten ausübt, nicht homogen, da sie auf der nächsten Seite intensiver und auf der anderen Seite weniger intensiv ist.

Dies führt zu einer periodischen Verzerrung in Europa, die auch durch die Schwerkraft beeinflusst wird, die regelmäßig von den anderen nahe gelegenen galiläischen Monden ausgeübt wird: Ganymed und Io.

Das Ergebnis ist eine Verstärkung der Gravitationskräfte in einem Phänomen, das als Orbitalresonanz bekannt ist, da die anderen Monde in präzisen Zeitintervallen durch Gravitation an Europa ziehen.

Laplace-Resonanz

Und natürlich macht Europa dasselbe mit den anderen Monden und schafft eine Art Harmonie zwischen allen.

Die gegenseitigen Gravitationseffekte der galiläischen Monde werden nach ihrem Entdecker, dem französischen Mathematiker und Astronomen Pierre Simon de Laplace im Jahr 1805, als Laplace-Resonanz bezeichnet.

In der Physik gibt es verschiedene Arten von Resonanzen. Dies ist eine seltene Resonanz, bei der die Umdrehungsperioden der drei Monde im Verhältnis 1: 2: 4 liegen. Jede Kraft, die auf eines der Mitglieder dieses Systems ausgeübt wird, wird durch Gravitationswechselwirkung auf die anderen übertragen.

Abbildung 4. Animation der Orbitalresonanz zwischen den galiläischen Satelliten. Quelle: Wikimedia Commons. Benutzer: Matma Rex / Public Domain.

Daher sind die Gezeitenkräfte in ganz Europa Stollen und Kompressionen ausgesetzt, die die oben beschriebene Erwärmung verursachen. Und es führt auch dazu, dass Europa einen Ozean aus flüssigem Wasser enthält.

Drehbewegung

Europa hat eine Rotationsbewegung um seine eigene Achse, die, wie gesagt, dank der Gezeitenkopplung mit Jupiter die gleiche Dauer wie die Umlaufzeit hat.

Komposition

In Europa sind die gleichen Elemente vorhanden wie auf der Erde. In der Atmosphäre befindet sich Sauerstoff, Eisen und Silikate im Kern, während Wasser, die auffälligste Substanz, die Schicht unter der Kruste einnimmt.

Das Wasser unter Europa ist reich an Mineralsalzen wie Natriumchlorid oder Kochsalz. Das Vorhandensein von Magnesiumsulfat und Schwefelsäure kann teilweise die rötlichen Linien erklären, die die Oberfläche des Satelliten kreuzen.

Es wird auch angenommen, dass es in Europa Tholine gibt, organische Verbindungen, die dank ultravioletter Strahlung gebildet werden.

Tholine sind auf eisigen Welten wie Europa und dem Saturnmond Titan weit verbreitet. Kohlenstoff, Stickstoff und Wasser sind erforderlich, damit sie sich bilden können.

Interne Struktur

Die innere Struktur Europas ähnelt der der Erde, da sie einen Kern, einen Mantel und eine Kruste hat. Seine Dichte ist zusammen mit der von Io höher als bei den beiden anderen galiläischen Monden, was auf einen höheren Silikatgehalt hinweist.

Figure 5. Interne Struktur der vier galiläischen Monde nach theoretischen Modellen. Quelle: Kutner, M. Astronomie: eine physikalische Perspektive.

Der Kern von Europa besteht nicht aus geschmolzenem Metall (im Gegensatz zu Io), was darauf hindeutet, dass das Wasser unter der Kruste einen hohen Mineralgehalt aufweist, da der Magnetismus Europas von der Wechselwirkung zwischen einem guten Leiter wie Wasser mit Salzen herrührt und das intensive Magnetfeld des Jupiter.

Im felsigen Mantel gibt es viele radioaktive Elemente, die beim Zerfall Energie abgeben und neben der Gezeitenerwärmung eine weitere innere Wärmequelle für Europa darstellen.

Die äußerste Wasserschicht, teilweise gefroren und teilweise flüssig, wird in einigen Gebieten auf 100 km Dicke geschätzt, während andere behaupten, dass sie nur etwa 200 m beträgt.

Experten sind sich jedenfalls einig, dass die Menge an flüssigem Wasser in Europa doppelt so hoch sein kann wie auf der Erde.

Es wird auch angenommen, dass es in den Spalten der Eiskruste Seen gibt, wie in Abbildung 6 dargestellt, die auch Leben beherbergen könnten.

Die eisige Oberfläche erhält die kontinuierliche Wechselwirkung mit geladenen Teilchen, die von den Jupiter-Strahlungsgürteln gesendet werden. Jupiters starker Magnetismus beschleunigt elektrische Ladungen und regt sie an. Somit erreichen die Partikel das Oberflächeneis und fragmentieren die Wassermoleküle.

Dabei wird genug Energie freigesetzt, genug, um die glühenden Gaswolken um Europa zu bilden, die die Cassini-Sonde auf dem Weg zum Saturn beobachtete.

Abbildung 6. Interne Struktur Europas gemäß den Modellen, die mit den verfügbaren Informationen erstellt wurden. Quelle: Wikimedia Commons.

Geologie

Unbemannte Missionen haben eine Fülle von Informationen über Europa geliefert, nicht nur in der Vielzahl der hochauflösenden Bilder, die sie von der Oberfläche gesendet haben, sondern auch aufgrund der Gravitationseffekte Europas auf Raumfahrzeuge.

Die Bilder zeigen eine sehr hellgelbe Oberfläche ohne erkennbare Landformen wie hoch aufragende Berge oder bemerkenswerte Krater, im Gegensatz zu anderen galiläischen Satelliten.

Am auffälligsten ist jedoch das Netzwerk gewundener Linien, die sich kontinuierlich schneiden und die wir in Abbildung 1 deutlich sehen.

Wissenschaftler glauben, dass diese Linien von tiefen Rissen im Eis herrühren. Bei näherer Betrachtung haben die Linien einen dunklen Rand mit einem helleren Mittelstreifen, von dem angenommen wird, dass er das Produkt großer Geysire ist.

Abbildung 7. Die Geysire Europas, gesehen von Hubble. Quelle: NASA.

Diese hoch aufragenden, mehrere Kilometer hohen Dampfsäulen (Federn) bestehen aus wärmerem Wasser, das durch die Brüche aus dem Inneren aufsteigt, wie Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops belegen.

Einige Analysen zeigen die Spuren von Wasser mit hohem Mineralgehalt, das anschließend verdampft.

Es ist möglich, dass es unter der Kruste Europas Subduktionsprozesse gibt, wie sie auf der Erde stattfinden, bei denen tektonische Platten an den Rändern zusammenlaufen und sich in sogenannten Subduktionszonen relativ zueinander bewegen.

Aber anders als auf der Erde bestehen Platten aus Eis, das sich über den flüssigen Ozean bewegt, und nicht wie auf der Erde über Magma.

Mögliche Bewohnbarkeit Europas

Viele Experten sind davon überzeugt, dass die Ozeane Europas mikrobielles Leben enthalten können, da sie reich an Sauerstoff sind. Darüber hinaus hat Europa eine Atmosphäre, obwohl dünn, aber mit der Anwesenheit von Sauerstoff, ein Element, das notwendig ist, um das Leben zu erhalten.

Eine weitere Möglichkeit, das Leben zu unterstützen, sind die in der Eiskruste Europas eingekapselten Seen. Im Moment handelt es sich um Annahmen, und es fehlen viel mehr Beweise, um sie zu bestätigen.

Es werden weiterhin einige Beweise hinzugefügt, um diese Hypothese zu stärken, beispielsweise das Vorhandensein von Tonmineralien in der Kruste, die auf der Erde mit organischer Substanz verbunden sind.

Eine weitere wichtige Substanz, die nach neuen Erkenntnissen auf der Oberfläche Europas gefunden wird, ist Natriumchlorid oder Kochsalz. Wissenschaftler haben bestätigt, dass Speisesalz unter den in Europa vorherrschenden Bedingungen die hellgelbe Farbe annimmt, die auf der Oberfläche des Satelliten zu sehen ist.

Wenn dieses Salz aus den Ozeanen Europas stammt, bedeutet dies, dass sie möglicherweise Ähnlichkeiten mit den terrestrischen aufweisen und damit die Möglichkeit, Leben zu beherbergen.

Diese Ergebnisse implizieren nicht unbedingt, dass es Leben in Europa gibt, aber wenn dies bestätigt wird, hat der Satellit ausreichende Bedingungen für seine Entwicklung.

Es gibt bereits eine NASA-Mission namens Europa Clipper, die derzeit entwickelt wird und in den nächsten Jahren gestartet werden könnte.

Zu seinen Zielen gehören die Untersuchung der Oberfläche Europas, der Geologie des Satelliten und seiner chemischen Zusammensetzung sowie die Bestätigung der Existenz des Ozeans unter der Kruste. Wir müssen etwas länger warten, um es herauszufinden.

Verweise

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