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Sonnensystem: Befinden sich im Jupitermond Ganymed mehrere Ozeane?

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Schon seit Längerem vermuten die Planetenforscher, dass der größte Jupitermond Ganymed in seinem Inneren einen Ozean aus flüssigem Wasser enthält, der sich unterhalb seiner festen Eiskruste befindet. Möglicherweise ist aber das Innenleben des Mondes noch komplexer und gliedert sich in bis zu vier Schichten aus flüssigem Wasser, die durch Lagen aus festem Wassereis getrennt sind. Darauf deuten die Untersuchungen eines Forscherteams um Steve Vance am Jet Propulsion Laboratory der NASA im kalifornischen Pasadena hin.

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Der innere Aufbau des Jupitermonds Ganymed | Nach den Untersuchungen eines Forscherteams um Steve Vance am Jet Propulsion Laboratory der NASA könnte sich das Innere des Jupitermonds Ganymed in mehrere Schichten aus Eis und flüssigem Wasser gliedern. Bis zu vier Schichten bestehen demnach aus flüssigen Wasser, sie werden durch Schichten aus festem Eis getrennt. Dabei handelt es sich um unterschiedliche Hochdruckmodifikationen von Wassereis, welche die Bezeichnungen Eis I, Eis III, Eis V und Eis VI tragen.

Die Forscher simulierten, wie sich salzhaltiges Wasser unter den hohen Drücken und den erwarteten Temperaturen im Inneren von Ganymed verhalten sollte. Als Salz diente in den Modellrechnungen Magnesiumsulfat. Die Astronomen orientierten sich am komplexen Phasendiagramm des Wassers und stellten fest, dass es im Inneren des Mondes mehrere Schichten aus Hochdruckvarianten von Wassereis geben sollte, die jeweils durch Schichten aus salzhaltigem flüssigen Wasser voneinander getrennt sind. Somit erinnert der Aufbau von Ganymed ein wenig an ein mehrlagiges Sandwich.

Das Ganymed-Sandwich

Der 5260 Kilometer große Ganymed (Erdmond: 3476 Kilometer) gliedert sich nach dem bisherigen Wissensstand in drei Hauptkomponenten: Eine rund 900 Kilometer mächtige Schicht besteht aus Wasser in flüssiger und gefrorener Form, dieser folgt ein silikatischer Gesteinskern von etwa der Größe unseres Mondes. Im Zentrum befindet sich ein Kern aus metallischem Eisen. Die Oberfläche besteht aus Wassereis, das durch Verunreinigungen aus organischen Stoffen und Gesteinstrümmern dunkel gefärbt ist. Das Material ist Eis I, das uns vertraute Wassereis. Diese Kruste ist etwa 130 Kilometer dick.

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Phasendiagramm des Wasser mit Magnesiumsulfat | In diesem Phasendiagramm sind die unterschiedlichen Phasen von Wasser mit variablen Beimengungen von Magnesiumsulfat dargestellt. Am linken Rand ist der Druck in Megapascal aufgetragen, am unteren die Temperatur in Kelvin. Zu sehen sind die Eismodifikationen Eis I, Eis III, Eis V und Eis VI sowie flüssiges Wasser (liquid). Das uns vertraute gewöhnliche Wassereis ist Eis I. Durch die Beimengung von Magnesiumsulfat sinken die Schmelzpunkte der Eisvarianten, und zwar umso stärker, je höher die Konzentrationen des Salzes sind.

Unter der Eiskruste sollte sich ein erster Ozean aus flüssigem Wasser befinden, sein Boden wird von einer Schicht aus Eis III gebildet, das deutlich dichter ist als gewöhnliches Wassereis. In dieser ersten Ozeanschicht könnte ein eigenartiges Phänomen auftreten, wenn das Wasser am Boden ausfriert. Dabei werden die Salze von den entstehenden Eiskristallen getrennt, wodurch sie eine geringere Dichte aufweisen, als das sie umgebende salzhaltige Wasser. Dadurch steigen die neugebildeten Kristalle in der Flüssigkeit nach oben auf – es schneit nach oben.

Unter der Schicht aus Eis III beginnt wieder ein Ozean, dessen Wasser noch salzhaltiger ist als das des obersten Ozeans. Es besitzt somit eine noch höhere mittlere Dichte. Diesem Ozean folgt eine Schicht aus Eis V, dieser wiederum ein weiterer, noch salzhaltigerer Ozean. Den Abschluss zum Gesteinskern hin bilden eine Schicht aus Eis VI und darunter der salzigste Ozean, der direkt mit dem silikatischen Kern in Berührung ist. Die mittleren Dichten von Eis V und Eis VI sind beträchtlich höher als diejenige von Eis I, dadie Wassermoleküle in den Kristallstrukturen durch den hohen Druck dichter zusammengespresst sind.

Wie realistisch dieser komplexe Aufbau von Ganymed anhand der Modellrechnungen ist, wird sich erst mit detaillierten Messungen von Raumsonden klären lassen. Derzeit plant die Europäische Raumfahrtbehörde ESA den Bau der Jupitersonde JUICE, die im Jahr 2030 in eine Umlaufbahn um Jupiter eintreten soll. In der Endphase der Mission soll JUICE dann in eine enge Umlaufbahn um Ganymed einschwenken und sein Schwerefeld mit hoher Präzision untersuchen. Dann lassen sich detaillierte Informationen über den tatsächlichen Aufbau des Mondes gewinnen.

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