Als die Raumsonde Galileo am 7. Dezember 1995 Jupiter erreichte, begann eine der folgenreichsten Erkundungen des äußeren Sonnensystems. Acht Jahre lang untersuchte sie den größten Planeten und seine Umgebung aus nächster Nähe. Dabei zeigte sich, dass die vier großen Jupitermonde Io, Europa, Ganymed und Kallisto keine einfachen, kalten Begleiter eines Gasriesen sind. Jeder von ihnen erwies sich als eigene Welt mit einer erstaunlichen geologischen und physikalischen Geschichte.

Galileo beobachtete gewaltige Vulkanausbrüche auf Io, lieferte entscheidende Hinweise auf einen Salzwasserozean unter Europas Eis, entdeckte bei Ganymed erstmals ein eigenes Magnetfeld eines Mondes und fand Anzeichen dafür, dass auch Kallisto im Untergrund eine leitfähige Flüssigkeitsschicht besitzen könnte. Gleichzeitig schickte die Mission eine Atmosphärensonde direkt in Jupiter und untersuchte erstmals seine Atmosphäre von innen. Viele Vorstellungen, auf denen heutige Missionen zum Jupitersystem aufbauen, gehen unmittelbar auf Galileo zurück.

Wie kam die Raumsonde Galileo zum Jupiter?

Galileo startete am 18. Oktober 1989 mit dem Space Shuttle Atlantis. Ein direkter Flug zum Jupiter war mit der damaligen Missionsarchitektur nicht möglich. Stattdessen nutzte die Sonde die Schwerkraft anderer Planeten, um genügend Geschwindigkeit für den Weg ins äußere Sonnensystem aufzubauen. Nach einem Vorbeiflug an der Venus kehrte Galileo zweimal zur Erde zurück und erhielt durch diese sogenannten Swing-by-Manöver den notwendigen zusätzlichen Schwung.

Schon während dieser Reise schrieb die Mission Raumfahrtgeschichte. Galileo flog an den Asteroiden Gaspra und Ida vorbei und wurde damit zur ersten Raumsonde, die einen Asteroiden aus unmittelbarer Nähe untersuchte. Bei Ida entdeckten die Aufnahmen außerdem den kleinen Mond Dactyl – der erste bekannte Mond eines Asteroiden. Im Juli 1994 konnte Galileo aus der Ferne beobachten, wie die Fragmente des Kometen Shoemaker-Levy 9 mit Jupiter kollidierten.

Der Flug verlief allerdings nicht ohne Probleme. Galileos große Hochgewinnantenne sollte sich nach dem Start schirmartig entfalten, öffnete sich jedoch nicht vollständig. Die Mission musste deshalb mit einer wesentlich kleineren Antenne und ausgefeilten Verfahren zur Datenkompression weiterarbeiten. Trotz der erheblich reduzierten Übertragungsrate gelang es, einen großen Teil des geplanten wissenschaftlichen Programms durchzuführen.

Was entdeckte Galileo in der Atmosphäre des Jupiter?

Noch bevor der Orbiter seine Umlaufbahn um Jupiter erreichte, setzte Galileo eine eigene Atmosphärensonde aus. Am 7. Dezember 1995 trat sie mit hoher Geschwindigkeit in die Jupiteratmosphäre ein und übermittelte während eines Abstiegs von knapp einer Stunde Messdaten an den Orbiter.

Damit wurde Jupiters Atmosphäre erstmals unmittelbar vor Ort untersucht. Die Sonde maß Temperatur, Druck, Windgeschwindigkeiten und die chemische Zusammensetzung. Dabei zeigte sich unter anderem, dass die Atmosphäre in der untersuchten Region weniger Wasser enthielt als erwartet. Heute ist bekannt, dass die Eintrittsstelle offenbar eine ungewöhnlich trockene Region getroffen hatte, sodass diese Messung nicht ohne Weiteres für den gesamten Planeten verallgemeinert werden kann.

Galileo fand außerdem extrem starke Winde, die nicht nur in den obersten Wolkenschichten auftraten, sondern auch in größeren Tiefen anhielten. Das deutete darauf hin, dass Jupiters atmosphärische Zirkulation nicht allein durch die Sonneneinstrahlung angetrieben wird. Die enorme innere Wärme des Planeten spielt dabei ebenfalls eine wichtige Rolle.

Die Mission beobachtete darüber hinaus große Gewitter und Blitzentladungen. Einige Sturmsysteme erreichten Dimensionen, die irdische Gewitter deutlich übertreffen. Auch die gemessenen Häufigkeiten verschiedener Elemente lieferten neue Hinweise darauf, unter welchen Bedingungen Jupiter entstanden sein könnte.

Was entdeckte Galileo auf dem Jupitermond Io?

Io erwies sich schon durch Voyager als vulkanisch aktiv, doch Galileo machte sichtbar, wie extrem diese Aktivität tatsächlich ist. Der innerste der vier großen Galileischen Monde ist heute als der vulkanisch aktivste Körper des Sonnensystems bekannt.

Die Ursache liegt vor allem in den Gezeitenkräften. Io bewegt sich auf einer leicht elliptischen Umlaufbahn um Jupiter und wird dabei ständig unterschiedlich stark von dessen enormer Gravitation verformt. Die Wechselwirkung mit Europa und Ganymed verhindert, dass Ios Umlaufbahn vollständig kreisförmig wird. Dadurch wird sein Inneres fortwährend durchgeknetet und erwärmt.

Galileo beobachtete zahlreiche aktive Vulkane und gewaltige Eruptionen. Einige vulkanische Fontänen schleuderten Material Hunderte Kilometer über die Oberfläche. Temperaturmessungen zeigten zudem, dass bestimmte vulkanische Gebiete außergewöhnlich heiß sind. Die Daten sprechen dafür, dass zumindest ein Teil der Lava aus silikatreichem Gestein besteht und Temperaturen erreicht, die mit sehr heißen vulkanischen Schmelzen auf der frühen Erde vergleichbar sein können.

Die Oberfläche Ios wird durch diese Aktivität ständig erneuert. Einschlagkrater sind deshalb kaum erhalten. Schwefel und Schwefelverbindungen verleihen dem Mond seine auffälligen gelben, orangefarbenen, roten und schwarzen Regionen.

Galileo zeigte damit nicht nur einen aktiven Vulkanmond. Die Mission demonstrierte, dass starke geologische Aktivität auch weit entfernt von der Sonne möglich ist, wenn ein Himmelskörper durch Gezeitenkräfte ausreichend Energie erhält.

Entdeckte Galileo einen Ozean unter Europas Eis?

Die vielleicht folgenreichste Entdeckung der gesamten Mission betraf Europa. Schon Voyager-Aufnahmen hatten gezeigt, dass der Mond eine auffällig glatte und junge Eisoberfläche besitzt. Galileo lieferte jedoch wesentlich detailliertere Bilder und Messungen.

Die Oberfläche ist von langen Rissen, Bändern und verschobenen Eisflächen durchzogen. Auf manchen Aufnahmen wirken große Eisplatten, als seien sie auseinandergebrochen, gegeneinander verschoben und anschließend wieder eingefroren. Diese Strukturen ließen vermuten, dass sich unter der festen Oberfläche eine bewegliche Schicht befinden könnte.

Den stärksten Hinweis lieferte Galileos Magnetometer. Während Europa durch Jupiters starkes Magnetfeld flog, registrierte die Sonde Veränderungen, die sich am besten durch ein induziertes Magnetfeld erklären lassen. Dafür benötigt Europa im Inneren eine großräumige elektrisch leitfähige Schicht.

Da die Oberfläche überwiegend aus Wassereis besteht, gilt ein globaler Ozean aus salzhaltigem flüssigem Wasser unter der Eiskruste als die wahrscheinlichste Erklärung. Diese Magnetfeldmessungen gehören bis heute zu den wichtigsten Belegen für Europas unterirdischen Ozean.

Galileo konnte weder direkt durch das Eis hindurchsehen noch die Tiefe des Ozeans bestimmen. Die Mission lieferte also keinen direkten fotografischen Nachweis von flüssigem Wasser. Doch die Kombination aus Oberflächenstrukturen, geologischen Hinweisen und Magnetfelddaten veränderte Europas wissenschaftliche Bedeutung grundlegend.

Aus einem eisigen Mond wurde einer der wichtigsten Orte bei der Suche nach möglicherweise lebensfreundlichen Umgebungen im Sonnensystem.

Fand Galileo Leben auf Europa?

Nein. Galileo entdeckte weder Organismen noch eindeutige biologische Spuren auf Europa. Die Mission war auch nicht mit Instrumenten ausgestattet, die direkt nach Leben unter einer kilometerdicken Eiskruste hätten suchen können.

Die Bedeutung ihrer Entdeckungen liegt vielmehr darin, dass Europa wesentliche Voraussetzungen für eine potenziell lebensfreundliche Umgebung besitzen könnte. Ein globaler Ozean aus flüssigem Wasser, Energie durch Gezeitenkräfte und möglicherweise chemischer Austausch zwischen Wasser, Gestein und Oberfläche schaffen Bedingungen, die aus astrobiologischer Sicht interessant sind.

Ob Europas Ozean tatsächlich lebensfreundlich ist, bleibt offen. Genau diese Frage gehört zu den zentralen Gründen für spätere Missionen zum Jupitersystem. Galileo machte Europa zu einem der wichtigsten Ziele der modernen Planetenforschung.

Was entdeckte Galileo auf Ganymed?

Ganymed ist der größte Mond des Sonnensystems und sogar größer als der Planet Merkur. Galileo machte dort eine Entdeckung, die bis heute einzigartig ist: Ganymed besitzt ein eigenes, intern erzeugtes Magnetfeld.

1996 registrierte Galileos Magnetometer bei einem Vorbeiflug eindeutige magnetische Signaturen. Ganymed ist damit der einzige bekannte Mond des Sonnensystems mit einem eigenen intrinsischen Magnetfeld. Wahrscheinlich entsteht es ähnlich wie das Magnetfeld der Erde durch Bewegungen elektrisch leitfähigen Materials in einem flüssigen metallischen Kern.

Das Ergebnis zeigte, dass Ganymed im Inneren wesentlich stärker differenziert ist, als man es bei einem Eismond zunächst vermuten könnte. Unter seiner Oberfläche befinden sich verschiedene Schichten aus Eis und Gestein sowie ein metallreicher Kern.

Auch bei Ganymed fanden Galileo-Messungen Hinweise auf eine elektrisch leitfähige Schicht im Inneren. Spätere Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop verstärkten die Hinweise auf einen ausgedehnten Salzwasserozean unter der Oberfläche. Heute gilt Ganymed neben Europa und Kallisto als einer der großen Ozeanmonde des Jupitersystems.

Gibt es auch unter Kallisto einen Ozean?

Kallisto unterscheidet sich auf den ersten Blick deutlich von Europa. Seine Oberfläche ist alt und übersät mit Einschlagkratern. Über lange Zeit galt der äußerste der vier großen Galileischen Monde deshalb als vergleichsweise geologisch inaktiv.

Doch auch hier sorgten Galileos Magnetfeldmessungen für eine Überraschung. Die Daten lassen sich durch eine elektrisch leitfähige Schicht unter der Oberfläche erklären. Eine plausible Möglichkeit ist ein salzhaltiger Ozean tief unter der eisigen Kruste.

Die Hinweise sind weniger eindeutig als bei Europa, dennoch gehört ein unterirdischer Ozean heute zu den wichtigen Modellen für den inneren Aufbau Kallistos. Galileo zeigte damit, dass unter scheinbar uralten und erstarrten Eisoberflächen dennoch große Mengen flüssigen Wassers verborgen sein könnten.

Besonders interessant ist der Vergleich zwischen den Monden: Europa besitzt eine verhältnismäßig junge und stark veränderte Oberfläche, während Kallisto eine der am stärksten verkraterten Landschaften des Sonnensystems zeigt. Trotzdem könnten beide unter ihrer Oberfläche Ozeane beherbergen.

Was lernte Galileo über Jupiters Magnetfeld und Ringe?

Galileo untersuchte nicht nur Jupiter und seine großen Monde einzeln, sondern das gesamte System als zusammenhängende magnetische Umgebung. Jupiters Magnetosphäre ist gewaltig und wird von geladenen Teilchen durchströmt. Besonders Io spielt dabei eine zentrale Rolle, weil seine Vulkane Material in den Raum abgeben, das ionisiert und in Jupiters Magnetfeld eingefangen wird.

Galileos Staubdetektor registrierte außerdem winzige Partikel, die mit hoher Geschwindigkeit aus dem Jupitersystem herausströmten. Ein großer Teil dieser extrem kleinen Körner konnte auf Io zurückgeführt werden. Die Mission zeigte damit, wie eng Vulkanismus, Magnetfeld und Teilchenumgebung miteinander verbunden sind.

Auch Jupiters schwaches Ringsystem wurde genauer untersucht. Galileos Daten zeigten, dass die Ringe vor allem aus feinen Staubpartikeln bestehen. Diese entstehen, wenn kleine Meteoriten auf die inneren Jupitermonde treffen und Material von deren Oberflächen ins All schleudern.

Das Jupitersystem erwies sich dadurch nicht als Ansammlung voneinander isolierter Himmelskörper, sondern als dynamische Umgebung, in der Monde, Staub, Plasma und Magnetfelder ständig miteinander wechselwirken.

Warum wurde die Raumsonde Galileo absichtlich in Jupiter gelenkt?

Nach fast acht Jahren im Jupitersystem ging Galileos Treibstoffvorrat zur Neige. Die NASA stand deshalb vor einem besonderen Problem. Eine nicht mehr kontrollierbare Raumsonde hätte irgendwann mit einem der Jupitermonde kollidieren können.

Vor allem Europa sollte vor einer solchen Möglichkeit geschützt werden. Galileo war auf der Erde gebaut worden und konnte trotz aller Sterilisationsmaßnahmen theoretisch widerstandsfähige irdische Mikroorganismen transportieren. Nachdem die Mission selbst gezeigt hatte, dass unter Europas Oberfläche möglicherweise ein Ozean existiert, wollte man selbst ein äußerst geringes Risiko einer biologischen Verunreinigung vermeiden.

Deshalb wurde Galileo gezielt auf einen Kollisionskurs mit Jupiter gebracht.

Am 21. September 2003 trat die Raumsonde mit einer Geschwindigkeit von rund 48 Kilometern pro Sekunde relativ zur Atmosphäre in den Gasriesen ein. Kurz darauf verstummte ihr Signal. Damit endete eine Mission, deren wissenschaftliche Ergebnisse weit über ihre ursprünglich geplante Dauer hinausgingen.

Was war Galileos wichtigste Entdeckung?

Es gibt keine einzelne Entdeckung, auf die sich Galileos Bedeutung reduzieren lässt. Die Mission veränderte vielmehr das Gesamtbild des Jupitersystems.

Io zeigte, dass Gezeitenkräfte einen Mond so stark erwärmen können, dass er zu einer Welt permanenter Vulkanausbrüche wird. Ganymed offenbarte als erster Mond ein eigenes Magnetfeld. Kallisto erwies sich als möglicher weiterer Ozeankörper. Jupiter selbst zeigte eine komplexe Atmosphäre, gewaltige Stürme und eine Magnetosphäre, die seine Monde unmittelbar beeinflusst.

Am stärksten wirkte jedoch vermutlich die Erkenntnis über Europa nach. Die Hinweise auf einen globalen Salzwasserozean unter seiner Eiskruste machten deutlich, dass flüssiges Wasser nicht auf Planeten in der Nähe eines Sterns beschränkt sein muss. Gezeitenkräfte können selbst weit außerhalb der klassischen lebensfreundlichen Zone genügend Energie liefern, um Wasser unter einer gefrorenen Oberfläche flüssig zu halten.

Damit veränderte Galileo auch die Suche nach außerirdischem Leben. Die Frage lautete nun nicht mehr ausschließlich, auf welchen Planeten flüssiges Wasser an der Oberfläche existieren könnte. Plötzlich rückten Eismonde mit verborgenen Ozeanen in den Mittelpunkt.

Als Galileo 2003 in Jupiter verschwand, hinterließ die Raumsonde deshalb weit mehr als Bilder eines Gasriesen und seiner Monde. Sie hatte gezeigt, dass sich hinter den eisigen Oberflächen des äußeren Sonnensystems ganze Wasserwelten verbergen können – Welten, deren Erforschung mit Galileo erst richtig begonnen hatte.

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Quellen
▪︎ NASA – Galileo Mission und wissenschaftliche Ergebnisse
▪︎ NASA Jet Propulsion Laboratory – Galileo Mission to Jupiter
▪︎ NASA Europa Clipper – Hinweise auf den Ozean unter Europas Eiskruste
▪︎ NASA Science – Europa: Magnetfeld und unterirdischer Ozean
▪︎ NASA Science – Ganymed: Magnetfeld und innerer Aufbau
▪︎ NASA/JPL – Galileo: Ergebnisse zu Europa, Ganymed, Kallisto und Io
▪︎ Krüger et al. – Galileo-Messungen von Staubpartikeln im Jupitersystem