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JUICE: Mission zu den Eismonden des Jupiters
Der Jupiter und seine inzwischen rund 92 bekannten Monde bilden ein eigenes, komplexes System innerhalb des Sonnensystems. Durch seine gewaltige Größe, seine Schwerkraft und sein ausgedehntes, starkes Magnetfeld prägt der Gasriese Jupiter seine Umgebung fast wie ein Stern. Schon in der Frühzeit des Sonnensystems zog der Planet so viel Material an sich, dass seine vier inneren Monde fast so groß wurden wie Planeten.
Schon Galileo Galilei beobachtete vor mehr als 400 Jahren diese vier Jupitermonde. Io, Europa, Ganymed und Kallisto sie sind schon mit einem schwachen Teleskop als leuchtenden Punkte beiderseits des Planeten zu erkennen. Weil diese "galileischen Monde" nah am Jupiter kreisen und seinen enormen Gezeitenkräften ausgesetzt sind, wird ihr Inneren ständig gestaucht, gedehnt und aufgeheizt. Dies macht den innersten Mond Io zum vulkanisch aktivsten Himmelskörper im Sonnensystem und verleiht den andern drei Monden flüssige Wasserschichten unter ihren Eiskrusten.
Europa, Ganymed und Kallisto
Genau dies macht die drei Eismonde Europa, Ganymed und Kallisto besonders spannend: In ihren subglazialen Ozeanen könnten lebensfreundliche Bedingungen herrschen, vielleicht existiert dort sogar außerirdisches Leben. Doch ob Jupiters eisige Monde die nötigen Bedingungen für die Entstehung und längerfristige Existenz von Leben bieten, ist erst in Ansätzen bekannt. Besuch erhielt das Jupitersystem bisher erst zweimal: durch die NASA-Sonde Galileo von 1995 bis 2003 und die zurzeit um den Jupiter kreisende NASA-Sonde Juno. Diese Raumsonden erforschten jedoch in erster Linie den Jupiter selbst.
Das wird sich nun ändern: Die europäische Raumsonde JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) soll gezielt die drei großen Eismonde des Jupiter und ihre Bedingungen erforschen. "Durch die gesammelten Daten früherer Missionen und aus Beobachtungen von der Erde aus existieren viele Vermutungen und Berechnungen zur Existenz von Leben auf Jupiters Monden", erklärt Wojciech Hajdas vom Paul Scherrer Institut (PSI). "Mit JUICE sind wir in der Lage, das komplexe Jupitersystem besser zu verstehen. Es geht nicht darum, Leben zu finden, sondern darum, die Umgebung besser zu verstehen, um vielleicht auf einen möglichen oder unmöglichen Lebensraum zu schließen."
Der Start und Flugroute von JUICE
Nachdem die Startvorbereitungen am 13. April wegen Blitzgefahr in letzter Minuate abgebrochen werden mussten, startet die ESA-Raumsonde JUICE nun voraussichtlich am 14. April 2023 zu ihrer 778 Millionen Kilometer langen Reise zu den Eismonden des Jupiter. Der Start der Sonde erfolgt mit einer Ariadne-5-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana gegen 14:14 Uhr unserer Zeit. Nach Verlassen der Erde wird die rund 2,4 Tonnen schwere Raumsonde etwa acht Jahre unterwegs sein, bis sie im Jahr 2031 das Jupitersystem erreicht.
Schon auf dem Weg dorthin wird JUICE mehrere komplexe Flugmanöver durchführen, um sich Schwung für den langen Flug zu holen. Dazu gehört ein gekoppelter Vorbeiflug an Erde und Erdmond im August 2024, bei dem die Sonde erst den Mond in 750 Kilometer Höhe umrundet und dann 36 Stunden später an der Erde vorbeifliegt. 2025 folgt ein Vorbeiflug an der Venus, 2026 und 2029 zwei weitere Schwunghol-Manöver an der Erde.
Spezielle Ausrüstung für die Reise
Auf ihrem langen Weg zum Jupitersystem ist die Raumsonde JUICE extremen Bedingungen ausgesetzt: Bei ihrer Umrundung der Venus muss sie extremer Strahlung und Hitze standhalten, im äußeren Sonnensystem herrschen dagegen extreme Kälte und eine nur schwache Sonneneinstrahlung. Um die extremen Temperaturschwankungen von plus 250 bis minus 230 Grad abzupuffern, ist die Raumsonde mit einem aufwendigen Thermalsystem aus aktiven und passiven Komponenten und einer mehrschichtigen Isolierung ausgerüstet.
Für ihre Energieversorgung besitzt JUICE zehn Solarpaneele mit einer Gesamtfläche von Fläche von 85 Quadratmetern. Sie liefern auch im sonnenfernen Jupitersystem noch rund 700 bis 900 Watt elektrische Leistung. Die Akkus an Bord ermöglichen es der Raumsonde, die Abschattung durch Monde und Planeten bis zu fünf Stunden lang zu überstehen. Um die sensiblen Instrumente der Raumsonde vor der harschen Weltraum-Strahlung in Sonnennähe und rund um den Jupiter zu schützen, sind sie zudem speziell abgeschirmt.
Während die meisten Instrumente der Raumsonde während der achtjährigen Reise ausgeschaltet sind, bleibt ein speziell für harte Strahlung ausgelegter Teilchendetektor, RADEM, aktiv: "Zwischen Venus und Jupiter wird RADEM die Teilchenspektren und deren Dosen im Weltraum bestimmen und damit einen wichtigen Parameter für das sogenannte Weltraumwetter in dieser Region kartieren", erklärt Hajdas. Günstig dafür: Die JUICE-Mission findet in einer Phase besonders hoher Sonnenaktivität statt.
Erste Umkreisung eines fremden Mondes
Im Jahr 2031 kommt JUICE im Jupitersystem an und beginnt ihre zunächst auf vier Jahre geplante Mission. Dafür wird die Raumsonde zunächst in eine Umlaufbahn um den Jupiter einschwenken und bis Ende 2034 insgesamt 35 nahe Vorbeiflüge an den Monden Europa, Ganymed und Kallisto absolvieren. Dann folgt eine Premiere: Zum ersten Mal wird eine Sonde aus dem Orbit eines fremden Planeten in eine Umlaufbahn um einen seiner Monde wechseln und diesen umkreisen.
Dieses Manöver bringt JUICE im Dezember 2034 in eine Umlaufbahn um Ganymed – den größten Mond des Sonnensystems. Über ihn ist bisher weit weniger bekannt als über den Jupitermond Europa. „JUICE betritt wirklich wissenschaftliches Neuland und wird mit ihren Messungen Datensätze erzeugen, die ganz neue wissenschaftliche Aussagen möglich machen und die sich ausgezeichnet mit Ergebnissen anderer Missionen wie beispielsweise dem Europa Clipper der NASA ergänzen“, sagt Heike Rauer vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).
Wissenschaftliche Erkundung mit elf Instrumenten
Für ihre wissenschaftliche Arbeit ist JUICE mit elf Messinstrumenten ausgerüstet. Darunter sind mehrere Spektrometer sowie Wellen- und Teilchendetektoren, ein Magnetometer und ein Instrument zur Radiosondierung der Jupiteratmosphäre. Für die Kartierung und Erkundung der Eismonde und vor allem des Ganymed hat die Raumsonde zudem ein Radar-Echolot und den Laser-Höhenmesser GAIA (GAnymede Laser Altimeter) an Bord.
Mit diesem Altimeter soll JUICE die Eiskruste des Ganymed und ihre Verformung genau vermessen. "Aus der Höhe der Verformung kann man dann darauf schließen, ob es einen Ozean aus flüssigem Wasser unter der Eiskruste gibt und wie dick die Kruste ist“, erklärt Anke Kaysser-Pyzalla vom DLR. Es ist das erste Mal, dass ein solches Instrument im äußeren Sonnensystem eingesetzt wird. Ebenfalls mit an Bord ist ein Kamerasystem, das erstmals hochaufgelöste Aufnahmen der Eismonde Ganymed, Callisto und Europa aus wenigen hundert Kilometern Entfernung erstellen wird.
Damit JUICE trotz der enormen Entfernung des Jupitersystems mit der Bodenstation auf der Erde kommunizieren und ihre Daten schicken kann, trägt sie eine 2.50 Meter große Antenne. Ihr Bordcomputer ist zudem so ausgelegt, dass er die Funktionen der Sonde auch eigenständig regeln kann.