Berner Physiker auf Mission zu den Jupiter-Monden

Zu einer einzigartigen Erkundungstour zum Jupiter und seinen Eismonden soll die Raumsonde «JUICE» (JUpiter ICy moon Explorer) der europäischen Weltraumagentur ESA im Jahr 2022 aufbrechen. Eines der Ziele ist es zu klären, ob tief im Inneren der Jupitermonde Ganymed, Kallisto und Europa flüssiges Wasser − und damit die Grundvoraussetzung für die Entstehung von Leben − verborgen ist.

Welche wissenschaftlichen Experimente an Bord von JUICE die Reise zum Jupiter antreten werden, hat die ESA nun bekannt gegeben. Das Physikalische Institut der Universität Bern ist an zwei von insgesamt elf beteiligt: Die Forschenden werden das Massenspektrometer für die Erforschung der Atmosphären der Galilei’schen Monde (Prof. Peter Wurz) und das «Range Finder Modul» für das Laser Altimeter zur Untersuchung der Topographie von Ganymed (Prof. Nicolas Thomas) beisteuern. Das Institut für angewandte Physik ist am «Submillimeter Wave Instrument» beteiligt (Dr. Axel Murk).

Hinweise auf unterirdische Ozeane

Das Jupitersystem ist knapp 780 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt und eine eisige, dunkle Welt: Die Durchschnittstemperatur liegt unter minus 140 Grad Celsius. Die Raumsonde JUICE soll neben Jupiter selbst vor allem Ganymed, Kallisto und Europa, drei seiner 67 Monde, erforschen.

Diese Monde sind feste Körper, die ähnlich wie die sonnennahen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars im Inneren in Schichten aufgebaut sein könnten. Daten älterer Weltraummissionen und Modellrechnungen deuten zudem darauf hin, dass sich tief unter der äusseren Eisschicht dieser Monde unterirdische Ozeane befinden. JUICE soll unter anderem herausfinden, ob die drei Himmelskörper ähnlich aktiv sind wie beispielsweise der Mond Enceladus im Saturnsystem.

Durch Spalten und Ritzen könnte dann Material aus ihrem Inneren an die Oberfläche und in ihre Atmosphären gelangen. «Diese ‹Boten aus der Tiefe› könnten den Messinstrumenten an Bord der Raumsonde wichtige Informationen liefern – und so einen Blick ins Innere ermöglichen», erläutert Peter Wurz.

Eines dieser Instrumente wird das «Neutral and Ion Mass Spectrometer» (NIM) des Physikalischen Institutes – unter der Leitung von Peter Wurz – sein. Dieses ist Teil des «Particle Environment Package» (PEP), welches aus sechs unterschiedlichen Spektrometern besteht, die geladene und ungeladene Teilchen charakterisieren sollen.

PEP wird von einem internationalen Konsortium bereit gestellt unter der Leitung des Swedish Space Research Institute und mit Ko-Leiter Peter Wurz. Untersuchen soll PEP Masse, Geschwindigkeit, Flugrichtung und Ladung der Teilchen in den Atmosphären, Exosphären und Magnetosphären des Gasriesen und seiner Monde.

Chemische Komponenten noch weitgehend unbekannt

Mit den Messungen der Mond-Atmosphären durch das Berner Massenspektrometer NIM wird es erstmals möglich sein, die dreidimensionale Verteilung der Bestandteile der Atmosphären dieser Jupitermonde und wichtiger Spurenstoffe in einem bisher unzugänglichen Bereich in der Stratosphäre zu erfassen.

Von der chemischen Zusammensetzung dieser Atmosphären, deren zeitlicher Entwicklung und eventueller Anteile, die aus dem Inneren dieser Monde stammen, ist derzeit nur sehr wenig bekannt. «Diese Daten sind für die Untersuchung der vermuteten Ozeane dieser Monde als möglicher Lebensraum für einfache Lebewesen von grosser Bedeutung», erklärt Peter Wurz.

Im Mai vergangenen Jahres wählte die ESA JUICE als nächste grosse wissenschaftliche Mission aus. 2022 soll die Raumsonde ins All starten und ihr Ziel, das Jupitersystem, acht Jahre später erreichen. Nach mehreren Vorbeiflügen an den Monden Kallisto und Europa soll JUICE im Jahr 2032 in eine Umlaufbahn um den Mond Ganymed einschwenken.