Wat lang werd vermoed, is nu bevestigd: Jupiter's maan Europa heeft water. Nu we de afgelopen jaren meer hebben geleerd over het buitenste zonnestelsel, is Europa een doel met hoge prioriteit geworden in de zoektocht naar leven. Met deze ontdekking heeft NASA zojuist een grote rode roos op Jupiter's kleinste Galilese maan geschilderd.
"Hoewel wetenschappers vloeibaar water nog niet rechtstreeks hebben gedetecteerd, hebben we het volgende beste ding gevonden: water in dampvorm."
Lucas Paganini, NASA Planetary Scientist, Research Lead.
Voorafgaand aan deze ontdekking hadden wetenschappers al enig bewijs dat Europa het potentieel heeft om het leven te herbergen. De maan heeft het meest gladde oppervlak van elk object in het zonnestelsel, wat wetenschappers ertoe bracht te veronderstellen dat het vloeibaar water had in een ondergrondse oceaan, dat boven het vriespunt werd gehouden door getijbuiging van Jupiter. Die getijdeflexie houdt niet alleen het water in vloeibare vorm, het creëert een ijsplaatbeweging vergelijkbaar met tektonische platen op aarde, volgens de hypothese.
Meer bewijs kwam van het bestuderen van de bruine vlekken op het oppervlak van Europa. Wetenschappers veronderstelden dat dit chemicaliën uit de ondergrondse oceaan zijn die naar de oppervlakte zijn gekomen. Dit laat zien dat de zeebodem mogelijk in wisselwerking staat met het oppervlak, een belangrijke overweging bij het nadenken over bewoonbaarheid.
De ontdekking van vloeibare pluimen verhoogde de opwinding over de potentiële bewoonbaarheid van Europa.
In 2012 maakte de Hubble een foto van Europa die liet zien wat velen interpreteerden als een pluim van waterdamp die uit een scheur in het bevroren oppervlak kwam en tot ongeveer 200 km (120 mijl) hoog schoot. (Ter vergelijking: de Mount Everest is slechts 8,8 km hoog.) In 2016 was er meer bewijs van Hubble dat pluimen suggereerde.
NASA's Galileo-ruimtevaartuig ontdekte verstoringen in het magnetische veld van Jupiter nabij Europa tijdens de tijd van dat ruimtevaartuig in Jupiter, van 1995 tot 2003. Wetenschappers schreven die verstoringen toe aan een zoute oceaan die onder het bevroren maanoppervlak zou kunnen bestaan, aangezien een zoute oceaan elektriciteit kan geleiden.
Ook kwam het Galileo-ruimtevaartuig in 1997 zo dicht als 206 km (128 mijl) tot het oppervlak van Europa en sommige onderzoekers suggereren dat het daadwerkelijk door een pluim vloog.
Maar in al die gegevens was er geen definitieve ontdekking van water. Nu is dat veranderd.
"Deze eerste directe identificatie van waterdamp op Europa is een kritische bevestiging van onze oorspronkelijke detectie van atoomsoorten ..."
Lorenz Roth, astronoom en natuurkundige, KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, co-auteur.
Een team van wetenschappers onder leiding van Lucas Paganini, een planetaire wetenschapper van NASA, heeft een paper gepubliceerd waarin de ontdekking van water in Europa wordt aangekondigd. Het artikel is getiteld "Een meting van waterdamp te midden van een grotendeels rustige omgeving op Europa." Het is op 18 november gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
In een persbericht zei Paganini: “Essentiële chemische elementen (koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof, fosfor en zwavel) en energiebronnen, twee van de drie levensbehoeften, zijn overal in het zonnestelsel te vinden. Maar het derde - vloeibare water - is enigszins moeilijk te vinden buiten de aarde. Hoewel wetenschappers vloeibaar water nog niet rechtstreeks hebben gedetecteerd, hebben we het volgende beste ding gevonden: water in dampvorm. "
Paganini en de andere wetenschappers zeiden dat ze binnen enkele minuten genoeg water hadden gedetecteerd om een zwembad van Olympische afmetingen te vullen; ongeveer 2360 kg / seconde (5202 lbs / sec.) Ze melden ook dat het water slechts zelden voorkomt. "Het interessante van dit werk is voor mij niet alleen de eerste directe detectie van water boven Europa, maar ook het ontbreken daarvan binnen de grenzen van onze detectiemethode."
De resultaten komen voort uit het observeren van tijd met de W.M. Keck Observatory in Hawaï. In de loop van 17 nachten van observatie in 2016 en 2017 vond het team het zwakke, duidelijke signaal van waterdamp slechts één keer. De damp werd gedetecteerd op Europa's leidende halfrond terwijl het om Jupiter draait. (Europa is netjes opgesloten voor Jupiter, net zoals de maan dat is voor de aarde.)
Water zendt infrarood licht uit in specifieke frequenties wanneer het interageert met zonnestraling. Door een spectrograaf op de Keck-telescoop te gebruiken, hebben wetenschappers de chemische samenstelling op Europa's leidende halfrond gemeten.
"Deze eerste directe identificatie van waterdamp op Europa is een kritische bevestiging van onze oorspronkelijke detectie van atomaire soorten, en het benadrukt de ogenschijnlijke spaarzaamheid van grote pluimen op deze ijzige wereld", zegt Lorenz Roth, een astronoom en natuurkundige van het KTH Royal Institute van Technologie in Stockholm die de Hubble-studie van 2013 leidde en mede-auteur was van dit recente onderzoek.
Roth verwijst naar de detectie van de componenten waaruit water bestaat boven Europa. Hoewel intrigerend, is dat niet hetzelfde als water ontdekken. Om het water te vinden, moest het team het Keck-observatorium op de grond en zijn spectrograaf gebruiken, omdat geen enkel ruimtevaartuig de mogelijkheid heeft om water te detecteren.
Bepalen dat het water is in plaats van alleen de componenten van water is niet eenvoudig, vooral niet vanaf de aarde. Het team achter deze studie had te kampen met het water in de atmosfeer van de aarde, en daarvoor vertrouwden ze op complexe wiskundige modellen en computermodellen.
Het team heeft vertrouwen in hun resultaten, ook al erkennen ze dat een missie naar Europa nodig is om de maan echt te begrijpen.
"We hebben ijverige veiligheidscontroles uitgevoerd om mogelijke verontreinigingen te verwijderen in waarnemingen op de grond", zegt Avi Mandell, een planetaire wetenschapper van Goddard in het team van Paganini. "Maar uiteindelijk moeten we dichter bij Europa komen om te zien wat er echt aan de hand is."
Hopelijk hoeven wetenschappers - en de rest van ons - niet veel langer te wachten om meer definitieve antwoorden te krijgen op de vele vragen van Europa. De Europa Clipper is in augustus 2019 verplaatst naar de definitieve ontwerpfase en zal ergens halverwege de jaren 2020 worden gelanceerd. Het zal een hele reeks instrumenten bevatten om de mysteries van Europa te onderzoeken. Het meest opwindende is misschien wel de gronddoordringende radar. Het kan dwars door het ijs heen kijken en voor eens en voor altijd het bestaan van een ondergrondse oceaan bevestigen.
Alsof een orbiter niet genoeg is, wordt er ook gesproken over een Europa-lander.
In 2019 heeft het Congres NASA $ 195 miljoen toegekend om te kijken naar de ontwikkeling van een lander als onderdeel van de Clipper-missie. NASA heeft nooit om dat geld gevraagd, waarschijnlijk mede omdat de oppervlakte van Europa een moeilijke omgeving is om op te landen. Misschien weet het Congres dat landingen enorm veel publieke belangstelling trekken.
Natuurlijk is niet alleen de oppervlakte van Europa problematisch. De straling rond Jupiter is extreem, en om succesvol te zijn, zal de Europa Clipper brede elliptische banen moeten volgen en slechts een korte tijd in de buurt van Europa komen, voordat hij zich terugtrekt in veiligheid. Dit is hoe NASA's Juno-ruimtevaartuig worstelt met de straling van Jupiter.
Maar toch kan de Clipper alle pluimen direct in beeld brengen en zelfs proeven met zijn massaspectrometers. Het kan ook het oppervlak gedetailleerder dan ooit tevoren onderzoeken.
We zullen echter geduld moeten hebben. Juno deed er vijf jaar over om Jupiter te bereiken. Als de Europa Clipper-missie halverwege de jaren 2020 wordt gelanceerd, krijgen we pas in 2030 of later wetenschappelijke resultaten.
Meer:
- Persbericht: NASA-wetenschappers bevestigen waterdamp op Europa
- Research Paper: Een meting van waterdamp te midden van een grotendeels rustige omgeving op Europa
- Space Magazine Video: Exploring The Icy Moons of Jupiter. NASA's Europa Clipper en ESA's JUICE
