Io und Europa kreisen dicht nebeneinander um Jupiter. Trotzdem könnten sie unterschiedlicher kaum sein. Io ist der vulkanisch aktivste Mond im Sonnensystem. Wasser fehlt dort praktisch vollständig. Europa dagegen zeigt eine dicke Eiskruste. Darunter vermuten Forschende einen globalen Ozean aus flüssigem Wasser. Seit den Voyager-Missionen Ende der 1970er Jahre ist dieser Gegensatz bekannt. Eine neue internationale Studie legt nun nahe: Der Unterschied entstand nicht später. Er war von Anfang an da.
„Io und Europa sind direkte Nachbarn, die Jupiter umkreisen, doch sie sehen aus, als stammten sie aus völlig unterschiedlichen Familien“, sagte Dr. Olivier Mousis vom Southwest Research Institute (SwRI), zweiter Autor der Studie im Astrophysical Journal. „Unsere Studie zeigt, dass dieser Kontrast nicht im Laufe der Zeit entstanden ist – er war bereits bei ihrer Entstehung vorhanden.“
Zwei Erklärungen – eine fällt durch
Das Team untersuchte zwei gängige Hypothesen. Die erste: Io entstand zunächst mit Wasser, verlor es aber später. Gewaltige Vulkanausbrüche, starke Strahlung und eine dünne Atmosphäre hätten flüchtige Stoffe wie Wasser nach und nach entweichen lassen. Die zweite: Io und Europa bildeten sich von Beginn an aus unterschiedlichen Baumaterialien. Io trocken, Europa wasserreich.
Um das zu prüfen, rekonstruierten die Forschenden die frühesten Entwicklungsphasen beider Monde. Sie gingen davon aus, dass Wasser nicht als Eis vorlag, sondern in hydratisierten Mineralen gebunden war. Diese Minerale enthalten Wasser in ihrer Kristallstruktur. Das Team koppelte thermische Modelle mit Prozessen, die zum Verlust von Gasen führen können. Berücksichtigt wurden alle relevanten Wärmequellen im jungen Jupitersystem: Aufheizung beim Zusammenwachsen der Monde, radioaktiver Zerfall, Gezeitenkräfte durch Jupiter und intensive Strahlung.
Das Ergebnis ist eindeutig. „Io wurde lange Zeit als ein Mond angesehen, der sein Wasser erst später verloren hat“, erklärt Mousis. „Aber wenn wir diese Idee auf den Prüfstand stellen, widerspricht die Physik einfach dieser Annahme: Io kann sein Wasser einfach nicht so effizient loswerden.“
Trocken geboren, nass geboren
Selbst unter extremen Annahmen lässt sich kein Szenario finden, in dem Io große Wassermengen verliert, Europa aber nicht. Auch Europa hätte sein Wasser nicht einfach behalten können, wenn die Bedingungen grundsätzlich dagegen gesprochen hätten. Für das Team bleibt deshalb nur eine logische Erklärung. „Die einfachste Erklärung ist offenbar die richtige“, sagte Mousis. „Io wurde trocken geboren, Europa wurde nass geboren – und keine noch so späte Entwicklung kann daran etwas ändern.“
Damit verschiebt sich der Blick auf die Entstehung des Jupitersystems. Offenbar gab es bereits in der frühen Scheibe aus Gas und Staub starke Unterschiede. In Jupiternähe dominierten trockene Materialien. Weiter außen konnten sich eisreiche Bausteine halten. Io und Europa tragen dieses Erbe bis heute in sich.
Tests aus nächster Nähe
Ab 2031 sollen neue Missionen diese Modelle überprüfen. Die NASA schickt Europa Clipper zu Europas Eismond. Die ESA startet mit JUICE eine eigene Mission zu den großen Jupitermonden. Besonders spannend sind mögliche Wasserfontänen, sogenannte Plumes, die aus Rissen in Europas Eiskruste austreten könnten.
„Durch die Untersuchung der Plume-Aktivität und der isotopischen Fingerabdrücke von Wasser werden uns diese Missionen helfen, die frühen Bedingungen der Entstehung der Jupitermonde zu rekonstruieren“, sagte Mousis.
Sollten die Messungen die Modelle bestätigen, wäre klar: Der extreme Gegensatz zwischen Io und Europa ist kein Produkt späterer Gewalt, sondern das Ergebnis eines kosmischen Bauplans aus der Frühzeit des Sonnensystems.
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