Het vinden van pluimen in Europa is een opwindend vooruitzicht, maar wetenschappers waarschuwen dat het lastig zal zijn, zelfs van dichtbij.

In 2005 fascineerden beelden van een schitterende waterpluim die uitbarstte vanaf het oppervlak van Saturnusmaan Enceladus de wereld. De gigantische kolom van damp, ijsdeeltjes en organische moleculen die vanuit het zuidpoolgebied van de maan sproeien, suggereerde dat er een oceaan met vloeibaar water onder de ijsschil van Enceladus is en bevestigde dat de maan geologisch actief is. De pluim stuwde Enceladus en andere werelden in het buitenste zonnestelsel, zonder atmosfeer en ver van de hitte van de zon, naar de top van NASA's lijst met plaatsen om naar tekenen van leven te zoeken.

Wetenschappers bereiden zich nu voor op een missie naar een andere met ijs bedekte oceaanwereld met mogelijke pluimen:Jupiters maan Europa. NASA's Europa Clipper-ruimtevaartuig, gepland voor lancering in 2024, zal de maan vanuit het diepe binnenste tot aan het oppervlak bestuderen om te bepalen of het ingrediënten bevat die het een levensvatbaar huis voor het leven maken.

Net als Enceladus is Europa geologisch dynamisch, wat betekent dat beide met ijs bedekte manen binnenin warmte genereren terwijl hun vaste lagen zich uitstrekken en buigen door het zwaartekrachtgevecht met hun gastplaneten en naburige manen. Dit, in plaats van warmte van de zon, zorgt ervoor dat het grondwater niet bevriest. De hitte kan ook helpen bij het produceren of circuleren van de chemische bouwstenen van het leven op hun zeebodem, waaronder koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof, fosfor en zwavel.

Maar daar houden de overeenkomsten op.

"Veel mensen denken dat Europa Enceladus 2.0 wordt, met pluimen die constant van het oppervlak spuiten", zegt Lynnae Quick, een lid van het wetenschappelijke team achter Clipper's Europa Imaging System (EIS)-camera's. "Maar zo kunnen we er niet naar kijken; Europa is een heel ander beest", zegt Quick, die is gevestigd in het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland.

Er zijn aanwijzingen dat Europa net als Enceladus water uit de ondergrond kan laten ontsnappen. Wetenschappers die bijvoorbeeld NASA's Galileo-ruimtevaartuig, NASA's Hubble-telescoop en grote telescopen op aarde gebruiken, hebben detecties gemeld van zwakke waterpluimen of hun chemische componenten in Europa.

Maar niemand is zeker. "We bevinden ons nog steeds in de ruimte waar er echt intrigerend bewijs is, maar geen daarvan is een slam dunk", zegt Matthew McKay Hedman, een lid van Europa Clipper's Mapping Imaging Spectrometer for Europa (MISE) wetenschapsteam en universitair hoofddocent in de afdeling of Physics aan de Universiteit van Idaho.

Wetenschappers voelen zich om een ​​aantal redenen aangetrokken tot pluimen. Ten eerste zijn ze onmiskenbaar cool:"We zijn wetenschappers, maar we zijn ook mensen", zegt Shawn Brooks, die samenwerkt met Europa Clipper's Europa Ultraviolet Spectrograph (Europa-UVS) wetenschapsteam en is gebaseerd op NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië.

Maar meer praktisch, zei Brooks, bieden pluimen wetenschappers gemakkelijker toegang tot het binnenland van Europa. "Het komt allemaal neer op de vraag of Europa bewoonbaar is, en dat komt erop neer dat we enig begrip hebben van wat er onder de oppervlakte gebeurt, wat we nog niet kunnen bereiken," zei hij.

Met andere woorden, de magie van Europa, een archetype voor een potentieel bewoonbare wereld, is diep in de maan aan het zicht onttrokken. Vergeleken met Enceladus, dat zo groot is als Texas, is Europa ongeveer een kwart van de grootte van de aarde, of iets kleiner dan de maan van de aarde. En er zijn aanwijzingen dat Europa een veel diepere zoutwateroceaan heeft dan Enceladus, mogelijk 40 tot 100 mijl (ongeveer 60 tot 160 kilometer) diep, wat betekent dat het ongeveer twee keer zoveel water kan bevatten als de oceanen van de aarde. Sommige wetenschappers veronderstellen dat de oceaan van Europa zou kunnen reageren met oververhitte rotsen onder de zeebodem, mogelijk door hydrothermale ventilatieopeningen. Op aarde zijn dergelijke gebieden broeinesten van chemische activiteit die ontelbare wezens voeden.

Wetenschappers zeggen dat er ook grote hoeveelheden gesmolten water in de ijsschelp van Europa kunnen zijn, die waarschijnlijker dan de oceaan de bron van pluimen zijn. Deze zakken kunnen ook knusse leefgebieden voor organismen opleveren.

Omdat het veel dichter bij Jupiter staat dan Enceladus bij Saturnus, wordt er bij Europa meer warmte gegenereerd door wrijving die wordt geproduceerd terwijl het om zijn gastplaneet draait. Aangezien interne warmte geologische activiteit op rotsachtige werelden stimuleert, wordt verwacht dat Europa een uitgebreidere geologie zal hebben dan Enceladus. Sommige wetenschappers voorspellen dat Europa platentektoniek heeft die de ijzige blokken die het maanoppervlak vormen verschuiven en recyclen. Als dat zo is, zou Europa voedingsstoffen kunnen laten circuleren die op het oppervlak zijn geproduceerd door straling van Jupiter, zoals zuurstof, naar vloeistofzakken in de ijsschelp of misschien naar de oceaan zelf. Via Europa Clipper krijgen wetenschappers de kans om enkele van hun voorspellingen te testen door de chemische samenstelling van pluimen of de sporen die ze op het oppervlak achterlaten te analyseren.

Wetenschappers waarschuwen dat Europan-pluimen, zelfs als ze er zijn, zelfs van dichtbij moeilijk te detecteren zijn. Ze kunnen sporadisch zijn, en ze kunnen klein en dun zijn, aangezien de zwaartekracht van Europa, die veel sterker is dan die van Enceladus, deze waterpluimen waarschijnlijk dicht bij het oppervlak zou houden. Dat is een drastische afwijking van de spectaculaire dampkolom van Enceladus:hij is altijd aan en groter dan de maan zelf en sproeit ijzige deeltjes honderden kilometers boven het oppervlak. "Zelfs als ze er zijn, zijn de pluimen van Europa misschien niet zo fotogeniek", zei Hedman.

Hoewel wetenschappers van Europa Clipper verschillende creatieve strategieën bedenken om actieve pluimen te vinden wanneer het ruimtevaartuig Europa in 2031 begint te verkennen, vertrouwen ze er niet op om te begrijpen wat er in de maan gebeurt. "We hoeven er geen te vangen voor een succesvolle missie," zei Quick.

Quick voegde eraan toe dat elk instrument aan boord van de Clipper bewijs kan leveren van bewoonbare omstandigheden onder het oppervlak, ongeacht actieve pluimen.

Een paar voorbeelden van hoe het wetenschappelijke team naar mogelijke pluimen zal zoeken, zijn onder meer de camerasuite van Europa Clipper, EIS. Het zal naar pluimen nabij het oppervlak van Europa zoeken, deels door te zoeken naar hun silhouetten aan de rand van Europa, wanneer de maan wordt verlicht door het licht van Jupiter terwijl deze voor de planeet passeert. EIS zal foto's maken van pluimen als ze verschijnen, evenals pluimafzettingen die mogelijk zichtbaar zijn aan het oppervlak. De Europa-UVS zal er ook naar streven om pluimen in ultraviolet licht te detecteren, ook aan de rand van de maan wanneer Europa voor nabije sterren passeert, en kan de chemische samenstelling van dergelijke pluimen meten. Een thermische camera, het Europa Thermal Emission Imaging System (E-THEMIS), zal op zoek gaan naar hotspots op het oppervlak die mogelijk het bewijs zijn van actieve of recente uitbarstingen.

Het Europa Clipper-team zal slagen, of onderzoekers nu wel of geen pluimen in Europa vinden, hoewel veel wetenschappers hopen op een spectaculaire watershow om de missie en ons begrip van Europa te verrijken. "Ik vermoed dat Europa actief is en materiaal laat ontsnappen", zei Hedman. "Maar ik verwacht dat wanneer we echt begrijpen hoe het dat doet, het niet zal zijn wat iemand verwachtte."