Veertig jaar geleden, een Voyager-ruimtevaartuig maakte de eerste close-upbeelden van Europa, een van de 79 manen van Jupiter. Deze onthulden bruinachtige scheuren die het ijzige oppervlak van de maan doorsneed, die Europa het uiterlijk van een aderige oogbol geven. Missies naar het buitenste zonnestelsel in de decennia daarna hebben voldoende aanvullende informatie over Europa vergaard om het een belangrijk onderzoeksdoel te maken in NASA's zoektocht naar leven.

Wat deze maan zo aantrekkelijk maakt, is de mogelijkheid dat hij alle ingrediënten bevat die nodig zijn voor het leven. Wetenschappers hebben bewijs dat een van deze ingrediënten, vloeibaar water, is aanwezig onder het ijzige oppervlak en kan soms in enorme geisers in de ruimte uitbarsten. Maar niemand heeft de aanwezigheid van water in deze pluimen kunnen bevestigen door het watermolecuul zelf rechtstreeks te meten. Nutsvoorzieningen, een internationaal onderzoeksteam geleid vanuit NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, heeft voor het eerst de waterdamp boven het oppervlak van Europa gedetecteerd. Het team heeft de damp gemeten door naar Europa te turen via het W. M. Keck Observatory in Hawaii, een van 's werelds grootste telescopen.

Door te bevestigen dat er waterdamp aanwezig is boven Europa, kunnen wetenschappers de innerlijke werking van de maan beter begrijpen. Bijvoorbeeld, het helpt een idee te ondersteunen, waarvan wetenschappers overtuigd zijn, dat er een oceaan van vloeibaar water is, mogelijk twee keer zo groot als de aarde, klotsend onder de kilometers dikke ijsschelp van deze maan. Een andere bron van water voor de pluimen, sommige wetenschappers vermoeden, kunnen ondiepe reservoirs van gesmolten waterijs zijn, niet ver onder het oppervlak van Europa. Het is ook mogelijk dat het sterke stralingsveld van Jupiter waterdeeltjes uit Europa's ijsschelp haalt, hoewel het recente onderzoek zich verzette tegen dit mechanisme als de bron van het waargenomen water.

"Essentiële chemische elementen (koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof, fosfor, en zwavel) en energiebronnen, twee van de drie vereisten voor het leven, zijn overal in het zonnestelsel te vinden. Maar het derde - vloeibaar water - is enigszins moeilijk te vinden buiten de aarde, " zei Lucas Paganini, een NASA-planetaire wetenschapper die het onderzoek naar waterdetectie leidde. "Hoewel wetenschappers vloeibaar water nog niet direct hebben gedetecteerd, we hebben het op één na beste gevonden:water in dampvorm."

In een onderzoek dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd: Natuurastronomie , Paganini en zijn team meldden dat ze genoeg water ontdekten dat uit Europa vrijkwam (5, 202 pond, of 2, 360 kilogram, per seconde) om een ​​olympisch zwembad binnen enkele minuten te vullen. Nog, de wetenschappers ontdekten ook dat het water niet vaak voorkomt, tenminste in hoeveelheden die groot genoeg zijn om vanaf de aarde te detecteren, zei Paganini:"Voor mij, het interessante aan dit werk is niet alleen de eerste directe detectie van water boven Europa, maar ook het ontbreken daarvan binnen de grenzen van onze detectiemethode."

Inderdaad, Paganini's team detecteerde het zwakke maar duidelijke signaal van waterdamp slechts één keer tijdens 17 nachten van observaties tussen 2016 en 2017. Kijkend naar de maan vanaf Keck Observatory, de wetenschappers zagen watermoleculen op het belangrijkste halfrond van Europa, of de kant van de maan die altijd in de richting van de baan van de maan rond Jupiter wijst. (Europa, zoals de maan van de aarde, is door de zwaartekracht vergrendeld op zijn gastplaneet, dus het voorste halfrond is altijd in de richting van de baan gericht, terwijl het achterste halfrond altijd in de tegenovergestelde richting wijst.)

Ze gebruikten Keck Observatory's Near-Infrared Spectrograph (NIRSPEC), die de chemische samenstelling van planetaire atmosferen meet door het infrarode licht dat ze uitzenden of absorberen. Moleculen zoals water zenden specifieke frequenties van infrarood licht uit als ze interageren met zonnestraling.

Bevestigend bewijs voor water

Vóór de recente waterdampdetectie, er zijn veel prikkelende bevindingen over Europa gedaan. De eerste kwam van NASA's Galileo-ruimtevaartuig, die tussen 1995 en 2003 verstoringen in het magnetische veld van Jupiter bij Europa heeft gemeten terwijl hij in een baan rond de gasreuzenplaneet draaide. De metingen suggereerden wetenschappers dat elektrisch geleidende vloeistof, waarschijnlijk een zoute oceaan onder de ijslaag van Europa, veroorzaakte de magnetische storingen. Toen onderzoekers in 2018 de magnetische storingen nader analyseerden, ze vonden bewijs van mogelijke pluimen.

Ondertussen, wetenschappers kondigden in 2013 aan dat ze NASA's Hubble-ruimtetelescoop hadden gebruikt om de chemische elementen waterstof (H) en zuurstof (O) - componenten van water (H2O) - in pluimachtige configuraties in de atmosfeer van Europa te detecteren. En een paar jaar later, andere wetenschappers gebruikten Hubble om meer bewijs te verzamelen van mogelijke uitbarstingen van pluimen toen ze foto's maakten van vingerachtige projecties die in silhouet verschenen toen de maan voor Jupiter langs ging.

"Deze eerste directe identificatie van waterdamp op Europa is een kritische bevestiging van onze oorspronkelijke detecties van atoomsoorten, en het benadrukt de schijnbare schaarste van grote pluimen op deze ijzige wereld", zei Lorenz Roth, een astronoom en natuurkundige van het KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, die de Hubble-studie van 2013 leidde en co-auteur was van dit recente onderzoek.

Roths onderzoek, samen met andere eerdere Europa-bevindingen, hebben alleen componenten van water boven het oppervlak gemeten. Het probleem is dat het detecteren van waterdamp op andere werelden een uitdaging is. Bestaande ruimtevaartuigen hebben beperkte mogelijkheden om het te detecteren, en wetenschappers die telescopen op de grond gebruiken om naar water in de diepe ruimte te zoeken, moeten rekening houden met het vervormende effect van water in de atmosfeer van de aarde. Om dit effect te minimaliseren, Het team van Paganini gebruikte complexe wiskundige en computermodellering om de omstandigheden van de atmosfeer van de aarde te simuleren, zodat ze het atmosferische water van de aarde konden onderscheiden van dat van Europa in gegevens die door de NIRSPEC werden teruggestuurd.

"We hebben zorgvuldige veiligheidscontroles uitgevoerd om mogelijke verontreinigingen in grondobservaties te verwijderen, " zei Avi Mandell, een Goddard planetaire wetenschapper op Paganini's team. "Maar, eventueel, we zullen dichter bij Europa moeten komen om te zien wat er werkelijk aan de hand is."

Wetenschappers zullen binnenkort dicht genoeg bij Europa kunnen komen om hun slepende vragen over de innerlijke en uiterlijke werking van deze mogelijk bewoonbare wereld op te lossen. De komende Europa Clipper-missie, zal naar verwachting medio 2020 van start gaan, zal een halve eeuw wetenschappelijke ontdekking afronden die begon met een bescheiden foto van een mysterieuze, aderige oogbol.

Als het bij Europa aankomt, de Clipper orbiter zal een gedetailleerd onderzoek van het oppervlak van Europa uitvoeren, diep interieur, dunne atmosfeer, ondergrondse oceaan, en mogelijk nog kleinere actieve ventilatieopeningen. Clipper probeert met zijn massaspectrometers foto's te maken van eventuele pluimen en de moleculen die hij in de atmosfeer vindt te bemonsteren. Het zal ook op zoek gaan naar een vruchtbare plaats waar een toekomstige Europa-lander een monster zou kunnen nemen. Deze inspanningen zouden de geheimen van Europa en zijn levenspotentieel verder moeten ontrafelen.