Nächster Halt Jupiter

Der Weltraum, unendliche Weiten. Wir schreiben das Jahr 2023. Dies sind die Abenteuer der Raumsonde Juice, die mit zehn Messgeräten an Bord acht Jahre unterwegs ist, um eisige Welten zu erforschen.

Am 14. April startete die Sonde Juice (JUpiter ICy Moons Explorer) an Bord einer Ariane-5-Trägerrakete vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Südamerika ins All. Ziel der bisher größten Planetenmission der Europäischen Weltraumorganisation ist es, den Planeten Jupiter und seine Eismonde Ganymed, Callisto und Europa näher unter die Lupe zu nehmen. Die Ankunft im Jupitersystem ist für 2031 geplant.

Aufbauend auf früheren Ergebnissen der Sonden Voyager I und II sowie des Galileo-Orbiters dürfte bei allen drei Monden flüssiges Wasser unter einer Eisschicht existieren. Bei Europa wird vermutet, dass der Ozean unter dem nur wenige Kilometer dicken Eispanzer sogar über 100 Kilometer tief ist. Im Inneren von Callisto und Ganymed haben Magnetfeldmessungen ebenfalls Hinweise auf Wasserschichten geliefert, allerdings vermutlich in größerer Tiefe als bei Europa. Die Erforschung dieser Ozeane ist auch im Hinblick auf mögliches Leben dort von Interesse. Juice soll nun die Eismonde genauer charakterisieren und klären, ob es diese Ozeane wirklich gibt, wie tief sie gelegen sind, wie viel Wasser sie beinhalten und welche mineralischen Stoffe im Wasser gelöst sein könnten. Dazu sind u. a. zwei Vorbeiflüge am Jupitermond Europa geplant, bei denen seine Oberflächen-Zusammensetzung bestimmt und das Innere des Eismondes indirekt sondiert wird.

Darüber hinaus soll die Sonde die Magnetfelder von Jupiter und Ganymed untersuchen sowie die Struktur, Dynamik und Zusammensetzung der Atmosphäre des Jupiters. Da Jupiter als Archetyp eines Gasriesenplaneten gilt, hoffen die Wissenschaftler:innen, die gewonnenen Erkenntnisse der Juice-Mission zumindest teilweise auf ähnliche Exoplanetensysteme übertragen zu können.

Juice ist außerdem die erste Mission, die in den Orbit um den Mond eines anderen Planeten einschwenkt, denn ein besonderes Augenmerk dieser Mission gilt Jupiters Begleiter Ganymed, der mit einem Durchmesser von 5262 Kilometern der größte Mond im Sonnensystem ist. Nach Io und Europa ist er vom Jupiter aus gesehen der dritte der so genannten Galileischen Monde, gefolgt von Callisto.

An Bord der Sonde befinden sich zehn Instrumente für die wissenschaftlichen Untersuchungen, darunter mehrere mit deutscher Beteiligung. Darüber hinaus fördert die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR sieben der zehn Instrumente mit rund 100 Millionen Euro.

So misst der Laser-Höhenmesser Ganymede Laser Altimeter (GALA), den das DLR verantwortlich entwickelt hat, die Entfernung zwischen der Raumsonde und Ganymed. Dafür sendet das Instrument Laserpulse auf die Mondoberfläche aus und misst die Laufzeit der zurückgestreuten und im Empfängerteleskop des Instruments detektierten Signale. Mit Hilfe dieser Daten werden die Topographie sowie die Gezeitenverformung und deren zeitliche Änderungen bestimmt. So lässt sich feststellen, ob es unter der Eiskruste des Mondes tatsächlich einen Wasserozean gibt. Das Experiment wird auch Messungen an Europa und Callisto vornehmen.

Hauptaufgabe des Kamerasystems Janus ist die fotografische Erfassung und Kartierung der Landschaften auf Ganymed und Europa. Auch sollen die sichtbaren Auswirkungen der Gezeiteneffekte, die für die Ozeane unter der Oberfläche verantwortlich sind, erfasst und interpretiert werden. Dazu verfügt das Kamerasystem neben einer hohen räumlichen Auflösung über 13 Spektralkanäle im sichtbaren Licht und nahen Infrarot. Aus der Ferne sollen auch Io sowie zahlreiche der kleinen Monde beobachtet werden. Janus wurde in Italien, Deutschland, Spanien und Großbritannien entwickelt, Teile der Hardware entstanden im DLR-Institut für Planetenforschung.

Ein weiteres Instrument ist das Submillimetre Wave Instrument (SWI), für welches das Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen verantwortlich ist. Es wird die mittleren Atmosphärenschichten des Gasriesen Jupiter genau ins Visier nehmen. Im Vordergrund steht dabei, die Temperaturstruktur, Dynamik und Zusammensetzung der verschiedenen Schichten der Jupiteratmosphäre, deren Wechselwirkung untereinander sowie die innere Struktur Jupiters zu bestimmen.

Auf ihrem Weg zum Jupiter muss Juice genügend Schwung holen, um das Reiseziel zu erreichen. Dafür fliegt die Sonde im August 2024 noch einmal an Erde und Mond vorbei, danach geht es 2025 zunächst zur Venus, bevor die Sonde noch zweimal 2026 und 2029 sehr nahe an der Erde vorbeikommt. Dann besitzt sie genug Schwung, um bis 2031 den Jupiter zu erreichen. Dort angekommen, soll sie eine Umlaufbahn um den Gasriesen einschlagen und von Juli 2031 bis November 2034 insgesamt 35 nahe Vorbeiflüge an den Eismonden absolvieren.

2034 soll die Sonde von der Umlaufbahn des Jupiter in die seines Mondes Ganymed wechseln und diesen bis Missionsende etwa 1250-mal umrunden. Wenn der Treibstoff zur Neige geht, soll die Sonde bei einem gezielten Absturz auf Ganymed ihr Ende finden.

Anja Hauck

Weitere Informationen

• Webseite zu JUICE (ESA)
• JUICE - Erforschung von Jupiter und seinen Eismonden (DLR)

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• O. Dreissigacker, Mit vollem Saft zu den Jupitermonden, Physik Journal, April 2013, S. 11 PDF
• A. Pawlak, Europas Weg zu Europa, Physik Journal, Juni 2012, S. 8 PDF
• A. Kopp, Die Welt der Jupitermonde, Physik Journal, Mai 2009, S. 37 PDF
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• M. Pfalz, Was nie ein Mensch zuvor gesehen hat, Physik Journal, Oktober 2017, S. 14 PDF
• H. W. Köhler, Voyager-I-Photos von Jupiter und seinen inneren Monden, Physikalische Blätter 35, 354 (1979) PDF
• H. W. Köhler,  Horst W. Köhler: Voyager 2 passierte Jupiter, Physikalische Blätter 35, 513 (1979) PDF
• E. Hintsches, Geheimnis des Ringes um Jupiter gelüftet?, Physikalische Blätter 36, 246 (1980) PDF