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(Bildnachweis: NASA/Johns Hopkins APL/Mike Yakovlev)

In den letzten Jahren haben die Planetenforscher zunehmend eine Mission zu einer weitgehend unerforschten Region des Sonnensystems gefordert: Uranus und seine Monde.

Planetenwissenschaftler wissen, dass einige der Monde des Jupiters und des Saturns wahrscheinlich unterirdische Flüssigwasser-Ozeane besitzen. Diese „Ozeanwelten“, wie der Jupitermond Europa und der Saturnmond Enceladus, befinden sich nicht in der „Goldlöckchen-Zone“ – dem optimalen Abstand von einem Stern, in dem flüssiges Wasser auf der Oberfläche einer Welt existieren kann – von dem man früher annahm, dass er eine Voraussetzung für Bewohnbarkeit ist.

Stattdessen haben die Forscher die Möglichkeit in Betracht gezogen, dass im Inneren dieser Körper Leben existieren könnte, das in inneren Ozeanen schwebt, die durch verschiedene Mechanismen erhitzt werden. Diese hypothetischen Lebensformen könnten chemische Stoffwechselwege nutzen, die denen des Lebens auf dem Meeresboden der Erde ähneln.

Die Astrobiologie blickt zunehmend über das Jupiter- und Saturnsystem hinaus. Sie fordern eine Mission zum Uranus und seinen Monden, da eine Reihe von Uranusmonden verräterische Anzeichen für innere flüssige Ozeane und chemische Zusammensetzungen aufweisen, die für Leben günstig sein könnten.

Die Entsendung einer Raumsonde zu diesen weit entfernten Monden könnte Hinweise auf ihre Bewohnbarkeit und die Mechanismen hinter der Entstehung und Entwicklung dieser Welten liefern, erklärten Planetenforscher in einem kürzlich erschienenen Papier.

„Die aufregendste Aussicht bei den (Uran-)Monden ist, dass sie derzeit noch unterirdische Ozeane beherbergen könnten. Bei einigen von ihnen ist die Wahrscheinlichkeit gering. Wenn die Mission also bei allen bzw. den meisten von ihnen Ozeane findet, wird sie zu einem besseren Verständnis der Mechanismen beitragen, die das Innere dieser Monde warm halten“, sagt Julie Castillo-Rogez, Planetenforscherin am Jet Propulsion Laboratory der NASA.

Mögliche interne Ozeane

Im Jahr 2022 analysierte ein Team unter der Leitung von Castillo-Rogez die Daten der fünf größten Monde des Uranus – Ariel, Umbriel, Titania, Oberon und Miranda – neu, die von der NASA-Raumsonde Voyager 2 beim Vorbeiflug am Uranussystem im Jahr 1986 gesammelt wurden. Als sie die Daten von Voyager 2 mit Computermodellen kombinierten, die den Radius und die Dichte dieser Monde sowie potenzielle Wärmequellen berücksichtigten, fanden die Wissenschaftler heraus, dass vier der Monde – Ariel, Umbriel, Titania und Oberon – im Inneren flüssige Ozeane enthalten könnten, die zwischen ihren Kernen und der Eiskruste eingeschlossen sind.

Die große Entfernung des Uran-Systems von der Sonne ist ein großes Hindernis für das dauerhafte Vorhandensein von flüssigen Ozeanen im Inneren dieser Monde. Aber es gibt eine andere Möglichkeit, wie sie warm genug werden könnten, um unterirdische Ozeane zu beherbergen.

„Die Hauptwärmequelle für diese Monde stammt aus dem Zerfall radioaktiver Elemente, insbesondere Kalium, Uran und Thorium“, so Castillo-Rogez gegenüber kosmischeweiten.de.

Uranus und Monde, aufgenommen mit dem James Webb Weltraumteleskop. (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI. Bildbearbeitung: J. DePasquale (STScI))

Es gibt auch geologische Hinweise darauf, dass Miranda und Ariel vor 100 Millionen bis 1 Milliarde Jahren geologischen Aktivitäten – Tektonik und Eisvulkanen – ausgesetzt waren.

Zusammengenommen deuten diese Anzeichen darauf hin, dass Miranda und Ariel möglicherweise einer verstärkten Gezeitenerwärmung ausgesetzt waren, bei der sich die Monde infolge der Gravitationswechselwirkung zwischen Uranus und seinen Monden dehnen und stauchen.

„Miranda und Ariel sind dem Uranus so nahe, dass sie von einer stärkeren Gezeitenerwärmung profitieren könnten als Umbriel, Titania und Oberon“, so Castillo-Rogez. „Da die Gezeitenerwärmung jedoch von der Masse des Planeten abhängt – und Uranus ist siebenmal weniger massiv als Saturn – erwarten wir keinen spektakulären Vulkanismus, wie er bei Enceladus beobachtet wurde.“

„Das heißt, wenn sich ein Enceladus-ähnlicher Mond im Uran-System befände, würde er von einer 50-mal geringeren Erwärmung profitieren als im Saturn-System“, fügte sie hinzu.

Glücklicherweise ist es für die irdischen Monde nicht möglich, das gleiche Maß an Gezeitenheizung zu erreichen, das die jovianischen und saturnischen Monde warm hält, da Uranus aufgrund seiner geringeren Masse nicht die gleiche Gravitationskraft ausübt.

Einschätzung der Bewohnbarkeit

Jedes Jahrzehnt befragen die U.S. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine die Gemeinschaft der Planetenwissenschaftler, um die Prioritäten für das nächste Jahrzehnt der Missionen zu ermitteln. Die letzte Umfrage dieser Art, die im Jahr 2022 durchgeführt wurde, zeigte ein weit verbreitetes Interesse an einer Mission zum Uranus-System. Aber was würde eine solche Mission untersuchen?

Ein Forschungsbereich wäre die Untersuchung der internen thermischen Bedingungen auf den Uranmonden, die für das Funktionieren des Lebens, wie wir es kennen, eine große Rolle spielen. Die untere Grenze für das Wachstum von einzelligen Organismen auf der Erde, wo Eis vorhanden ist, liegt bei etwa minus 4 Grad Fahrenheit (minus 20 Grad Celsius). Wenn die Temperaturen zu kalt sind, werden die möglichen Stoffwechselwege, die das Leben nutzen könnte, um Energie aus seiner Umgebung zu gewinnen, viel schwieriger.

Die bekannten Oberflächentemperaturen auf den fünf in Frage kommenden Uranmonden liegen zwischen 60 Kelvin und 80 Kelvin (-213,15 Grad Celsius bis -193,15 Grad Celsius), was bedeutet, dass die Innentemperaturen deutlich wärmer sein müssten, um bewohnbar zu sein.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist der Salzgehalt. Wenn die flüssigen Ozeane zu salzig sind, kann es sein, dass das Leben dort nicht überleben kann. Forscher haben untersucht, wie viel Salz Mikroben, die in extremen Umgebungen auf der Erde leben, vertragen können, und so ihre Grenzen aufgezeigt.

Der Zugang zu chemischer Energie ist ein weiterer Teil des Rätsels um die Bewohnbarkeit. Jegliches Leben auf diesen Monden müsste im Inneren überleben, um Strahlung zu vermeiden und in der Nähe des Wassers zu sein. Daher bräuchten diese Lebensformen eine ständige Quelle chemischer – und nicht solarer – Energie. Das Leben auf dem Meeresboden der Erde nutzt eine Form der Chemosynthese, bei der die Organismen die durch anorganische chemische Reaktionen freigesetzte Energie zur Herstellung von Nahrung verwenden. Ein ähnlicher Prozess könnte notwendig sein, damit Leben tief im Inneren dieser Monde überleben kann.

Um Leben, wie wir es kennen, zu ermöglichen, benötigen diese Ozeanwelten die Bausteine des Lebens – Elemente wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel. Umgekehrt wären giftige Elemente wie Arsen für das Leben problematisch.

Antworten auf diese Fragen sind derzeit unerreichbar, aber eine Mission zum Uran-System könnte Hinweise auf die mögliche Bewohnbarkeit einiger dieser Monde liefern. Eine solche Mission könnte den Astronomen helfen, ein Profil der verschiedenen Ozeanwelten in unserem Sonnensystem zu erstellen und die Prozesse zu verstehen, die zur Entstehung und Entwicklung dieser eisigen Oasen geführt haben.

„Bei der Mission zum Uran-System geht es nicht nur um die Monde, sondern um das Verständnis des Systems (Planet, Ringe, Monde, Magnetosphäre) als Ganzes. Die Mission wird viele Lücken in unserem Verständnis der Funktionsweise von Eisriesen und der Beziehungen zwischen den Monden, dem Planeten und der Magnetosphäre schließen“, sagt Castillo-Rogez.