De Jupitermaan Europa is een van de weinige werelden in ons zonnestelsel waar mogelijk omstandigheden heersen die geschikt zijn voor leven. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat onder de water-ijskorst een zoute oceaan van vloeibaar water met een rotsachtige zeebodem ligt. Planeetwetenschappers hadden echter nog niet bevestigd of die oceaan de chemicaliën bevatte die nodig zijn voor leven, met name koolstof. Astronomen hebben met behulp van gegevens van NASA's James Webb Space Telescope koolstofdioxide geïdentificeerd in een specifieke regio op het ijzige oppervlak van Europa. Analyse wijst uit dat deze koolstof waarschijnlijk afkomstig is uit de ondergrondse oceaan en niet is aangevoerd door meteorieten of andere externe bronnen. Bovendien is het op een geologisch recente tijdschaal afgezet. Deze ontdekking heeft belangrijke gevolgen voor de mogelijke bewoonbaarheid van de oceaan van Europa.
"Op aarde houdt het leven van chemische diversiteit, hoe meer diversiteit, hoe beter. Wij zijn op koolstof gebaseerd leven. Inzicht in de chemie van Europa's oceaan zal ons helpen te bepalen of deze vijandig is voor het leven zoals wij dat kennen, of dat het een goede plek voor leven zou kunnen zijn," aldus Geronimo Villanueva van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, hoofdauteur van een van de twee onafhankelijke artikelen waarin de bevindingen worden beschreven. "We denken nu dat we observationeel bewijs hebben dat de koolstof die we op Europa's oppervlak zien, afkomstig is uit de oceaan. Dat is niet onbelangrijk. Koolstof is een biologisch essentieel element," voegde Samantha Trumbo van de Cornell University in Ithaca, New York toe, hoofdauteur van het tweede artikel waarin deze gegevens worden geanalyseerd. NASA is van plan om in oktober 2024 zijn Europa Clipper-ruimtevaartuig te lanceren, dat tientallen keren van dichtbij naar Europa zal vliegen om verder te onderzoeken of er omstandigheden zijn die geschikt zijn voor leven.
Verbinding tussen oppervlak en oceaan
Webb ontdekte dat er op het oppervlak van Europa de meeste kooldioxide voorkomt in een gebied dat Tara Regio heet, een geologisch jong gebied van over het algemeen weer opgedoken terrein dat bekend staat als "chaoterrein". Het ijs aan de oppervlakte is verstoord en er heeft waarschijnlijk een uitwisseling van materiaal plaatsgevonden tussen de ondergrondse oceaan en het ijzige oppervlak.
"Eerdere waarnemingen van de Hubble-ruimtetelescoop laten zien dat er in de Tara-regio zout uit de oceaan te vinden is," legt Trumbo uit. "Nu zien we dat kooldioxide daar ook sterk geconcentreerd is. We denken dat dit impliceert dat de koolstof waarschijnlijk zijn uiteindelijke oorsprong heeft in de interne oceaan." "Wetenschappers discussiëren over de mate waarin Europa's oceaan in verbinding staat met het oppervlak. Ik denk dat die vraag een grote drijfveer is geweest voor Europa-exploratie," zegt Villanueva. "Dit suggereert dat we misschien wat basisdingen kunnen leren over de samenstelling van de oceaan, zelfs voordat we door het ijs boren om het volledige beeld te krijgen."
Beide teams identificeerden de koolstofdioxide met behulp van gegevens van de integrale veldunit van Webb's Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec). Deze instrumentmodus levert spectra met een resolutie van 320 x 320 kilometer op het oppervlak van Europa, dat een diameter van 944 kilometer heeft, waardoor astronomen kunnen bepalen waar specifieke chemicaliën zich bevinden. Kooldioxide is niet stabiel op het oppervlak van Europa. Daarom zeggen de wetenschappers dat het waarschijnlijk is dat het op een geologisch recente tijdschaal is aangevoerd - een conclusie die wordt versterkt door de concentratie in een gebied met jong terrein. "Deze waarnemingen namen slechts een paar minuten van de tijd van het observatorium in beslag", zegt Heidi Hammel van de Association of Universities for Research in Astronomy, een interdisciplinaire wetenschapper die de leiding heeft over Webb's Cycle 1 Guaranteed Time Observations van het zonnestelsel. "Zelfs met deze korte periode waren we in staat om echt grootse wetenschap te doen. Dit werk geeft een eerste indruk van alle verbazingwekkende zonnestelselwetenschap die we met Webb kunnen doen."
Deze grafiek toont een kaart van het oppervlak van Europa met NIRCam (Near Infrared Camera) op NASA's James Webb Space Telescope
in het eerste paneel en samenstellingskaarten afgeleid van Webb's NIRSpec/IFU (Near Infrared Spectrograph's Integral Field Unit)
gegevens in de volgende drie panelen. In de samenstellingskaarten komen de witte pixels overeen met kooldioxide
in het grootschalige gebied van verstoord chaoterrein dat bekend staat als Tara Regio (midden en rechts),
met aanvullende concentraties in delen van het chaoterrein Powys Regio (links). Foto: NASA
Op zoek naar een pluim
Villanueva's team zocht ook naar bewijs voor een waterdamppluim die vanaf het oppervlak van Europa uitbarst. Onderzoekers die NASA's Hubble-ruimtetelescoop gebruikten, meldden in 2013, 2016 en 2017 voorzichtige waarnemingen van waterdamppluimen. Het was echter moeilijk om definitief bewijs te vinden. De nieuwe Webb-gegevens laten geen bewijs zien van pluimactiviteit, waardoor het team van Villanueva een strikte bovengrens kon stellen aan de snelheid van het materiaal dat mogelijk wordt uitgestoten. Het team benadrukte echter dat het niet detecteren een pluim niet uitsluit. "Er is altijd een mogelijkheid dat deze pluimen variabel zijn en dat je ze alleen op bepaalde momenten kunt zien. Het enige wat we met 100% zekerheid kunnen zeggen is dat we geen pluim op Europa hebben waargenomen toen we deze waarnemingen met Webb deden," zei Hammel.
Deze bevindingen kunnen de Europa Clipper-missie van NASA en de aankomende Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) van ESA (European Space Agency) van informatie voorzien.
De James Webb Space Telescope is 's werelds belangrijkste observatorium voor ruimtewetenschap. Webb lost mysteries op in ons zonnestelsel, kijkt verder naar verre werelden rond andere sterren en onderzoekt de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. Webb is een internationaal programma dat wordt geleid door NASA met zijn partners ESA (European Space Agency) en het Canadese ruimteagentschap.
