Astronomie

Die Wärmepumpe in Europas Ozean

Forscher modellieren Strömungen unter der gefrorenen Oberfläche des Jupitertrabanten

4. Dezember 2013

Der Jupitermond Europa ist eine bizarre Schönheit: Ein filigranes Netz kilometerlanger Furchen zerschneidet seine äußere Eisschicht wie die Risse in einem alten Ölgemälde. Besonders stark ausgeprägt ist das eigenwillige Muster im Bereich des Äquators. Eine Erklärung für diese Verteilung könnten die Meeresströmungen im Ozean unter der Eisschicht bieten. Denn Wissenschaftler von der University of Texas at Austin (USA) und dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung haben entdeckt, dass in Äquatornähe wärmeres Wasser aus dem Innern des Mondes aufsteigt.

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Zerfurchtes Terrain: Die äußere Eisschicht des Jupitermonds Europa zeigt ein filigranes Netz aus großen und kleinen Rissen. Das Bild stammt von der Raumsonde Galileo.

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Mindestens ebenso faszinierend wie die auffällig zerklüftete Eisschicht des Jupitermonds Europa ist das, was sich darunter verbirgt: ein unterirdischer Salzwasserozean, der durch Gezeitenkräfte und die im Innern des Himmelskörpers gespeicherte Wärme eisfrei gehalten wird. Bereits 1998 legten Messungen des Magnetometers an Bord der NASA-Raumsonde Galileo die Existenz der schwer zugänglichen Wassermassen nahe. Bis heute sind jedoch viele ihrer Eigenschaften unbekannt – etwa, ob dort Bedingungen herrschen, die das Entstehen von Leben ermöglichen könnten.

Die neuen Modellrechnungen des Teams von der University of Texas und des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung erlauben nun einen Blick unter die Eisdecke: Ihre Simulationen offenbaren, welche Strömungen im Ozean herrschen: „Die Bewegungen in Europas Ozean werden durch Temperaturunterschiede angetrieben“, sagt Max-Planck-Forscher Johannes Wicht. Wärmeres und darum leichteres Wasser steigt nach oben, kälteres Wasser sinkt hinab.

Forscher bezeichnen diese Bewegung, die in gleicher Weise etwa beim Kochen von Nudelwasser auftritt, als Konvektion. Sie transportiert Wärme aus den Tiefen des Ozeans nach außen. „Unsere Computersimulationen zeigen, dass die Konvektion in der Äquatorregion stärker ist als an den Polen. Darum ist das Wasser in niedrigen Breiten wärmer und die Eisdecke wird effektiver geheizt“, fasst Wicht die neuen Ergebnisse zusammen.

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Ozean unter der Haut: Die neuen Simulationen zeigen, dass das Wasser in Europas Äquatorregion wärmer ist als an den Polen. In der linken Hälfte des Bildes deutet Rot auf eine vergleichsweise hohe, Blau auf eine niedrigere Temperatur hin.

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Ob und wie genau diese Wärme die Risse in der Eisschicht verursacht, ist noch nicht endgültig geklärt. Möglicherweise spielt dabei nicht nur die höhere Temperatur eine Rolle. Das von unten gewärmte Eis hat zusätzlich einen geringeren Salzgehalt. „Beides sorgt dafür, dass dieses Eis leichter ist als die darüber liegende Schicht und zur Oberfläche drängt“, so Wicht. Die Bewegungen im Eis führen wahrscheinlich zu den Brüchen und Rissen.

In ihren Rechnungen berücksichtigten die Forscher, dass im Wesentlichen zwei Effekte die Art der Wasserströmungen im unterirdischen Ozean bestimmen: Zum einen steigt wärmeres Wasser aus dem Innern des Monds nach oben, zum anderen wirkt sich seine Rotation aus: Die Corioliskraft lenkt diese Ströme ab. „Wie genau das Wasser fließt, ergibt sich aus dem Zusammenspiel beider Einflüsse“, sagt Wicht. In Europas Ozean scheint sich die Corioliskraft weniger stark auszuwirken als bisher angenommen. „Darum unterscheiden sich unsere neuen Computermodelle deutlich von ihren Vorgängern.“

Neben den Wasserbewegungen in radialer Richtung fanden die Forscher auch drei ausgeprägte Strömungen, die weitestgehend parallel zu den Eisdecken in West- beziehungsweise Ostrichtung verlaufen: Am Äquator fließt das Wasser nach Westen, in den Polregionen nach Osten. „Auf der Erde finden sich im Meer ähnlich verlässliche Strömungen, etwa der Golfstrom“, sagte Johannes Wicht. Ob auch diese sogenannten Jetstreams Auswirkungen auf die darüber liegende Eisdecke haben, ist unklar.

BK / HOR

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