Europa. Afbeelding tegoed: NASA Klik om te vergroten
De ontdekking dat Jupiters maan Europa hoogstwaarschijnlijk een koude, zoute oceaan onder zijn bevroren ijzige korst heeft, heeft Europa op de korte lijst van objecten in ons zonnestelsel gezet die astrobiologen graag verder zouden bestuderen. Tijdens de Earth System Processes II-conferentie in Calgary, Canada, gaf Ron Greeley, planetair geoloog en professor in de geologie aan de Arizona State University in Phoenix, Arizona een samenvatting van wat bekend is over Jupiter en zijn manen, en wat er nog te ontdekken valt .
Er zijn zes ruimtevaartuigen geweest die het Jupiter-systeem hebben verkend. De eerste twee waren Pioneer-ruimtevaartuigen in de jaren zeventig die met het Jupiter-systeem vlogen en enkele korte observaties maakten. Deze werden gevolgd door het ruimtevaartuig Voyager I en II, dat ons onze eerste gedetailleerde beelden van de Galilese satellieten gaf. Maar de meeste informatie die we hebben is afkomstig van de Galileo-missie. Meer recentelijk was er een flyby van het Cassini-ruimtevaartuig, dat door Jupiter ging en waarnemingen deed op weg naar Saturnus, waar het momenteel in bedrijf is. Maar bijna alles wat we weten over de geologie van het Jupiter-systeem, en met name de Galilese satellieten (Io, Europa, Ganymedes en Callisto), kwam van de Galileo-missie. Galileo heeft ons een ongelooflijke schat aan informatie gegeven die we nog steeds aan het analyseren zijn.
Er zijn vier Galilese satellieten. Io, het binnenste, is vulkanisch het meest actieve object in het zonnestelsel. Het haalt zijn interne energie uit getijdestress in het interieur, terwijl het wordt voortgeduwd tussen Europa en Jupiter. Het explosieve vulkanisme dat we daar zien is erg indrukwekkend. Er zijn pluimen die zo'n 200 kilometer (124 mijl) boven het oppervlak worden uitgeworpen. We zien ook uitbundig vulkanisme in de vorm van lavastromen die op het oppervlak losbarsten. Dit zijn zeer vloeiende stromen met zeer hoge temperatuur. Op Io zien we deze stromen zich honderden kilometers over het oppervlak uitstrekken.
Alle Galilese satellieten bevinden zich in elliptische banen, wat betekent dat ze soms dichter bij Jupiter zijn, andere keren dat ze verder weg zijn, en ze worden voortgeduwd door hun buren. Dat genereert interne wrijving tot voldoende niveaus, in het geval van Io, om het interieur te smelten en de vulkanen te "drijven". Dezelfde processen vinden plaats op Europa. En er is een mogelijkheid dat silicaatvulkanisme plaatsvindt onder de ijzige korst op Europa.
Ganymedes is de grootste satelliet in het zonnestelsel. Het heeft een buitenste ijzige schaal. We denken dat het een sub-ijs oceaan van vloeibaar water heeft over een silicaatkern en misschien een kleine interne metalen kern. Ganymedes is sinds de oprichting onderworpen aan geologische processen. Het heeft een complexe geschiedenis, gedomineerd door tektonische processen. We zien een combinatie van zeer oude kenmerken en zeer jonge kenmerken. We kunnen complexe feitelijke patronen op het oppervlak zien die oudere breukpatronen doorsnijden. Het oppervlak is opgedeeld in blokken die zijn verschoven op het overheersende, schijnbaar vloeibare interieur. We zien ook de impactgeschiedenis uit de periode van het vroege bombardement. Het ontrafelen van de tektonische geschiedenis van Ganymedes is een werk in uitvoering.
Callisto is de buitenste van de Galilese satellieten. Het is ook onderworpen aan inslagbombardementen, wat de vroege aanwasgeschiedenis van het zonnestelsel in het algemeen en het Jupiter-systeem in het bijzonder weerspiegelt. Het oppervlak wordt gedomineerd door kraters in alle soorten en maten. Maar we waren verrast door het schijnbare gebrek aan zeer kleine inslagkraters. We zien heel kleine inslagkraters op zijn buurman, Ganymedes; we zien ze niet op Callisto. We denken dat er een proces is dat de kleine kraters wist, maar alleen in geselecteerde gebieden op de maan. Dit mysterie is niet opgelost: wat is het proces dat de kleine kraters in sommige gebieden verwijdert of dat ze daar om de een of andere reden om de een of andere reden niet zijn gevormd? Nogmaals, dit is een onderwerp van lopend onderzoek.
Waar ik het vooral over wil hebben, is Europa. Europa is ongeveer zo groot als de maan van de aarde. Het is in de eerste plaats een silicaatobject, maar het heeft een buitenste schil van H2O, waarvan het oppervlak bevroren is. Het totale watervolume dat het silicaatinterieur bedekt, overtreft al het water op aarde. Het oppervlak van dat water is bevroren. De vraag is: wat zit er onder die bevroren schaal? Is er helemaal ijs tot aan de bodem of is er een vloeibare oceaan? We denken dat er vloeibaar water onder de ijzige korst zit, maar dat weten we niet echt zeker. Onze ideeën zijn gebaseerd op modellen en zoals alle modellen moeten ze verder worden bestudeerd.
De reden dat we denken dat er op Europa een vloeibare oceaan is, komt door het gedrag van het geïnduceerde magnetische veld rond Europa dat werd gemeten door de magnetometer op Galileo. Jupiter heeft een enorm magnetisch veld. Het wekt op zijn beurt een magnetisch veld op, niet alleen op Europa, maar ook op Ganymedes en Callisto. De manier waarop het opgewekte magnetische veld zich gedraagt, komt overeen met de aanwezigheid van een ondergrondse zoute vloeibare oceaan, niet alleen op Europa, maar ook op Ganymedes en Callisto.
We weten wel dat het oppervlak waterijs is. We weten dat er niet-ijscomponenten aanwezig zijn, waaronder verschillende zouten. En we weten dat het oppervlak geologisch is bewerkt: het is gebroken, genezen, herhaaldelijk gebroken. We zien ook relatief weinig inslagkraters aan de oppervlakte. Dat geeft aan dat het oppervlak geologisch jong is. Europa zou vandaag zelfs geologisch actief kunnen zijn. Vooral afbeeldingen van één regio laten een oppervlak zien dat ernstig is opgebroken. De ijzige platen zijn uit elkaar gehaald en verschoven naar nieuwe posities. Materiaal is tussen de scheuren doorgesijpeld en vervolgens blijkbaar bevroren, en we denken dat dit een van de plaatsen zou kunnen zijn waar opwellend materiaal was, misschien aangedreven door de getijdenverwarming waar ik het eerder over had.
We zijn geneigd de omvang van de dingen in de planetaire wetenschappen te vergeten. Maar deze ijzige blokken zijn enorm. Als we nadenken over toekomstige verkenning, willen we graag aan de oppervlakte komen en bepaalde belangrijke metingen doen. We moeten dus nadenken over ruimtevaartuigsystemen die op dit soort terrein kunnen landen. Omdat het mogelijk is dat deze plaatsen materiaal hebben dat afkomstig is van onder het ijs, hebben ze de hoogste prioriteit voor verkenning. En toch, zoals vaak het geval is bij planetaire verkenning, zijn de meest interessante plaatsen het moeilijkst te bereiken.
Dus wat willen we weten? Het eerste en meest fundamentele is het 'oceaanbegrip'. Is er al dan niet vloeibaar water? Is de ijsschaal dik of dun? Als er een oceaan is, hoe dik is die ijzige korst dan? Dit is erg belangrijk om te weten wanneer we nadenken over het verkennen van een mogelijke vloeibare oceaan op Europa: als we de oceaan in willen, hoe diep moeten we dan door het ijs gaan? Wat is de leeftijd van het oppervlak? We zeggen 'jong', maar dat is slechts een relatieve term. Zijn het duizenden, honderdduizenden, miljoenen of zelfs miljarden jaren oud? De modellen zorgen voor een behoorlijke spreiding in leeftijden, gebaseerd op de inslagkraterfrequentie. Welke omgevingen zijn er tegenwoordig die gunstig zijn voor de astrobiologie? En wat waren de omgevingen in het verleden? Waren ze hetzelfde of zijn ze in de loop van de tijd veranderd? Voor de beantwoording van deze vragen zijn nieuwe gegevens nodig.
Een ander ding dat onze interesse in het verkennen van de Galilese satellieten stimuleert, is proberen hun geologische geschiedenis te begrijpen. Tot op zekere hoogte kan de diversiteit die we zien, van Io tot Europa tot Ganymede en Callisto, worden gekoppeld aan de hoeveelheid getijdenenergie die het systeem aandrijft. Maximale getijdenenergie drijft het vulkanisme aan dat zo dominant is op Io. Aan de andere kant resulteert heel weinig getijdenenergie op Callisto in het behoud van het inslagkratingsrecord. Europa en Ganymede zitten tussen deze twee extreme gevallen in.
De totale oppervlakte van de drie ijzige manen van Jupiter (Europa, Ganymedes en Callisto) is groter dan de oppervlakte van Mars en is in feite ongeveer gelijk aan het hele landoppervlak van de aarde. Dus als we de verkenning van de ijzige Galilese satellieten bespreken, is er veel terrein te bedekken.
Wat betreft toekomstige verkenning, laat me een beetje geschiedenis delen. Drie jaar geleden heeft NASA het Prometheus-project opgericht. Het Prometheus-project betreft de ontwikkeling van kernenergie en nucleaire voortstuwing, iets wat al geruime tijd niet serieus werd genomen. De eerste missie in het Prometheus-project was de Jupiter Icy Moons Orbiter of JIMO. Het doel was om de drie ijzige manen te verkennen binnen de context van het Jupiter-systeem. Het was een heel ambitieus project. Nou, eerder dit jaar werd JIMO geannuleerd. Maar het ziet er naar uit dat er komend jaar goedkeuring komt voor een geofysische orbiter voor Europa. De eerste stappen om dat ruimtevaartuig op gang te krijgen, worden nu overwogen. Europa heeft een zeer hoge prioriteit voor verkenning, en als erkenning voor die prioriteit zal deze missie waarschijnlijk plaatsvinden.
Waarom zijn we zo geïnteresseerd in Europa? Als we het hebben over astrobiologie, beschouwen we de drie ingrediënten voor het leven: water, de juiste chemie en energie. Hun aanwezigheid betekent niet dat de magische vonk van het leven ooit is gebeurd, maar dat zijn de dingen waarvan we denken dat ze nodig zijn voor het leven. En dus, zoals ik al zei, zijn alle drie de ijskoude manen van Jupiter potentiële doelwitten. Maar Europa heeft de hoogste prioriteit, omdat het de maximale interne energie lijkt te hebben.
Dus natuurlijk willen we eerst weten: is er een oceaan, ja of nee?
Wat is dan de driedimensionale configuratie van de ijzige korst? We weten dat organismen kunnen leven in breuken en scheuren in het poolijs. Dergelijke scheuren zullen waarschijnlijk ook op Europa aanwezig zijn en zouden niches kunnen zijn die van groot belang zijn voor de astrobiologie.
Vervolgens willen we de organische en anorganische oppervlaktesamenstellingen in kaart brengen. We zien in de gegevens die tegenwoordig bestaan dat het oppervlak heterogeen is. Het is niet alleen puur ijs aan de oppervlakte. Sommige gebieden lijken rijker te zijn aan niet-ijscomponenten dan andere plaatsen. Dat materiaal willen we in kaart brengen.
We willen ook interessante oppervlaktekenmerken in kaart brengen en de plaatsen identificeren die het belangrijkst zijn voor toekomstige verkenning, inclusief landers.
Dan willen we Europa begrijpen in de context van de Jupiter-omgeving. Hoe beïnvloedt bijvoorbeeld de door Jupiter opgelegde stralingsomgeving de oppervlaktechemie in Europa?
Uiteindelijk willen we naar de oppervlakte komen, omdat er een aantal dingen zijn die we alleen vanaf de oppervlakte kunnen doen. We hebben een grote schat aan gegevens van de Galileo-missie en hopen nog meer te hebben van de potentiële Europa-missie, maar het zijn teledetectiegegevens. Vervolgens willen we een lander aan de oppervlakte krijgen die een aantal kritische grondwaarheidsmetingen kan doen, om de teledetectiegegevens in hun context te plaatsen. En dus vinden we binnen de wetenschappelijke gemeenschap dat de volgende missie naar Europa en het Jupiter-systeem een soort landingspakket zou moeten hebben. Maar of dit nu echt gebeurt of niet, blijf op de hoogte!
Oorspronkelijke bron: NASA Astrobiology
