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Montag, 30.05.2016
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„Mord“ mit Hochdruck

Die ersten Messungen aus der Jupiteratmosphäre

Am 7. Dezember 1995 wird der Jupiter zum Tatort eines vorsätzlichen Mordes. Das Opfer ist allerdings kein Mensch, sondern ein weitgereistes Stück Technik: die Tochtersonde des Raumschiffs Galileo. Motiv dieser von langer Hand geplanten Tat: Die Sonde soll in die Atmosphäre des Jupiter eindringen und so lange es geht Daten über Zusammensetzung, Temperaturen und Druck liefern.

NASA-Sonde Galileo am Jupiter

NASA-Sonde Galileo am Jupiter

Obwohl zu diesem Zeitpunkt nicht viele direkte Messungen über die Bedingungen unterhalb der sichtbaren Wolkenbänder existieren, ist dabei eines von vornherein klar: Die Sonde kann diesen Ausflug nicht überleben. Denn so wie im Inneren der Erde Druck und Temperatur mit zunehmender Tiefe ansteigen, ist dies auch in der Atmosphäre des Jupiter der Fall – nur um Größenordnungen stärker. „Eine erfolgreiche Probenmission in die Jupiteratmosphäre zu bringen ist, mit Ausnahme eines Eintritt in die Sonne selbst, die größte Herausforderung im Sonnensystem“, erklärt Alvin Seiff, leitender Wissenschaftler der Probenmission später in einem Interview. Auch ihm ist klar, dass selbst der Hitzeschild und die verstärkten Komponenten der Sonde ihr nicht lange helfen werden.

Eintritt in die „Hölle“


Schon beim Eintritt in die Atmosphäre fliegt die Sonde wie gegen eine Wand aus Gas: Von 170.000 Kilometer pro Stunde wird sie schlagartig auf nur noch 3.000 Kilometer pro Stunde abgebremst. In diesen Sekunden wirken bis zum 250fachen der Erdbeschleunigung auf das Projektil ein, in der Stoßwelle entstehen Temperaturen von rund 16.000° Celsius. Der Hitzeschild aus Karbonmaterial wird dadurch fast komplett abgetragen.

Sinkflug der Galileo-Probensonde in der Atmosphäre des Jupiter (Illustration)

Am Nullniveau – der Höhe, in der der Druck in der Jupiteratmosphäre einem Bar und damit etwa dem der Erdatmosphäre bei Normalnull entspricht – beginnt die Sonde ihre Messungen und sinkt dabei immer weiter ab. 50 Kilometer unter Nullniveau registrieren ihre Instrumente gewaltige Stürme: Fallwinde, Turbulenzen und Jetstreams beschleunigen das Gas auf mehr als 500 Kilometer pro Stunde. Dass diese Windgeschwindigkeiten erreicht werden, ist keine große Überraschung, denn die mit Teleskopen schon von der Erde sichtbaren Wolkenbänder und Flecken des Gasriesen und das Wissen um seine extrem schnelle Rotation lassen dies erwarten.

Rätsel der fehlenden Edelgase


Die Zusammensetzung der Gashülle ist allerdings anders als gedacht: Zwar findet sich wie erwartet reichlich Wasserstoff – es sind fast 90 Volumenprozent in den oberen Schichten – , dazu kommen Spuren von Methan, Ammoniak und einfachen organischen Verbindungen. Aber von den Edelgasen Helium und Neon registrieren die Sondeninstrumente viel zu wenig. Gerade einmal rund zehn Prozent Helium und nur wenige Promille von Neon messen sie.

Das passt nicht zu den Modellen, die eine ähnliche Elementverteilung wie im ursprünglichen Sonnensystem und auch in der Sonne selbst vorhersagten. Doch statt einem Sechshundertstel der Gesamtmasse scheint Neon beim Jupiter nur ein Sechstausendstel auszumachen. Die Ergebnisse lassen nur eine plausible Erklärung zu: Der Gasriese ist offenbar sehr viel weniger homogen aufgebaut als angenommen. Struktur und Elementverhältnisse in der Tiefe des Jupiter jedoch bleiben vorerst ungeklärt.

Auch die Galileo-Muttersonde verglüht 2003 in der Jupiteratmosphäre

Zerschmolzen, verglüht, verdampft – Jupiter als „Doppelgrab“


Denn rund eine Stunde nach Eintritt in die Atmosphäre und auf einer Höhe von rund 160 Kilometern unter Nullniveau, bricht der Funkkontakt zur Galileo-Probensonde endgültig ab. Die letzten Daten, die sie übermittelt, zeigen einen Druck von 22 Bar und eine Temperatur von 152°C. Doch damit ist die Reise der Sonde noch nicht zu Ende. NASA-Forscher gehen davon aus, dass bei ihrem weiteren Absinken zunächst der Fallschirm, dann die Aluminiumteile geschmolzen sind. Einige Stunden später ist die Hitze in der Umgebung der Sonde so weit angestiegen, dass das Aluminium verdampft, noch einmal vier Stunden und viele Höhenkilometer später schmelzen auch die widerstandsfähigeren Titanteile.

Rund zehn Stunden nach Eintritt der Sonde in die Jupiteratmosphäre ist nichts mehr von ihr übrig. Bei einem Druck von 5.000 Bar und einer Temperatur von 1.700°C sind auch die letzten Komponenten verdampft. Acht Jahre später, im September 2003, findet auch die Muttersonde, der Galileo-Orbiter, ihr Ende im Herzen des Gasriesen. Nach dreimaliger Verlängerung der Missionsdauer und einer reichen Ausbeute an Daten aus dem Jupitersystem ist die Sonde kaum mehr funktionsfähig und droht, auf dem Jupitermond Europa abzustürzen. Da dort unter der Eiskruste ein Wasserozean mit möglicherweise sogar einfachen Lebenformen vermutet wird, wäre dies eine fatale Kontamination. Deshalb lenken NASA-Techniker auch sie in die Jupiteratmosphäre und lassen sie dort verglühen.
Nadja Podbregar
Stand 27.05.2011