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HUBBLE
Wasserdampf in der Atmosphäre von Ganymed?
von Stefan Deiters
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27. Juli 2021

Mithilfe von Archivdaten des Weltraumteleskops Hubble wurden nun erstmals Hinweise auf die Existenz von Wasserdampf in der Atmosphäre des Jupitermonds Ganymed gefunden. Die Entdeckung gelang durch die Auswertung von Polarlichtbeobachtungen auf dem Trabanten. Ganymed ist der größte Mond im Sonnensystem.

Ganymed

Der Jupitermond Ganymed in einer Hubble-Aufnahme aus dem Jahr 1996. Bild: NASA, ESA, John Spencer (SwRI Boulder)  [Großansicht]

STIS

Beobachtungen von Ganymed im Ultravioletten aus dem Jahr 1998: Gut zu erkennen sind polarlichtähnliche Leuchterscheinungen in der Atmosphäre des Mondes. Die Unterschiede der Beobachtungen in verschiedenen Wellenlängenbereichen erklärte man damals durch atomaren Sauerstoff. Bild: NASA, ESA, Lorenz Roth (KTH) [Großansicht]

Der Jupitermond Ganymed ist der größte Mond im Sonnensystem und übertrifft mit seinem Durchmesser sogar noch den sonnennächsten Planeten Merkur. Frühere Untersuchungen hatten bereits ergeben, dass der Mond mehr Wasser enthalten könnte als alle Ozeane der Erde zusammengenommen. Aufgrund der Temperaturen in dieser Entfernung zur Sonne ist das Wasser auf der Oberfläche allerdings steinhart gefroren. Ein vermuteter Ozean dürfte sich über 150 Kilometer unter der Oberfläche befinden, so dass von dort kein Wasser entkommen können sollte.

Beobachtungen mit dem Spektrografen STIS des Weltraumteleskops Hubble im Ultravioletten haben 1998 erstmals Polarlichter auf Ganymed gezeigt, was die Forschenden damals in der Vermutung bestärkte, dass der Mond über ein schwaches Magnetfeld verfügt. Die damaligen Beobachtungen wurden durch das Vorhandensein von Sauerstoffmolekülen erklärt, allerdings passten die Daten nicht exakt zu einer reinen Atmosphäre aus Sauerstoffmolekülen, so dass man damals auch noch die Anwesenheit von atomarem Sauerstoff vermutete.

Ergänzend zu den Beobachtungen der Mission der NASA-Sonde Juno haben ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern um Lorenz Roth vom KTH Royal Institute of Technology in Stockholm 2018 dann versucht, den Anteil von atomarem Sauerstoff in der Atmosphäre von Ganymed zu messen und dazu neue Beobachtungen mit dem Spektrografen COS auf Hubble durchgeführt und diese mit STIS-Archivdaten aus den Jahren 1998 bis 2010 kombiniert. Zu ihrer Überraschung entdeckten sie in der Atmosphäre des Mondes praktisch keinen atomaren Sauerstoff.  

Doch wie waren dann die Unterschiede bei den Polarlichtbeobachtungen zu erklären? Roth und sein Team schauten sich die damaligen Bilder genauer an und hier insbesondere die Verteilung der Polarlichterscheinungen. Dabei stießen sie auf einen interessanten Zusammenhang: Die Oberflächentemperaturen auf Ganymed schwanken im Laufe eines Tages stark. In Äquatornähe kann es dadurch zur Mittagszeit so warm werden, dass Wassereis von der Oberfläche direkt sublimiert und als Wasserdampf freigesetzt wird. Die auf den UV-Bildern sichtbaren Unterschiede lassen sich direkt mit den Regionen in Verbindung bringen, in denen eine Sublimation von Wassereis theoretisch möglich wäre.

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"Bislang wurde nur der molekulare Sauerstoff beobachtet", erklärt Roth. "Dieser entsteht, wenn geladene Teilchen auf die eisige Oberfläche treffen. Den Wasserdampf, den wir nun festgestellt haben, stammt von der Sublimation von Eis, was auf das thermische Entweichen von Wasserdampf in wärmeren Eisregionen zurückzuführen ist."

Diese neuen Erkenntnisse machen die geplante ESA-Mission JUICE noch interessanter: Die Sonde soll im kommenden Jahr starten und ab 2029 das Jupitersystem und hier insbesondere die drei großen Eismonde des Gasriesen untersuchen. Einer der Schwerpunkte liegt dabei auf Ganymed und dessen Potential als Welt mit möglicherweise lebensfreundlichen Bedingungen.

Über die neuen Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in Nature Astronomy erschienen ist. 

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siehe auch
Ganymed: Neue Hinweise auf gewaltigen Ozean - 18. März 2015
Ganymed: Mehrere Ozeanschichten unter dem Eis? - 5. Mai 2014
Ganymed: Geologische Karte des größten Mondes - 14. Februar 2014
Jupitermonde: Warum Ganymed und Kallisto so verschieden sind - 25. Januar 2010
Ganymed: Eine feuchte Vergangenheit? - 2. März 2001
Jupitermond Ganymed: Hat auch er einen verborgenen Ozean? - 18. Dezember 2000
 
Links im WWW
Roth, L. et al. (2021): A sublimated water atmosphere on Ganymede detected from Hubble Space Telescope observations, Nat Astron, https://doi.org/10.1038/s41550-021-01426-9 (arXiv.org-Preprint)
HubbleSite
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