In december 2034 klinkt er applaus en gejuich in de controlekamer van ESA in Darmstadt, Duitsland. En er is een reden voor deze opwinding. Op dat moment, na ruim 11 jaar reizen door het zonnestelsel, zal de JUICE in een stabiele baan komen rond de grote maan van Jupiter, Ganymedes.
De gebeurtenis is een mijlpaal in de geschiedenis van de ruimtevaart. Als deze sonde zijn baan eenmaal heeft ingenomen, is het voor het eerst dat een ruimtevaartuig met succes rond een verre maan draait.
Die baan wordt ook het hoogtepunt van een ambitieus en prestigieus project waartoe de ESA al in 2012 besloot.
Oceanen onder het ijs kunnen bewijzen bevatten dat leven elders dan op aarde kan ontstaan.
JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) is ESA’s vlaggenschipmissie naar Jupiter, die tot doel heeft drie grote ijsmanen van de planeet tot in detail te bestuderen.
Met allerlei meetinstrumenten hopen de wetenschappers veel te leren over de geschiedenis, structuur en geologische krachten van de manen – en misschien zelfs de ultieme vraag te beantwoorden: kunnen de verborgen oceanen van de manen leven huisvesten?
Als dat zo is, wordt dit niet alleen de ontdekking van de eeuw, maar is ook het bewijs geleverd dat leven kan ontstaan op andere planeten dan de aarde – en dat wijzelf niet slechts eenmalig toeval zijn.
Alles is vooraf getest
Het prijskaartje van de JUICE-missie geeft aan hoe groot de gok is voor de Europese ruimtevaartorganisatie. Als de Ariane 5-raket in april 2023 vanaf de ruimtehaven in Frans-Guyana wordt gelanceerd, zal de ESA letterlijk 1,5 miljard euro afvuren.
De ruimtesonde is dan ook op alle denkbare manieren getest. Bijvoorbeeld in de grote ruimtesimulator van ESA, een 15 meter hoge vacuümkamer van 10 meter doorsnee die de omstandigheden kan nabootsen waarmee de JUICE onderweg te maken krijgt.
De JUICE-sonde wordt neergelaten in de grote ruimtesimulator van ESA, waar hij enkele weken onder vacuüm wordt onderworpen aan extreme hitte en kou.
De simulator heeft onder meer getest of de enorme zonnepanelen, in totaal 85m2 – de grootste ooit op een interplanetair ruimtevaartuig – naar behoren werken.
Bij de lancering worden tien panelen in de Ariane 5-raket gevouwen, en of ze uitklappen, is cruciaal voor de missie.
De zonnepanelen zorgen ervoor dat het ruimtevaartuig genoeg brandstof voor de missie heeft en de nodige energie voor het instrumentarium aan boord.
Het ruimtevaartuig moet bestand zijn tegen temperatuurschommelingen van 430 °C.
Zodra de 6,2 ton wegende sonde is gelanceerd en de panelen zijn uitgeklapt, zullen de operators van ESA ongetwijfeld opgelucht ademhalen. Maar er liggen nog heel wat uitdagingen in het verschiet.
Tijdens de eerste etappe zal de sonde meermaals dicht langs de aarde, de maan en Venus vliegen, waarna hij ten slotte koers zet richting Jupiter.
De sonde en zijn panelen zullen dus enorme temperatuurschommelingen moeten doorstaan – van 250 °C als hij dicht bij Venus is tot -180 °C op Jupiter – waar hij ook zal blootstaan aan enorme straling van de gasreus.
De reis naar Jupiter zit vol hoogtepunten
De JUICE-sonde begint aan een intensieve reis als hij in april 2023 wordt gelanceerd vanaf de ruimtehaven van ESA in Frans Guyana. Onderweg brengt hij bezoekjes aan Venus en de planetoïden, waarna hij doorgaat naar het manenstelsel van Jupiter.
April 2023: De sonde ontvouwt zich
Een Ariane 5-raket zal de JUICE in april 2023 lanceren. De sonde begint zijn lange reis met het uitklappen van zijn zonnepanelen, die in totaal 85 m2 groot zijn.
Augustus 2025: Een duwtje van Venus
Eerst vliegt de JUICE een paar keer langs de aarde om brandstof te besparen. De zwaartekracht van de aarde geeft de sonde een zetje, en nog eens als hij in augustus 2025 Venus rondt.
Oktober 2029: Bezoek aan planetoïden
Tijdens de reis zal de JUICE tweemaal de planetoïdengordel passeren en de kans krijgen de kleine objecten nauwkeurig te bestuderen. Zoals 223 Rosa met een diameter van 80 kilometer.
Juli 2031: Aankomst bij Jupiter
In juli 2031 komt de JUICE aan bij Jupiter en zijn 80 manen. De drie jaar daarop zal de sonde een keer of 30 de grote ijsmanen Ganymedes, Europa en Callisto bezoeken.
December 2034: In een baan om de maan
De JUICE zal in december 2034 als eerste ruimtevaartuig ooit een baan om een vreemde maan maken. Uiteindelijk zal hij op 500 kilometer boven het oppervlak om Ganymedes draaien.
Als alles goed gaat, zal de JUICE na ruim acht jaar reizen Jupiter en zijn manenstelsel bereiken. Van de 80 manen valt dit kwartet op: Io, Europa, Ganymedes en Callisto. Deze ‘Galileïsche manen’ zijn genoemd naar Galileo Galilei, die ze in 1610 met zijn telescoop ontdekte.
Drie manen zijn waterrijk
De maan Io staat het dichtst bij Jupiter en is het hemellichaam in het zonnestelsel met het meest intense vulkanisme – maar de andere drie zijn van belang voor de missie van de JUICE.
Die vertonen tekenen dat er heel veel vloeibaar water is – en mogelijk leven. Hoewel de manen bedekt zijn met ijs van zeker 100 kilometer dik, gaat er mogelijk een oceaankern onder schuil die volgens astronomen minstens tien keer zoveel water bevat als wij op aarde hebben.
Uit metingen van de sonde Galileo in de jaren 1990 blijkt dat de magnetische veldlijnen van Jupiter rond Europa zozeer zijn vervormd dat dit wijst op elektrisch geleidende vloeistof binnen in de maan. Daar kan zout water aan ten grondslag liggen, want dat kan elektriciteit geleiden.
Met de ruimtetelescoop Hubble zijn er sindsdien bewijzen gevonden van geisers die waterdamp 160 kilometer de ruimte in spuwen door scheuren in het ijs van Europa.
Uit scheuren in de ijskap van Europa schieten geisers tot 160 kilometer de ruimte in.
Rond Ganymedes zijn ook dergelijke verstoringen van Jupiters magneetveld gevonden, en ook hier heeft de Hubble het vermoeden van water bevestigd en watermoleculen in de ijle atmosfeer van de maan gevonden.
Verder lijkt Callisto het magnetisch veld van Jupiter te beïnvloeden, hoewel het bewijs voor oceanen onder het ijs hier minder zeker is.
De atmosferen van de manen zijn te ijl voor vloeibaar water aan het oppervlak, maar door de invloed van het gravitatieveld van Jupiter kan het dieper zitten.
Zoals de aarde en de maan aan elkaar trekken, ontstaan er dankzij de gasreus getijdenwerkingen op zijn manen en wordt het ijs in het binnenste tot boven het smeltpunt opgewarmd.
Waar water is, kan leven zijn
Astronomen zijn geïnteresseerd in water omdat we hier op aarde leven kunnen vinden waar het water niet bevroren is. Zelfs op de diepste zeebodem leveren hydrothermale bronnen de warmte, mineralen en zouten die nodig zijn om leven in stand te houden.
Misschien zijn de drie Jupitermanen, net als hun zustermaan Io, vulkanisch actief, maar alleen onderin de zee en niet aan het oppervlak. Zo kan een omgeving ontstaan met hydrothermale bronnen, zoals we die van de aarde kennen.
Jupitermanen zijn drijfnat
De aarde staat bekend als de blauwe planeet, waar water overheerst. Maar onze planeet is kurkdroog vergeleken met de Jupitermanen Europa, Ganymedes en Callisto. Kijk hier hoeveel vloeibaar water die bevatten.
Gelukkig krijgt de JUICE-sonde bij het verzamelen van gegevens meer dan één kans op elke maan. Gedurende zijn drie jaar rond Jupiter zal de sonde zo’n 30 keer de manen bezoeken. Hopelijk vindt hij met zijn magnetometer definitief bewijs dat er oceanen op de manen zijn.
De JUICE zet zijn spectrometers ook in om moleculen in de atmosfeer van de manen te vinden, die op Europa bijvoorbeeld afkomstig kunnen zijn van geisers.
Callisto zal 12 keer bezocht worden op hoogten tot 200 kilometer boven het oppervlak. De sonde zal ook onderzoeken waarom de maan zo’n ijle atmosfeer van CO2, zuurstof en waterstof heeft, die zich voortdurend lijkt te vernieuwen.
Radar kijkt door het ijs heen
Op Ganymedes kan de JUICE zelfs nog grondiger studies uitvoeren als hij zijn missie beëindigt door in een stabiele baan rond de maan te komen op een hoogte van 500 kilometer. Dit geeft voldoende tijd om gegevens te verzamelen over de bodem, de ondergrond en de ijle atmosfeer.
De JUICE zoekt damp, water en ijs
De sonde heeft allerlei wetenschappelijke instrumenten aan boord om het water op de Jupitermanen te bestuderen – of het nu bestaat als ijs op het oppervlak, vloeibaar water onder de grond of damp in de atmosfeer.
1. Camera legt geschiedenis van het ijs vast
De camera JANUS zal foto’s maken van de ijsmanen met een resolutie tot 3 meter per pixel. De beelden kunnen ons iets vertellen over de ouderdom van het ijs en de geologische krachten die het hebben gevormd.
2. Uv-licht analyseert damp
Het 5,2 kilo zware instrument UVS kan via metingen van ultraviolet licht moleculen vinden in de geisers die onder meer op Europa de lucht in schieten. Ook kunnen er sporen van leven in de zee onder het ijs worden gevonden.
3. Radar vindt waterzakken
De RIME-radar zendt radiosignalen uit op 9 megahertz met behulp van een 16 meter lange antenne. De radar kan de structuur van het ijs tot op 9 kilometer diepte meten en scheuren vol water in de onderkant van het ijs zichtbaar maken.
Met een diameter van 5260 kilometer is Ganymedes de grootste maan in het zonnestelsel – zelfs groter dan de planeet Mercurius. In zijn baan om de maan zal de JUICE als eerste door het ijs kijken.
Tot de 10 instrumenten van de sonde behoort de RIME-radar, die het ijs kan scannen tot op 9 kilometer diepte. Het ijs is over het algemeen veel dikker dan dat, maar de radar kan scheuren in de onderkant zichtbaar maken, waar het vloeibare water dichter bij het oppervlak is.
Deze radarmetingen kunnen dus definitief uitwijzen of Ganymedes geen keiharde ijsbol is.
Een belangrijk instrument van de JUICE is de RIME-radar, die het ijs op de manen zal scannen. Hier wordt een model van de antenne getest in een akoestisch laboratorium in Nederland.
De JUICE zal een jaar lang om de maan draaien, waarbij hij soms zijn hoogte aanpast via zijn raketmotor. Wanneer de brandstof eind 2035 op is, zal de sonde hoogte verliezen en uiteindelijk op het maanoppervlak neerstorten.
Hopelijk heeft de sonde dan genoeg gedetailleerde gegevens verschaft om de vele vragen over de verborgen oceanen van de ijsmanen te kunnen beantwoorden.
Zo niet, dan moeten de astronomen vertrouwen op een andere sonde, die in 2030 bij Jupiter en zijn manen aankomt.
De sonde Europa Clipper, die in 2024 naar Jupiter wordt gestuurd, zal vier jaar lang de maan Europa verkennen.
De sonde Europa Clipper van NASA, die in oktober 2024 wordt gelanceerd, zal een aantal keer langs Europa scheren om sporen van zouten, aminozuren, koolstof, zuurstof, zwavel en andere bouwstenen van leven te kunnen opsporen.
Die maken de grote manen van Jupiter tot zeer gewilde bestemmingen voor ruimtereizen in het komende decennium – met als jackpot het vinden van bewijs dat leven kan ontstaan op verre planeten in het zonnestelsel.