Als de ijzige, met oceaan gevulde maan Europa draait om Jupiter, het is bestand tegen een meedogenloos gestamp van straling. Jupiter zapt Europa's oppervlak dag en nacht met elektronen en andere deeltjes, badend in hoogenergetische straling. Maar terwijl deze deeltjes op het maanoppervlak beuken, ze kunnen ook iets buitenaards doen:Europa laten gloeien in het donker.

Nieuw onderzoek van wetenschappers van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië geeft voor het eerst details over hoe de gloed eruit zou zien, en wat het zou kunnen onthullen over de samenstelling van ijs op het oppervlak van Europa. Verschillende zoute verbindingen reageren verschillend op de straling en stralen hun eigen unieke glans uit. Met het blote oog, deze gloed zou soms een beetje groen lijken, soms licht blauw of wit en met verschillende gradaties van helderheid, afhankelijk van welk materiaal het is.

Wetenschappers gebruiken een spectrometer om het licht in golflengten te scheiden en de verschillende "handtekeningen, " of spectra, verschillende samenstellingen van ijs. De meeste waarnemingen met een spectrometer op een maan als Europa worden gedaan met gereflecteerd zonlicht aan de dagzijde van de maan, maar deze nieuwe resultaten laten zien hoe Europa er in het donker uit zou zien.

"We waren in staat om te voorspellen dat deze nachtelijke ijsgloed aanvullende informatie zou kunnen geven over de samenstelling van het oppervlak van Europa. Hoe die samenstelling varieert, zou ons aanwijzingen kunnen geven over de vraag of Europa omstandigheden herbergt die geschikt zijn voor leven, " zei Murthy Gudipati van JPL, hoofdauteur van het werk gepubliceerd op 9 november in Natuurastronomie .

Dat komt omdat Europa een enorme, mondiale binnenoceaan die door de dikke ijskorst van de maan naar de oppervlakte zou kunnen sijpelen. Door het oppervlak te analyseren, wetenschappers kunnen meer te weten komen over wat eronder ligt.

Een licht schijnen

Wetenschappers hebben uit eerdere waarnemingen afgeleid dat het oppervlak van Europa zou kunnen zijn gemaakt van een mengsel van ijs en algemeen bekende zouten op aarde, zoals magnesiumsulfaat (Epsom-zout) en natriumchloride (keukenzout). Het nieuwe onderzoek toont aan dat het opnemen van die zouten in waterijs onder Europa-achtige omstandigheden en het opblazen met straling een gloed produceert.

Zoveel was geen verrassing. Het is gemakkelijk om je een bestraald oppervlak voor te stellen dat gloeit. Wetenschappers weten dat de glans wordt veroorzaakt door energetische elektronen die het oppervlak binnendringen. energie geven aan de moleculen eronder. Als die moleculen ontspannen, ze geven energie af als zichtbaar licht.

"Maar we hadden nooit gedacht dat we zouden zien wat we uiteindelijk zagen, " zei Bryana Henderson van JPL, die co-auteur was van het onderzoek. "Toen we nieuwe ijssamenstellingen probeerden, de gloed zag er anders uit. En we staarden er allemaal een tijdje naar en zeiden toen:'Dit is nieuw, Rechtsaf? Dit is toch zeker een andere gloed?' Dus richtten we er een spectrometer op, en elk type ijs had een ander spectrum."

Om een ​​laboratoriummodel van het oppervlak van Europa te bestuderen, het JPL-team bouwde een uniek instrument genaamd Ice Chamber voor Europa's High-Energy Electron and Radiation Environment Testing (ICE-HEART). Ze brachten ICE-HEART naar een hoogenergetische elektronenstraalfaciliteit in Gaithersburg, Maryland, en begon de experimenten met een heel ander onderzoek in gedachten:om te zien hoe organisch materiaal onder Europa-ijs zou reageren op stralingsexplosies.

Ze hadden geen variaties in de gloed zelf verwacht die verband hielden met verschillende ijssamenstellingen. Het was - zoals de auteurs het noemden - serendipiteit.

"Het zien van de natriumchloride-pekel met een aanzienlijk lager glansniveau was het 'aha'-moment dat de loop van het onderzoek veranderde, " zei Fred Bateman, co-auteur van het artikel. Hij hielp bij het uitvoeren van het experiment en leverde stralingsbundels aan de ijsmonsters in de Medical Industrial Radiation Facility van het National Institute of Standards and Technology in Maryland.

Een maan die zichtbaar is aan een donkere hemel lijkt misschien niet ongewoon; we zien onze eigen maan omdat deze zonlicht weerkaatst. Maar Europa's gloed wordt veroorzaakt door een heel ander mechanisme, zeiden de wetenschappers. Stel je een maan voor die continu gloeit, zelfs aan de nachtzijde - de kant die van de zon af is gericht.

"Als Europa niet onder deze straling was, het zou eruitzien zoals onze maan naar ons kijkt - donker aan de schaduwzijde, "Zei Gudipati. "Maar omdat het wordt gebombardeerd door de straling van Jupiter, het gloeit in het donker."

Gepland om medio 2020 te lanceren, NASA's aankomende vlaggenschipmissie Europa Clipper zal het maanoppervlak in meerdere flybys observeren terwijl hij in een baan om Jupiter draait. Missiewetenschappers beoordelen de bevindingen van de auteurs om te evalueren of een gloed detecteerbaar is door de wetenschappelijke instrumenten van het ruimtevaartuig. Het is mogelijk dat informatie die door het ruimtevaartuig is verzameld, kan worden vergeleken met de metingen in het nieuwe onderzoek om de zoute componenten op het oppervlak van de maan te identificeren of te bepalen wat ze zouden kunnen zijn.

"Het komt niet vaak voor dat je in een laboratorium bent en zegt:'Misschien vinden we dit als we er zijn, '" zei Gudipati. "Meestal is het andersom - je gaat daarheen en vindt iets en probeert het in het lab uit te leggen. Maar onze voorspelling gaat terug op een simpele observatie, en dat is waar wetenschap over gaat."

Missies zoals Europa Clipper dragen bij op het gebied van astrobiologie, het interdisciplinaire onderzoek naar de variabelen en omstandigheden van verre werelden die het leven zoals wij dat kennen zouden kunnen herbergen. Hoewel Europa Clipper geen levensdetectiemissie is, het zal gedetailleerde verkenningen van Europa uitvoeren en onderzoeken of de ijzige maan, met zijn ondergrondse oceaan, heeft het vermogen om het leven te ondersteunen. Inzicht in de bewoonbaarheid van Europa zal wetenschappers helpen beter te begrijpen hoe het leven zich op aarde heeft ontwikkeld en het potentieel om leven buiten onze planeet te vinden.