Stel je een desolate woestenij voor. Onder je voeten liggen kilometers dikke ijslagen, en her en der spuiten geisers van honderden kilometers hoog vanuit diepe spleten de ruimte in.
Er is geen atmosfeer waarin leven zou kunnen ademen, en nergens op de bodem zijn sporen van planten, bomen, meren, oceanen of andere verschijnselen die we hier op aarde met leven associëren.
Zo zijn de omstandigheden op de maan Europa, die rond de grootste planeet van het zonnestelsel, Jupiter, draait. Maar wanneer je een astronoom met gezond verstand zou vragen of hij in dit desolate ijskoninkrijk naar leven zou zoeken, dan is het antwoord volmondig ‘ja’.
‘Europa is echt het bestuderen waard, omdat er twee keer zoveel water in de oceanen onder de ijskappen is als hier op aarde,’ legt professor John Leif Jørgensen uit aan Wetenschap in Beeld.
Hij werkt bij het Deense DTU Space, dat de zogeheten sterrencamera’s heeft geleverd voor de sonde Juno, die op dit moment in een baan om Jupiter draait.
‘Europa is echt het bestuderen waard, omdat er twee keer zoveel water in de oceanen onder de ijskappen is als hier op aarde.’ Professor John Leif Jørgensen, DTU Space
Eind september duikt de Juno richting Europa om op 355 kilometer boven het maanoppervlak metingen te verrichten. Die kunnen astronomen iets vertellen over het inwendige van de maan en de omstandigheden voor eventueel leven – de reusachtige geisers bijvoorbeeld, die letterlijk van het leven kunnen barsten.
Storing verandert Juno’s baan
De ruimtesonde is zo groot als een kleine personenauto en genoemd naar de godin die met de Romeinse oppergod Jupiter was getrouwd. De sonde werd gelanceerd op 5 augustus 2011, en na bijna vijf jaar reizen bereikte hij zijn bestemming.
Maar toen de Juno op het punt stond om met 250.000 km/h rond Jupiter te gaan draaien en af te remmen, ontplofte de sonde bijna door een defecte klep in de raketmotor. Gelukkig hadden ingenieurs van NASA de kleppen nagekeken voordat de raketmotor werd aangestoken.
Juno is zo groot als een personenauto en is uitgerust met 9 meter lange zonnepanelen die de instrumenten van stroom voorzien.
Door de defecte klep moest NASA het oorspronkelijke plan laten varen: om de raketmotor te ontsteken om Juno in een nauwere baan rond Jupiter te brengen.
De sonde zou tweemaal gedurende 53 dagen in een baan om Jupiter draaien, en in de daaropvolgende 14 dagen dichterbij zijn gekomen voor de rest van de missie. Door de kortere omloopbanen zou er tussen de wetenschappelijke metingen van de Juno minder wachttijd zijn.
Maar vanwege de klep besloot NASA de 53-daagse banen rond de polen van de reuzenplaneet voor de zekerheid aan te houden. En zo is de Juno nu op koers naar een van de meest waarschijnlijke vindplaatsen van leven in het zonnestelsel.
Jupiter doet ijsmaan smelten
Het hoofddoel van de Junomissie was het bestuderen van Jupiter. Met de camera JunoCam maakte de sonde de eerste foto’s van de noordpool van de gasreus, en de instrumenten aan boord hebben zijn krachtige magnetische veld gemeten.
Jupiter draait zo snel om zichzelf dat een dag maar 9,5 uur duurt. Door die snelheid vlakt Jupiter af en puilt hij rond de evenaar wat uit. En dat vertelt ons hoe het kan dat een desolate ijsmaan als Europa vloeibaar water kan hebben.
Omdat Europa vrij dicht bij Jupiter ligt, op zo’n 671.000 kilometer – tweemaal de afstand van de aarde tot de maan – wordt hij door Jupiters zwaartekracht geplet als een stukje klei tussen twee vingers.
Bruisbal heeft continenten van ijs
Europa is verdeeld in lagen. Tussen de kern en de ijskap stroomt een 150 kilometer diepe oceaan, ontstaan door de zwaartekracht van Jupiter.
1. IJskap is 30 kilometer dik
De atmosfeer van Europa is ijl en bestaat hoofdzakelijk uit zuurstof. Bij een oppervlaktetemperatuur van -160 °C is er een 3 tot 30 kilometer dikke oceaan ontstaan die eventueel leven beschermt tegen radioactieve straling uit de ruimte.
2. Enorme oceaan onder het ijs
Geisers schieten omhoog uit scheuren in het ijs. Wetenschappers denken dat de bron een gigantische oceaan is die wel 150 kilometer diep kan zijn. Naar schatting bevat die twee keer zoveel water als alle zeeën op aarde bij elkaar.
3. Hete kern houdt water vloeibaar
Met een diameter van 3122 kilometer is Europa iets kleiner dan onze maan. Europa heeft waarschijnlijk een hete binnenkern van ijzer en een buitenkern van gesmolten gesteente, die samen met de zwaartekracht van Jupiter het water vloeibaar houdt.
Bij dit proces komt zo veel energie vrij dat het ijs binnenin de maan smelt tot een enorme vloeibare oceaan. Hydrothermale openingen op de oceaanbodem kunnen ook warmte en zouten leveren die de omstandigheden voor leven verbeteren.
Dans met de manen
De uitstulping van Jupiter rond de evenaar speelt een bijzondere rol wanneer de sonde Juno eind september naar Europa duikt.
Om de sonde afwisselend dicht bij en ver van de planeet te brengen, is zijn baan rond Jupiter sterk elliptisch.
Die methode is gekozen omdat Jupiter omgeven is door flinke stralingsgordels die 10.000 keer zo sterk zijn als op aarde, en die de boordelektronica en -computers uiteindelijk zullen vernietigen.
Door de elliptische baan kan de Juno zijn ‘tenen’ in Jupiters straling dopen en dichtbij metingen doen, en aan het andere eind van de baan kan hij zijn elektronica op een veilige afstand even rust geven.
Maar Jupiters uitstulping verandert de manier waarop de sonde om de planeet draait geleidelijk aan, en medio 2021 kon de Juno daardoor langs de grootste maan van het zonnestelsel vliegen, Ganymedes.
Al stond de hoofdmotor uit, Juno’s baan werd ingekort van 53 tot 43 dagen door toedoen van 12 kleine straalpijpen en Ganymedes’ zwaartekracht, waarbij de sonde van koers veranderde om Europa op 355 kilometer te kunnen passeren.
Van hieruit kan de Juno nauwkeurige metingen aan de ijzige maan doen.
Juno nadert Jupiter
1. Juno begint met Jupiter
Met een 53 dagen lange en zeer ovale baan begint Juno zijn verkenning van Jupiter. De baan is zo ingesteld dat de sonde zich maar even in Jupiters schadelijke stralingsgordels bevindt, die zijn elektronica kunnen vernietigen.
2. Reuzenmaan verandert de baan
Tijdens een flyby van de grootste maan van het zonnestelsel, Ganymedes, verkort de zwaartekracht Juno’s baan tot 43 dagen. Zijn koers wordt ook anders, waardoor de Juno in september 2022 langs de ijsmaan Europa zal scheren.
3. Europa slingert Juno verder
Wanneer de Juno Europa op 355 kilometer hoogte passeert, verandert de gravitatiewerking de baan opnieuw, waardoor die tot 38 dagen wordt verkort. De baan zal in 2023 en 2024 een flyby mogelijk maken van de vulkanisch actieve maan Io.
De zwaartekracht van Europa zal dan gebruikt worden om de omlooptijd van de sonde verder in te korten tot 34 dagen, wat hem in 2023 tot vlak bij de vulkanisch actieve maan Io kan brengen.
‘De Juno vliegt over Europa omdat hij dan door kan naar Io. Deze dans met de manen helpt om brandstof te besparen,’ zegt John Leif Jørgensen.
Geisers bevatten bouwstenen
Wanneer de Juno op 29 september op het dichtste punt langs Europa komt, op een hoogte die lager is dan de baan van het ruimtestation ISS om de aarde, zal hij hopelijk foto’s maken van een van de spectaculaire kenmerken van de maan.
‘We weten niet hoe vaak er scheuren in het ijs ontstaan, maar we weten wel dat ze geisers van een paar honderd kilometer de lucht in kunnen sturen. En dat is een flinke waterstraal. We hadden het geluk de geisers te zien bij Enceladus (Saturnus’ ijsmaan, red.) tijdens de Cassini-missie, en we hopen hetzelfde te zien met de Juno bij Europa,’ aldus John Leif Jørgensen.
In januari 2022 maakte de sonde Juno deze foto van Jupiters enorme lichaam dat gedeeltelijk door de zon wordt verlicht, terwijl twee kleinere hemellichamen, de manen Europa en Io, zichtbaar zijn in de duisternis.
De Cassini-missie bracht een sonde in de buurt van geisers op Enceladus in 2008-2009, waar ze de aanwezigheid mat van organische moleculen die aminozuren zouden kunnen zijn – de bouwstenen van leven.
Dezelfde moleculen kunnen aanwezig zijn in Europa’s geisers, hoewel definitief bewijs van leven op de eigenaardige maan waarschijnlijk pas zal worden aangetoond door toekomstige ruimtemissies zoals JUICE of Europa Clipper, die de ijzige maan tegen 2030 nog dichter zullen naderen.
Maar Jørgensen zal verbaasd zijn als Europa geen levende organismen heeft.
’Ja. Dat zou me verbazen. Europa heeft alle voorwaarden voor leven, en de kans om leven te vinden is groter op Europa dan op Mars,’ zegt hij.
Als John Leif Jørgensen gelijk heeft, en missies ontdekken inderdaad leven op de ijzige maan – hoe klein ook – dan zal dat de grootste wetenschappelijke ontdekking in de geschiedenis zijn.
Want dan zullen we niet de enigen in het heelal zijn.
‘Europa heeft alle voorwaarden voor leven, en de kans dat er leven gevonden wordt is groter op Europa dan op Mars.’ Professor John Leif Jørgensen, DTU Space