Jupitermond Europa

Hallo,

Forscher haben Daten über die Eisoberfläche von Europa mit Beobachtungen auf der Erde verglichen und sind zu dem Schluss gekommen, dass es auf Europa auch recht dicht unter der Oberfläche flüssiges Wasser gibt:

http://www.raumfahrer.net/news/astronomie/16112011215925.shtml

Eine fantastische Nachricht!!
Es scheint noch eine ganze Menge Unbekanntes auf den Monden von Jupiter und Saturn zu geben.

Jetzt könnte natürlich das Gewicht für eine zukünftige Mission ins äußere Sonnensystem wieder in Richtung Jupiter kippen, obwohl natürlich Titan und Enceladus weiterhin erstrebenswerte Ziele bleiben.

Was mich etwas verwirrt: Es wurde geschrieben, dass Europa eine sehr hohe Dichte von ca. 3g/cm^3 besitzt. Das wären ja dann (wenn ich mich nicht verrechnet habe) 3 Tonnen den m^3. Ist das nicht etwas viel für einen Mond, der Hauptsächlich aus Wasser und Eis besteht?

Eine fantastische Nachricht!!
Es scheint noch eine ganze Menge Unbekanntes auf den Monden von Jupiter und Saturn zu geben.

Jetzt könnte natürlich das Gewicht für eine zukünftige Mission ins äußere Sonnensystem wieder in Richtung Jupiter kippen, obwohl natürlich Titan und Enceladus weiterhin erstrebenswerte Ziele bleiben.

Was mich etwas verwirrt: Es wurde geschrieben, dass Europa eine sehr hohe Dichte von ca. 3g/cm^3 besitzt. Das wären ja dann (wenn ich mich nicht verrechnet habe) 3 Tonnen den m^3. Ist das nicht etwas viel für einen Mond, der Hauptsächlich aus Wasser und Eis besteht?

Auch wenn vielleicht der Eindruck entsteht, dass Europa hauptsächlich aus Wasser und Eis besteht, da man sich in erster Linie damit beschäftigt (ist es doch auch der aktuell spannendste Teil an Europa  ), ist dieser Eindruck falsch.
Europa ist ebenso ein Gesteinskörper wie die anderen Monde auch.
Die Wasser/Eisschicht ist möglicherweise bis zu 100 km dick. Bei einem Gesamdurchmesser von über 3000 Kilometer ist das Volumen des Wasser/Eis also nur ein Bruchteil der Gesamtmasse von Europa, die in erster Linie aus Silikatgestein und Eisen bestehen dürfte..

Laut wiki hat Europa vermutlich auch einen Eisen/Nickel Kern und darüber eine Felsen/Gesteinsschicht. Dies hebt die durchschnittliche Dichte an. Darüber dann der Ozean und dann die Eisdecke

EDIT: zu langsam

Fantastisch! Damit wird eine zukünftige, (noch) hypothetische Cryo-/Hydrobot-Mission ein Stückchen wahrscheinlicher.

Na das will ich doch hoffen! Aber auch drei Kilometer Tiefe sind immernoch ne ganze Menge. Enceladus wäre bestimmt das einfachere Ziel.

Fantastisch! Damit wird eine zukünftige, (noch) hypothetische Cryo-/Hydrobot-Mission ein Stückchen wahrscheinlicher.

Mit Verlaub, aber ich halte eine solche Mission für technisch anspruchsvoller und aufwändiger als die bemannte Landung von Menschen auf dem Mars inkl. deren sichere Rückkehr.
Ich glaube, da müssten die Hinweise auf Leben dort (evtl. makroskopisch) schon deutlicher sein, dass eine solche Mission denkbar wird.

Warum soltte eine solche Mission komplexer sein? Ich bin nicht der Meinung. Vorallem ist sie mit viel weniger Risiko behaftet.

Ich kann's mir ehrlich gesagt auch nicht vorstellen. Das Landen auf Körpern dieser Größe und Masse beherrschen wir bereits. Tauchroboter sind auch keine Neuigkeit mehr (ich habe während des Studiums 3 Jahre damit gearbeitet). CryoBots wurden inzwischen in der Arktis auch getestet...

Die Technologien an sich sind alle da, nur die Kombination fehlt noch...

Ich teile nicht diesen Optimismus, und das ist vielleicht  n o c h gut so. Die Entfernung bringt gegenüber Mars und Venus einige Probleme mehr mit, dann die Abschirmung vom großen Strahler Jupiter, ein automatischer Bohrer der sich 3 km durch das Eis frisst, na gut, vielleicht auch nur 500 m, der müsste mit sehr großen Reserven ausgestattet sein, da braucht nur mal irgendwas unerwartetes im Eis stecken und Schluss, dabei dann aber immer den Kontakt zur Erde halten, und für mich das größte Problem, ein erdverseuchter Bohrer der vielleciht in ein Ökosystem taucht, das hat für mich dann doch noch Zeit, bis man mehr über "Minimalleben" weiss.
Bei Titan ist es eine vollkommen andere Temperaturlage gewesen, bei warmem Wasser passen unsere Bakterien natürlich viel besser...

Hallo,

ein paar kritische/skeptische Aspekte:

• Bevor man so einen Schritt unternimmt, muss Europa aus dem Orbit viel detaillierter und umfassender erkundet werden. Wir kennen die Oberfläche kaum bis wenig im Detail. Das Gravitationsfeld müsste detaillierter vermessen werden, um einen automatischen Landeanflug zu ermöglichen. Wie der Eispanzer genau beschaffen ist (Dicke, Festigkeit, Topologie) muss genauer bekannt sein, um einen passenden "Bohrer" und Lander zu entwickeln.
• Überhaupt muss alles automatisch ablaufen. Dafür muss man die Umgebung sehr gut kennen, um das richtige Desing festzulegen..
• Die Energieversorgung für eine "Bohrsonde" samt U-Boot ist nicht trivial, sondern dürfte eine Größenordnung über heutigen Technologien liegen.
• Die Kommunikation zur Erde (Laufzeiten, Bandbreite, Blackouts) ist eine Herausforderung.
• Orbits um die Monde sind nicht leicht zu erreichen. Man benötigt relativ viel Treibstoff, um ins Jupitersystem einzufliegen und dann noch einen Mondorbit anzusteuern. Das begrenzt die Größe eines möglichen Landers.

Theoretisch alles lösbar (easy, kaum was Neues dabei) ... praktisch wird es schon schwieriger (tja, und wie jetzt genau?) ... auf jeden Fall führt das zu "understatement" wenn man die eigene Leistungsfähigkeit einschätzt . Bevor wir so etwas angehen, sollten wir erst mal die Idee der Mondorbiter im Jupitersystem schaffen.

Ich habe immer gedacht, die hypothetische Sonde soll sich nicht durch das Eis bohren (halte ich für nicht machbar) sondern schmelzen! Als Energiequelle kommt nur ein radioaktives Zerfallselement in Frage. Die Kommunikation nach "oben" dürfte das größte Problem werden, einen Mondorbit erreichen ist natürlich auch schon recht kompliziert.

Aber selbst das Schmelzen passiert ja nicht von selbst. Die Wärmequelle muss groß genug dimensioniert sein, was nicht unbedingt trivial ist.

Eigentlich gibt es zwei Möglichkeiten:

• Direkte/unmittelbare Schmelzwärme
  Ein (gekapselter) Plutoniumblock kann als Bohrkopf dienen und mit seiner Wärme das Eis direkt lokal schmelzen. Er muss groß genug sein, um genug Wärme zu erzeugen. Da man ihn nicht abschalten kann, stellen sich die großen Frage: Wohin mit der Wärme im Flug? Wie will man die Bohrung kontrollieren? Wie will man sie (jemals) stoppen?
• Indirekte/mittelbare Schmelzwärem
  Ein elektrisches Heizelemente dient als Bohrkopf und schmilzt das Eis lokal. Dieser Bohrer lässt sich kontrollieren, braucht aber ausreichend elektrische Leistung aus einem RTG, bzw. aus einem Zwischenspeicher. Der RTG selbst müsste wahrscheinlich relativ groß sein, um "alles" an Bord zu versorgen (geringer Wirkungsgrad). Das stellt wieder die Frage nach dem Thermalhaushalt im Flug. Aber man hätte wenigstens ein kontrollierbares Instrument, wenn man auch nur in langsamen Etappen vorankäme.

Sicher gibt es noch einige Schwierigkeiten zu meistern. Ich bin auch wenig optimistisch, dass das in den nächsten 30 Jahren was wird. Aber danach... hauptsache in meiner Lebenszeit, der Rest ist Schnuppe ;-)

Aber selbst das Schmelzen passiert ja nicht von selbst. Die Wärmequelle muss groß genug dimensioniert sein, was nicht unbedingt trivial ist.

Eigentlich gibt es zwei Möglichkeiten:

• Direkte/unmittelbare Schmelzwärme
  Ein (gekapselter) Plutoniumblock kann als Bohrkopf dienen und mit seiner Wärme das Eis direkt lokal schmelzen. Er muss groß genug sein, um genug Wärme zu erzeugen. Da man ihn nicht abschalten kann, stellen sich die großen Frage: Wohin mit der Wärme im Flug? Wie will man die Bohrung kontrollieren? Wie will man sie (jemals) stoppen?
• Indirekte/mittelbare Schmelzwärem
  Ein elektrisches Heizelemente dient als Bohrkopf und schmilzt das Eis lokal. Dieser Bohrer lässt sich kontrollieren, braucht aber ausreichend elektrische Leistung aus einem RTG, bzw. aus einem Zwischenspeicher. Der RTG selbst müsste wahrscheinlich relativ groß sein, um "alles" an Bord zu versorgen (geringer Wirkungsgrad). Das stellt wieder die Frage nach dem Thermalhaushalt im Flug. Aber man hätte wenigstens ein kontrollierbares Instrument, wenn man auch nur in langsamen Etappen vorankäme.

Die Problematik die ich zusätzlich sehe ist die, dass sich die Sonde wohl durch das eis schmelzen kann. Das Loch friert aber hinter der Sonde wieder zu.
Die Sonde ist bestenfalls durch 3 Kilometer Eis von einer Relaisstation getrennt. Wie sieht es da mit der Kommunikation und der Bandbreite aus?
Heutige U-Boote sind getaucht kaum zu erreichen trotz der kompletten leistungsfähigen Infrastruktur die uns auf der Erde zur Verfügung steht.
Ich denke dass man vieles an einer solchen Mission noch unterschätzt.

Edit: Ich bin gerade nicht ganz sicher, die Diskussion fängt an eine Gratwanderung zwischen Astronomie und Raumfahrt zu werden. 

Wie wärs mit nem Lander aus 2 Komponenten:

-Sonde landet
-der Teil der sich durchschmilzt wird abgekoppelt und wird über kabel mit strom und daten versorgt
-der andere Teil bleibt auf der Oberfläche und dient als Relais
-die Stromversorgung liefert ein RTG, der beim Flug als Antrieb dient und auf dem Mond Energie für die "Schmeldsonde" dient

Somit hätte man alles optimal genutzt... Für mich wär das die richtige Lösung, obwohl die Sonde dadurch wesentlich schwerer werden würde!

mfg h-j

So ein Kabel nach oben, durch mehrere Kilometer dickes Eis, welches unter starken Spannungen stehen könnte, würde niemals halten befürchte ich.

Die Ideen gehen ja eher in die Richtung "unter, untersuchen, rauf". Klar Funk durch Wasser ist mehr oder weniger ein Ding der Unmöglichkeit (damit hatten wir in unserem AUV-Projekt in der Uni auch zu kämpfen), aber man kann sich durchaus alternativen vorstellen. Am schwierigsten dürfte tatsächlich die Frage sein, wie man während der Untersuchung Statusmeldungen vom CryoBot erhält. Wobei man da evtl. noch akustisch was machen könnte oder eben mit Ultralangwelle o.ä.

Und ein paarhundert Meter Glasfaserkabel wiegen auch nicht die Welt, könnte man also auch drüber spekulieren...

...
Und ein paarhundert Meter Glasfaserkabel wiegen auch nicht die Welt, könnte man also auch drüber spekulieren...

Ein paar hundert Meter?

Man möchte sich durch 3 bis 30 Kilometer dickes Eis durchschmelzen und dann aber nicht wie ein Köder an einer Angel hängen, sondern gerne noch etwas Mobilität haben um ggf. zum Grund dieses imensen Ozeans tauchen (100 Kilometer?) und selbst dort noch beweglich bleben.
da dürften schon mehr als ein "paar hundert Meter" nötig sein.

Abgesehen davon, wie sehen eigentlich die möglichen Druckverhältnisse in diesem hypotetischen Ozean aus?
Je mehr ich hier lese und mir die Herausforderungen im Detail vorstelle, um so mehr glaube ich daran, dass diese Mission mehr Fiction als Science ist.

Ich glaube nicht, dass man schon irgendwas über die Druckverhältnisse dort sagen kann. Die Gravitation ist ja sehr gering, relevanter Druck kann also nur durch die Spannungen im Eis hervorgerufen werden. Außerdem: Wenn irgendwo in der Eiskruste durch Wärme Eis schmilzt, so verringert sich ja das Volumen und der Druck sollte sehr gering sein!

Abgesehen davon, wie seheh eigentlich die möglichen Druckverhältnisse in diesem hypotetischen Ozean aus?

Druck = [Dichte(1) * Dicke(1) +   Dichte(2) * Dicke(2) +  Dichte(n) * Dicke(n)] * G /1.000.000

G - Europas Fallbeschleunigung
Dichte in g/cm3
Dicke in m
Druck in MPa

Hoffe ich habe mich jetzt nicht vertan, aus einem alten Petrologie Excel Spreadsheet rekonstruiert.

Ich glaube nicht, dass man schon irgendwas über die Druckverhältnisse dort sagen kann. Die Gravitation ist ja sehr gering, relevanter Druck kann also nur durch die Spannungen im Eis hervorgerufen werden. Außerdem: Wenn irgendwo in der Eiskruste durch Wärme Eis schmilzt, so verringert sich ja das Volumen und der Druck sollte sehr gering sein!

Da bringst du etwas durcheinander.
Der innere Druck hängt nur von der Gravitation ab, also vom Gewicht. Irgendwelche Spannunungen im Eis sind dann das Resultat von Druck, nicht die Ursache dafür.
Außerdem, wenn ich lokal etwas schmelze (quasi die Dichte verändere), ändert das nichts am wirkenden Druck. Nur weil bspw. in einer Tauchglocke Luft (mit Kontakt zum Wasser) ist, herrscht dort nicht geringerer Druck, sondern immer noch der des umgebenden tiefen Wassers (sonst würde es hineinströmen).

Der Druck ist wirklich das kleinste Problem. Wir hatten damals einen Druckkörper von ca. 30cm Durchmesser, der aus 8mm massivem Aluminium bestand. Trotz keinerlei Verstärkung war der (laut einem Maschinenbauer des Instituts, selbst getestet haben wir das nie) bis 20bar stabil. Bei der geringen Masse des Mondes dürfte das für eine enorme Wassersäule reichen. Nimmt man stattdessen Titan oder Kohlefaser und ein entsprechend auf Druckfestigkeit ausgelegtes Wanddesign, lässt sich das bei gleichem (oder geringerem) Gewicht sicher noch steigern...

Zitat von: Pham am 18. November 2011, 13:04:26

Abgesehen davon, wie seheh eigentlich die möglichen Druckverhältnisse in diesem hypotetischen Ozean aus?

Druck = [Dichte(1) * Dicke(1) +   Dichte(2) * Dicke(2) +  Dichte(n) * Dicke(n)] * G /1.000.000

G - Europas Fallbeschleunigung
Dichte in g/cm3
Dicke in m
Druck in MPa

Hoffe ich habe mich jetzt nicht vertan, aus einem alten Petrologie Excel Spreadsheet rekonstruiert.

Der Druck ist eine lineare Funktion der Tiefe. Desweiteren ist er abhängig von der Fallbeschleunigung, die auf der Erde 9,81m/s² beträgt, auf Europa 1,32 m/s².
Der Druck in einem Ozean auf Europa beträgt bei einer bestimmten Wassertiefe also etwa 13,5% des Druckes im Vergleich zur Erde bei entsprechender Tiefe, wenn ich den Eisschild darüber vernachlässige. Will ich somit zum grund eines 100 Kilometer tiefen Ozeans auf Europa tauchen, entspricht das einem höheren Druck als am Grund des Marianengrabens auf der Erde in etwa 11 Kilometer Tiefe (und dabei habe ich den Eisschild darüber nicht berücksichtigt - dafür habe ich das eine Bar der Erdatmosphäre auch unterschlagen).

Vielleicht sollte man den zu beherrschenden Druck doch nicht so auf die ganz leichte Schulter nehmen. 

Die 30cm-Kugel mit 6mm dicker Aluminiumhülle schafft 20 Bar? Das wären ca.1,5 Kilometer Tiefe auf Europa. Dann haben wir aber noch bis zu 98,5 Kilometer unter uns. Und aus dem Roboter sollten auch noch ein paar wissenschaftliche Geräte (Lampen, Kameras, Thermometer, etc) herausführen inkl. Kommunikationsanlage, die durch 100Kilometer Wasser hinauf und durch 30Kilometer Eis senden kann ...
 ...  WOW!

Um ins Detail zu gehen:

Der Druck ist eine lineare Funktion der Tiefe. Desweiteren ist er abhängig von der Fallbeschleunigung, die auf der Erde 9,81m/s² beträgt, auf Europa 1,32 m/s².

Das kann dann nicht mehr linear sein, über große Tiefen .