Wetenschap
Als Europa geisers heeft, zijn ze erg zwak
In 2013 ontdekte de Hubble-ruimtetelescoop waterdamp op Jupiters maan Europa. De damp was het bewijs van pluimen die vergelijkbaar waren met die op Saturnusmaan Enceladus. Dat, en ander overtuigend bewijsmateriaal, toonde aan dat de maan een oceaan heeft. Dat leidde tot speculaties dat de oceaan leven zou kunnen herbergen.
Maar de oceaan is verborgen onder een dikke, mondiale laag ijs, waardoor de pluimen onze enige manier zijn om de oceaan te onderzoeken. De pluimen zijn zo moeilijk te detecteren dat ze nog niet zijn bevestigd.
De hoofdauteur van het artikel waarin het bewijsmateriaal van Hubble uit 2013 wordt gepresenteerd, is Lorenz Roth van het Southwest Research Institute. Hij zei:“Verreweg de eenvoudigste verklaring voor deze waterdamp is dat deze uit pluimen op het oppervlak van Europa barstte. Als die pluimen verband houden met de ondergrondse wateroceaan waarvan we zeker weten dat deze zich onder de Europese korst bevindt, dan betekent dit dat toekomstig onderzoek kan de chemische samenstelling van de potentieel bewoonbare omgeving van Europa rechtstreeks onderzoeken zonder door lagen ijs te boren. En dat is enorm spannend."
Dat is zo, maar eerst moeten wetenschappers de pluimen vinden.
"We hebben Hubble tot het uiterste gedreven om deze zeer zwakke emissie waar te nemen. Dit zouden stealth-pluimen kunnen zijn, omdat ze zwak en moeilijk waar te nemen zijn in zichtbaar licht", zegt Joachim Saur van de Universiteit van Keulen, co-auteur van het artikel uit 2013.
Ze omschrijven als dunne stealth-pluimen bleek profetisch.
Onlangs ging een team van onderzoekers op zoek naar de pluimen. Hun resultaten zijn opgenomen in een presentatie op het IAU Symposium 383, getiteld "ALMA Spectroscopie van Europa:een zoektocht naar actieve pluimen." De hoofdauteur is M.A. Cordiner van de Solar System Exploration Division van het Goddard Space Flight Center van NASA. Het artikel is beschikbaar op de arXiv preprint-server.
"De ondergrondse oceaan van Europa is een doelwit met hoge prioriteit in de zoektocht naar buitenaards leven, maar direct onderzoek wordt belemmerd door de aanwezigheid van een dikke ijslaag aan de buitenkant", schrijven de auteurs. De onderzoekers gebruikten ALMA om te zoeken naar moleculaire emissies uit atmosferische pluimen. Ze onderzochten processen onder het ijs die hen konden helpen de Europese oceaan en haar chemie te begrijpen.
Het zonnestelsel zit vol met ijskoude lichamen, waaronder kometen, Kuipergordelobjecten, dwergplaneten en manen zoals Europa. Europa heeft een hoge dichtheid vergeleken met andere ijzige lichamen, wat wijst op een substantieel rotsachtig binnenland. De oceaan beslaat ongeveer 10% van de maan en is bedekt met een ijskoude schil van onzekere dikte. Het kan enkele tientallen kilometers dik zijn. Wetenschappers hebben hier veel van geleerd tijdens de Galileo-missie van NASA.
De afgelopen jaren zijn Europa en zijn oceaan naar de top van de lijst van doelwitten in de zoektocht naar leven gesprongen. De redenen zijn niet onduidelijk:vloeibaar water is een onweerstaanbaar baken in onze zoektocht naar bewoonbare plekken. De pluimen uit de Europese oceaan zijn onze enige manier om de oceaan en haar potentiële bewoonbaarheid te bestuderen.
Door de jaren heen hebben verschillende telescopen Europa onderzocht, op zoek naar meer bewijs van de pluimen. Ze hebben potentiële intermitterende pluimactiviteit gevonden nabij de zuidpool van de maan. Maar bevestiging van de pluimen die Hubble in 2013 zag, is ongrijpbaar. In 2023 onderzocht de JWST Europa. Deze waarnemingen "vonden geen bewijs voor actieve pluimen, wat aangeeft dat elke huidige activiteit gelokaliseerd en zwak moet zijn; robuuste bevestiging van de initiële HST-pluimresultaten blijft ook een uitdaging", schrijven de auteurs.
In een poging de pluimen te vinden, gebruikten de auteurs ALMA, de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Ze observeerden Europa op vier afzonderlijke dagen om het oppervlak van de maan te bedekken. Helaas hebben ze geen pluimen gevonden.
“Ondanks de vrijwel volledige dekking van zowel de voorste als de achterste hemisferen van Europa, vinden we in onze ALMA-gegevens geen bewijs voor moleculaire absorptie of emissie in de gasfase”, schrijven de onderzoekers. "Met behulp van ALMA's unieke combinatie van hoge spectrale/ruimtelijke resolutie en gevoeligheid hebben onze waarnemingen de eerste specifieke zoektocht naar HCN, H2 mogelijk gemaakt CO, SO2 en CH3 OH in de exosfeer en pluimen van Europa. Er is geen bewijs gevonden voor de aanwezigheid van deze moleculen."
Het vinden van geen bewijs betekent niet helemaal dat die moleculen er niet zijn. Het betekent eerder dat als ze er zijn, hun concentraties zo laag zijn dat ze onder de detectiedrempel liggen. In dit geval zouden sommige concentraties lager zijn dan de concentraties die zijn gedetecteerd in de pluimen van Enceladus, wat bevestigd is.
Eén chemische stof illustreert dit punt in het bijzonder:CH3 OH (methanol.) "Voor de CH3 Aan de andere kant zou onze ALMA-bovengrens van <0,86% niet gevoelig genoeg zijn geweest om dit molecuul te detecteren bij de Enceladus-pluim van 0,02%", schrijven de auteurs.
Er zijn enkele interessante relaties tussen Europa en andere ijzige objecten in het zonnestelsel. Het heeft te maken met grenzen aan overvloed. De onderzoekers stelden bovengrenzen voor H2 vast CO (formaldehyde) op Europa. "Inderdaad, onze H2 De bovengrens voor de hoeveelheid CO2 is aanzienlijk lager dan gemeten door Cassini in de Enceladus-pluim, wat een mogelijk chemisch verschil impliceert."
Ondanks dat er geen pluimen werden aangetroffen, waren de waarnemingen toch waardevol. Door detectielimieten in te stellen, helpt het bij latere pogingen om ernaar te zoeken. En dit zal niet de laatste poging van wetenschappers zijn om pluimen te vinden. Alles wat aanwijzingen geeft over de Europese oceaan is te verleidelijk om te negeren, en dit onderzoek laat zien dat ALMA geschikt is voor dit soort onderzoek.
“Onze resultaten laten zien dat ALMA een krachtig hulpmiddel is bij het zoeken naar de ontgassing van ijzige lichamen in het zonnestelsel en dat vervolgonderzoeken naar andere moleculen in andere tijdperken (op Europa en andere ijzige lichamen) gerechtvaardigd zijn”, concluderen de onderzoekers.