Sinds de Galileo sonde leverde overtuigend bewijs voor het bestaan van een mondiale oceaan onder het oppervlak van Europa in de jaren negentig, wetenschappers hebben zich afgevraagd wanneer we in staat zouden kunnen zijn om een nieuwe missie naar deze ijzige maan te sturen en te zoeken naar mogelijke tekenen van leven. De meeste van deze missieconcepten vragen om een orbiter of lander dan het oppervlak van Europa zal bestuderen, waarbij ze op de ijskoude plaat zoeken naar tekenen van biosignaturen die vanuit het interieur naar boven komen.
Helaas wordt het oppervlak van Europa constant gebombardeerd door straling, die het naar het oppervlak getransporteerde materiaal zou kunnen veranderen of vernietigen. Gebruikmakend van gegevens van de Galileo en Voyager 1 ruimtevaartuig, een team van wetenschappers heeft onlangs een kaart gemaakt die laat zien hoe straling varieert over het oppervlak van Europa. Door deze kaart te volgen, toekomstige missies zoals NASA's Europa Clipper zal de plekken kunnen vinden waar biosignaturen waarschijnlijk nog zullen bestaan.
Zoals veel missies hebben onthuld door het oppervlak van Europa te bestuderen, ervaart de maan periodieke uitwisselingen tussen het interieur en het oppervlak. Als er leven in de binnenzee is, kan biologisch materiaal theoretisch naar de oppervlakte worden gebracht waar het kan worden bestudeerd. Omdat straling van het magnetische veld van Jupiter dit materiaal zou vernietigen, weten we waar het het meest intens is, hoe diep het gaat en hoe het het interieur zou kunnen beïnvloeden, allemaal belangrijke vragen.
Zoals Tom Nordheim, onderzoekswetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory, uitlegde in een recent NASA-persbericht:
"Als we willen begrijpen wat er aan de oppervlakte van Europa gebeurt en hoe dat verband houdt met de oceaan eronder, moeten we de straling begrijpen. Waar kijken we naar als we materialen onderzoeken die uit de ondergrond zijn gekomen? Vertelt dit ons wat er in de oceaan is, of is dit wat er met de materialen is gebeurd nadat ze zijn uitgestraald? '
Om deze vraag te beantwoorden, hebben Nordheim en zijn collega's gegevens van onderzocht Galileo'Flybys van Europa en elektronenmetingen van NASA's Voyager 1 ruimtevaartuig. Na goed te hebben gekeken naar de elektronen die het maanoppervlak ontploffen, ontdekten Nordheim en zijn team dat de stralingsdoses per locatie verschillen. De hardste straling is geconcentreerd in zones rond de evenaar en de straling vermindert dichter bij de polen.
De studie die hun bevindingen beschrijft, verscheen onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur onder de titel "Behoud van potentiële biosignaturen in de ondiepe ondergrond van Europa". De studie werd geleid door Nordheim en was co-auteur van Kevin Hand (ook met de JPL) en Chris Paranicas van het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland.
"Dit is de eerste voorspelling van stralingsniveaus op elk punt op Europa's oppervlak en is belangrijke informatie voor toekomstige Europa-missies", zei Paranicas. Nu wetenschappers weten waar ze regio's kunnen vinden die het minst zijn veranderd door straling, zullen ze studiegebieden kunnen aanwijzen voor de Europa Clipper, een door JPL geleide missie die naar verwachting al in 2022 van start gaat.
Omwille van hun studie gingen Nordheim en zijn team verder dan een conventionele tweedimensionale kaart om 3D-modellen te bouwen die onderzochten hoe ver onder het oppervlak de straling doordringt. Om te testen hoe diep organisch materiaal begraven zou moeten worden om te overleven, testten Nordheim en zijn team het effect van straling op aminozuren (de basisbouwstenen voor eiwitten) om erachter te komen hoe de blootstelling van Europa aan straling potentiële biosignaturen zou beïnvloeden.
De resultaten geven aan hoe diep wetenschappers moeten graven of boren tijdens een mogelijke toekomstige Europa-landermissie om biosignaturen te vinden die mogelijk behouden blijven. In de zones met de hoogste straling rond de evenaar varieerde de diepte waarop biosignaturen konden worden gevonden van 10 tot 20 cm (4 tot 8 inch). Op de middelste en hoge breedtegraden, dichter bij de polen, neemt de diepte af tot ongeveer 1 cm (0,4 inch). Zoals Hand aangegeven:
'De straling die het oppervlak van Europa bombardeert, laat een vingerafdruk achter. Als we weten hoe die vingerafdruk eruit ziet, kunnen we de aard van alle organische stoffen en mogelijke biosignaturen die bij toekomstige missies kunnen worden gedetecteerd, beter begrijpen, of het nu ruimtevaartuigen zijn die voorbijvliegen of landen op Europa. "
Wanneer de Europa Clipper missie het Joviaanse systeem bereikt, zal het ruimtevaartuig om Jupiter draaien en ongeveer 45 close flybys van Europa uitvoeren. Het geavanceerde pakket wetenschappelijke instrumenten omvat camera's, spectrometers, plasma- en radarinstrumenten die de samenstelling van het maanoppervlak, de oceaan en materiaal dat uit het oppervlak is uitgestoten, zullen onderzoeken.
"Het missie-team van Europa Clipper onderzoekt mogelijke baanpaden en voorgestelde routes passeren vele regio's van Europa die lagere stralingsniveaus ervaren", aldus Hand. "Dat is goed nieuws voor het kijken naar potentieel vers oceaanmateriaal dat niet sterk is veranderd door de vingerafdruk van straling."
Met deze nieuwe stralingskaart kan het missieteam het aantal mogelijke onderzoekslocaties verkleinen. Dit zal op zijn beurt de kans vergroten dat de orbiter-missie het decennia-oude mysterie van het al dan niet leven in het joviaanse systeem kan oplossen.
