De Jupitermaan Europa is in een dikke laag ijs gehuld. Zijn temperatuur van gemiddeld -180 °C maakt dit ijs zo hard als graniet.
Aan de horizon troont Jupiter als een gigantische, gestreepte koepel, van waaruit de gasreus de maan met felle straling bestookt.
Europa heeft geen bergen en weinig kraters, maar de bodem vertoont grote scheuren en 100 meter hoge geisers schieten uit de spleten omhoog. Op een andere plek staat een bos van 10 à 15 meter hoge ijspegels.
De kleinste maan van Jupiter, Europa, is op zijn zachtst gezegd een onherbergzame plek. Astrobiologen die er de mogelijkheden van buitenaards leven onderzoeken, zijn evenwel van mening dat deze Jupitermaan de meest waarschijnlijke plek van ons zonnestelsel is voor leven in de ruimte.
Daarom gaat de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA samen met zijn Europese tegenhanger, ESA, nu voor het eerst onderzoeken of alle ingrediënten voor leven inderdaad op de bevroren maan aanwezig zijn, zoals de metingen uitwijzen.
Water is de heilige graal
Twee sondes moeten de bodem analyseren en het ijs onderzoeken op waterbellen. De Europa Clipper van NASA moet bovendien de maan in kaart brengen, gedetailleerde foto’s maken en zoeken naar een geschikte landingsplaats voor een latere missie.
Astronomen hadden al het vermoeden dat er een zee binnen in de ijsmaan is, maar water in de atmosfeer rond Europa vonden wetenschappers van NASA’s Goddard Space Flight Center in Maryland pas in 2019. Met een spectrograaf op een van de grootste telescopen ooit, het Keck-observatorium op Hawaï, bestudeerden ze de maan nacht na nacht.
De spectrograaf meet de chemische samenstelling van de atmosfeer. Dat doet hij op basis van de frequenties van infrarood licht die onder invloed van de kosmische straling worden uitgezonden of opgenomen door de deeltjes in de atmosfeer, zoals de specifieke frequenties van infrarood licht die optreden wanneer water wordt getroffen door zonnestralen.
In dit geval gloeiden de watermoleculen plotseling op en in enkele minuten registreerden de wetenschappers 2 ton water. Zo’n plotselinge concentratie van watermoleculen moet wel afkomstig zijn van een geiser.
Video: Wetenschappers zagen infrarood licht van watermoleculen
De waterdamp uit de geisers op Europa wordt getroffen door krachtige straling vanuit de ruimte, met name van de zon. Omdat verschillende elementen die straling bij een uiteenlopende energie absorberen, hebben ze elk een eigen signatuur, die met een spectrograaf af te lezen is. Zo konden Amerikaanse wetenschappers watermoleculen aantonen op Europa en zelfs de hoeveelheid water in de geisers vaststellen. Ze observeerden Europa 17 nachten lang, verdeeld over twee jaar, maar slechts één keer toonde de spectrograaf een duidelijk signaal van waterdamp op de zuidpool van de maan. De onderzoekers weten dan ook niet waar de geisers zich bevinden en hoe lang en hoe vaak ze actief zijn. Ze vermoeden dat krachtige geisers zeldzame, plaatselijke verschijnselen zijn.
En dat is een belangrijke ontdekking, want voor het eerst is er op Europa waterdamp gevonden. Als dit water afkomstig is uit de onderliggende zee, wat waarschijnlijk is, is er een route tussen bodem en zee en kunnen ingrediënten voor leven, zoals organische moleculen, zuurstof en voedingsstoffen, bij elkaar komen.
De onderzoekers zijn zo geïnteresseerd in water omdat het een van de drie hoofdingrediënten is van de levenscocktail. De andere twee zijn energie en een pakket van chemische stoffen als koolstof, waterstof, stikstof, zuurstof, fosfor en zwavel.
Zuurstof zit in de atmosfeer van de maan en chemische stoffen waren waarschijnlijk al aanwezig toen de maan ontstond. Mogelijk hebben planetoïden ook stoffen in het ijs achtergelaten. Jupiter zorgt voor de energie.
Jupiter trekt aan ijsmaan
Door de getijdenwerking van Jupiter wordt er in de kern van Europa warmte opgewekt, waardoor de oceaan onder het ijs vloeibaar blijft.
Mogelijk zijn er in de ijsmantel ook hele meren van smeltwater. Jupiter heeft een ruim dubbel zo sterke zwaartekracht als de aarde, en omdat Europa in een ellips rond Jupiter trekt, wordt de bodem steeds als een elastiekje uitgerekt en samengetrokken.
Het resultaat is dat het ijs constant op de zee beweegt en een soort platentektoniek vertoont zoals die we van de aarde kennen.
Patronen in het ijs laten zien dat ijsplaten op sommige plaatsen tegen elkaar worden geperst en elders uit elkaar gedreven worden en diepe scheuren vertonen. De bewegingen duiden erop dat er veel ijs is gesmolten en daarna weer bevroren.
De Europa Clipper zit vol meetapparatuur, camera’s, spectrometers en sensoren en weegt bij lancering 6000 kilo (inclusief brandstof).
De zee van Europa is de enige plaats waar leven een kans maakt op de maan, want de vernietigende straling van Jupiter kan niet door het ijs heen.
Onze kennis van de zee op Europa is erg beperkt. De maan is 10 procent kleiner dan de aarde, maar volgens de wetenschappers bevat hij zeker twee keer zoveel water als al onze oceanen bij elkaar en is hij circa 100 kilometer diep. Ter vergelijking: het laagste punt op aarde ligt op ongeveer 11 kilometer diepte in de Marianentrog.
Zee kan bol staan van dieren
De vraag is dan: wat voor leven kunnen de wetenschappers aantreffen in de donkere, ijskoude zee? Bij sporen van leven op Mars denken we meestal aan bacteriën, maar op Europa hopen sommige wetenschappers wezens van een ander kaliber te vinden.
In 2020 gaf de Britse ruimtewetenschapper Monica Grady van The Open University in Milton Keynes te kennen dat het in de maanzee zelfs kan wemelen van de grotere dieren met een zekere intelligentie, zoals inktvissen. En ze is niet de enige, want ook NASA-astronomen hebben eerder dergelijke ideeën geventileerd. De komende vijf jaar worden we hopelijk wijzer over eventueel leven op Europa: twee sondes gaan erheen.
Clipper zoekt levenschemie
De sonde gaat de chemie in bodem en atmosfeer onderzoeken, Europa in kaart brengen en uitvogelen of er echt een zee onder het ijs is, of het ijs beweegt en of er een verbinding tussen zee en bodem is – want die is cruciaal voor leven.
Vliegen door waterdamp
Met spectrometers die moleculen identificeren op basis van straling meet de Clipper de samenstelling van de atmosfeer en bodem. De onderzoekers willen de sonde door waterdamp van een geiser sturen om te zien of die bouwstenen van het leven bevat, zoals aminozuren.
Landingsplaats aanwijzen
Camera’s maken vrij gedetailleerde foto’s van de bodem. Daaruit kan blijken of het gebrek aan kraters betekent dat het ijs beweegt – en zo ja, dan kan dat op geologische activiteit duiden. De Clipper moet ook een geschikte plek voor een toekomstige landingsmodule zien te vinden.
Water zoeken in ijsholtes
Een temperatuurgevoelige sensor gaat smeltplaatsen onder het ijs af, en een radar zoekt holtes met smeltwater. Een latere missie gaat meren in het ijs langs, want mogelijk is het gesmolten zeewater in contact geweest met de bodem en bevat het bouwstenen van het leven.
In 2022 stuurt ESA de sonde JUICE naar Jupiter. Na zeven jaar reizen zal de JUICE drie jaar zoet zijn met het observeren van Jupiter en van Ganymedes, Callisto en Europa, allemaal ijsmanen met mogelijk een zee onder het ijs
De missie gaat niet alleen de levensomstandigheden na, maar zal ook algemene kennis kunnen opleveren over de vorming en ontwikkeling van ijsmanen. Tweemaal zal de JUICE Europa passeren, tot op slechts 400 kilometer van het oppervlak vandaan.
NASA richt zich uitsluitend op Europa als het ruimteagentschap de Europa Clipper tussen 2023 en 2025 op de ijsmaan afstuurt. Na maximaal zes jaar reizen zal de sonde de maan grotendeels in kaart brengen en onderzoeken of de omstandigheden voor leven aanwezig zijn.
Bekijk een videosimulatie van het verloop van de missies:
Twee expedities, een van ESA en een van NASA, gaan de dikke ijsschotsen en het water dat zich er mogelijk onder bevindt, onderzoeken. Dat er op het oppervlak leven gevonden wordt ligt niet in de lijn der verwachting, maar de roodachtige kleuren in de barsten in het ijs kunnen sporen zijn van organische stoffen die vanuit de zee in het ijs zijn gedrongen, en organische stoffen zijn een mogelijk teken van leven. De geisers suggereren dat er openingen zijn naar de zee, waardoor er voedingsstoffen en zuurstof uitgewisseld kunnen worden.
In 3,5 jaar tijd moet het vaartuig Europa op verschillende afstanden passeren en zal het de bodem naderen tot op 25 kilometer, waarbij het onder meer een geschikte landingsplek moet zoeken voor de volgende missie naar Europa.
Atoomboor gaat door het ijs
Al is een landingsmissie naar Europa nog maar een idee, het Amerikaanse Congres heeft al middelen toegezegd om een lander te ontwikkelen.
Volgens plan gaat NASA een vaartuig bouwen dat monsters kan nemen op 10 centimeter diepte: diep genoeg om eventueel organisch materiaal te ontdekken dat niet door de straling is vernietigd. Een ander plan is om te landen met een nucleair aangedreven boor die door het ijs kan breken. Ingenieurs die zijn aangesloten bij het programma SESAME (Scientific Exploration Subsurface Access Mechanism for Europe) zijn zo’n boor aan het ontwerpen.
Die kan smeltwatermeren in het ijs vinden en ooit helemaal tot aan de zee komen. De droom van astrobiologen is om via het boorgat een autonome onderwaterdrone de diepte van Europa in te sturen om ruimtewezens te zoeken in het koude, donkere water.