Introduction
Decennia geleden werd in sciencefiction een hypothetisch scenario geschetst: Wat als buitenaards leven zou gedijen in een oceaan onder het ijzige oppervlak van Jupiters maan Europa? Het idee haalde Europa uit de vergetelheid en in de schijnwerpers waar het gebleven is, het prikkelde de verbeelding van mensen zowel binnen als buiten de wetenschappelijke gemeenschap die fantaseren over mensen die leven ontdekken buiten de Aarde. Die fantasie kan echter wel eens op de realiteit gebaseerd zijn.
Van telescopen op de grond wisten wetenschappers dat Europa’s oppervlak voor het grootste deel uit waterijs bestaat, en wetenschappers hebben sterke aanwijzingen gevonden dat zich onder de ijskorst een oceaan van vloeibaar water of smeltend ijs bevindt. In 1979 passeerden de twee Voyager-ruimtevaartuigen het Joviaanse stelsel, en zij gaven de eerste aanwijzingen dat Europa vloeibaar water zou kunnen bevatten. Daarna hebben grondtelescopen op aarde, samen met het Galileo-ruimtevaartuig en ruimtetelescopen, het vertrouwen van wetenschappers in een oceaan van Europa doen toenemen.
Wetenschappers denken dat Europa’s ijskorst 15 tot 25 kilometer dik is, drijvend op een oceaan van 60 tot 150 kilometer diep. Hoewel Europa dus slechts een vierde van de diameter van de aarde heeft, bevat zijn oceaan misschien wel twee keer zoveel water als alle oceanen van de aarde samen. Europa’s uitgestrekte en onpeilbaar diepe oceaan wordt algemeen beschouwd als de meest veelbelovende plaats om op zoek te gaan naar leven buiten de Aarde. Een passerend ruimtevaartuig kan misschien zelfs monsters nemen van Europa’s oceaan zonder op het maanoppervlak te landen, omdat het mogelijk is dat Europa’s oceaan in de ruimte lekt.
Toen het Galileo-ruimtevaartuig in de jaren negentig in het Jupiter-systeem was, werden geen pluimen waargenomen, maar recentere waarnemingen van telescopen zoals de Hubble-ruimtetelescoop, evenals een heranalyse van sommige gegevens van het Galileo-ruimtevaartuig, hebben gesuggereerd dat het mogelijk is dat dunne waterpluimen 100 mijl (160 kilometer) boven Europa’s oppervlak worden uitgeworpen. In november 2019 kondigde een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de NASA aan dat ze voor het eerst rechtstreeks waterdamp hadden gedetecteerd boven Europa’s oppervlak. Het team heeft de damp gemeten met behulp van een spectrograaf op het Keck Observatory in Hawaï die de chemische samenstelling van planetaire atmosferen meet via het infrarode licht dat ze uitzenden of absorberen.
Als de pluimen echt bestaan, en als hun bron verband houdt met Europa’s oceaan, dan zou een ruimteschip door de pluim kunnen reizen om deze te bemonsteren en te analyseren vanuit een baan om de aarde, en het zou in wezen de oceaan van de maan analyseren (het Cassini-ruimtevaartuig heeft deze prestatie verricht bij Saturnus’ maan Enceladus, waarvan bekend is dat deze een oceaan heeft die de ruimte in spuit). Zelfs als Europa geen gratis monsters de ruimte in spuit, concludeerde een onderzoek uit 2018 dat monsters van Europa’s oceaan bevroren kunnen raken in de basis van de ijsschelp van de maan, waar het ijs contact maakt met de oceaan. Als de ijsschelp vervormt en buigt door getijdenkrachten, zou warmer en minder dicht ijs opstijgen, waardoor de oceaanmonsters naar het oppervlak worden gedragen, waar een ruimtevaartuig ze op afstand zou kunnen analyseren, onder andere met infrarood- en ultravioletinstrumenten. Wetenschappers zouden dan de samenstelling van het materiaal kunnen bestuderen om te bepalen of Europa’s oceaan gastvrij zou kunnen zijn voor een vorm van leven.
Mogelijkheden voor leven
Mogelijkheden voor leven
Het leven zoals wij dat kennen lijkt drie belangrijke vereisten te hebben: vloeibaar water, de juiste chemische elementen, en een energiebron.
Astrobiologen – wetenschappers die de oorsprong, evolutie en toekomst van het leven in het heelal bestuderen – geloven dat Europa overvloedig water en de juiste chemische elementen heeft, maar een energiebron op Europa is moeilijk te bevestigen. Op aarde zijn levensvormen gevonden die gedijen in de buurt van onderaardse vulkanen, diepzeebronnen en andere extreme omgevingen. Deze “extremofiele” levensvormen geven wetenschappers aanwijzingen over hoe leven onder Europa’s ijskorst zou kunnen overleven.
Als we uiteindelijk een vorm van leven op Europa (of Mars of Enceladus) vinden, kan het op microben lijken, of misschien op iets complexers. Als kan worden aangetoond dat het leven zich onafhankelijk van elkaar heeft gevormd op twee plaatsen rond dezelfde ster, dan zou het redelijk zijn te vermoeden dat het leven in het heelal vrij gemakkelijk ontstaat zodra de noodzakelijke ingrediënten aanwezig zijn, en dat het leven overal in ons melkwegstelsel en in het heelal zou kunnen worden aangetroffen. Als er leven op Europa zou worden gevonden, hoe zou dat uw kijk op de kosmos en onze plaats daarin kunnen veranderen?
Grootte en afstand
Grootte en afstand
Met een equatoriale diameter van 3.100 km is Europa ongeveer 90 procent zo groot als de maan van de aarde. Dus als we onze maan door Europa zouden vervangen, zou ze aan de hemel ongeveer even groot zijn als onze maan, maar helderder – veel, veel helderder. Europa’s oppervlak bestaat uit waterijs en weerkaatst dus 5,5 keer zoveel zonlicht als onze Maan doet.
Europa draait rond Jupiter op een afstand van ongeveer 671.000 kilometer van de planeet, die zelf rond de Zon draait op een afstand van ruwweg 500 miljoen kilometer, oftewel 5,2 astronomische eenheden (AE). Eén AE is de afstand van de aarde tot de zon. Licht van de zon doet er ongeveer 45 minuten over om Europa te bereiken. Vanwege de afstand is het zonlicht bij Jupiter en Europa ongeveer 25 keer zwakker dan op Aarde.
Baan en Rotatie
Baan en Rotatie
Europa draait elke 3,5 dag om Jupiter en is door de zwaartekracht aan Jupiter gekluisterd, zodat hetzelfde halfrond van de maan altijd naar de planeet is gericht. Jupiter doet er ongeveer 4.333 Aardse dagen (of ongeveer 12 Aardse jaren) over om rond de Zon te draaien (een Joviaans jaar). De evenaar van Jupiter (en het baanvlak van zijn manen) zijn slechts 3 graden gekanteld ten opzichte van Jupiters baan rond de Zon (de Aarde is 23,5 graden gekanteld). Dit betekent dat Jupiter bijna rechtop draait, zodat de planeet, evenals Europa en Jupiters andere tientallen manen, niet zulke extreme seizoenen hebben als andere planeten.
Jupiters manen Io, Europa en Ganymedes bevinden zich in wat een resonantie wordt genoemd – elke keer draait Ganymedes eenmaal rond Jupiter, Europa tweemaal, en Io viermaal rond Jupiter. Na verloop van tijd hebben de banen van de meeste grote satellieten of planeten de neiging cirkelvormig te worden, maar in het geval van deze drie satellieten veroorzaakt de resonantie een geforceerde excentriciteit, omdat de satellieten steeds op dezelfde punten in hun banen samenkomen en elkaar een kleine gravitationele ruk geven die voorkomt dat hun banen cirkelvormig worden.
Omdat Europa’s baan elliptisch is (enigszins uitgerekt van cirkelvormig), varieert zijn afstand tot Jupiter, en de naaste zijde van de maan voelt Jupiters zwaartekracht sterker dan de verre zijde. De grootte van dit verschil verandert als Europa rond zijn baan draait, waardoor getijden ontstaan die het oppervlak van de maan uitrekken en ontspannen.
Door de buigingen van de getijden ontstaan waarschijnlijk breuken in het maanoppervlak. Als Europa’s oceaan bestaat, zou de opwarming van de getijden ook kunnen leiden tot vulkanische of hydrothermale activiteit op de zeebodem, waardoor voedingsstoffen worden aangevoerd die de oceaan geschikt zouden kunnen maken voor levende wezens.
Structuur
Structuur
Net als onze planeet zou Europa een ijzeren kern, een rotsachtige mantel en een oceaan van zout water hebben. In tegenstelling tot de aarde ligt Europa’s oceaan echter onder een ijskap die waarschijnlijk 15 tot 25 kilometer dik is en een geschatte diepte heeft van 60 tot 150 kilometer. Hoewel er sterke aanwijzingen zijn voor een interne oceaan, moet de aanwezigheid ervan door een toekomstige missie worden bevestigd.
Vorming
Vorming
Jupiters grote Galileïsche satellieten (Io, Europa, Ganymedes, en Callisto) zijn waarschijnlijk gevormd uit restmateriaal nadat Jupiter was gecondenseerd uit de aanvankelijke wolk van gas en stof rond de zon, vroeg in de geschiedenis van het zonnestelsel. Deze vier manen zijn waarschijnlijk ongeveer even oud als de rest van het zonnestelsel – ongeveer 4,5 miljard jaar oud.
In feite worden de Galileïsche satellieten soms een “mini-zonnestelsel” genoemd, omdat zij gevormd zijn uit de overblijfselen van Jupiter, vergelijkbaar met hoe de Aarde en andere planeten gevormd zijn uit gas en stof dat overbleef bij de vorming van onze Zon. De overeenkomsten houden daar niet op. Elke planeet in het binnenste zonnestelsel heeft minder dichtheid dan zijn binnenste buur – Mars heeft minder dichtheid dan de Aarde, die minder dichtheid heeft dan Venus, die minder dichtheid heeft dan Mercurius. De Galileï-manen volgen hetzelfde principe: hoe verder ze van Jupiter staan, hoe minder dicht ze zijn. De verminderde dichtheid op grotere afstanden is waarschijnlijk te wijten aan de temperatuur: dicht bij Jupiter of de Zon condenseert dichtere, rotsachtige en metalen materie het eerst, terwijl lichtere, ijzige materie pas condenseert op grotere afstanden waar het kouder is.
De afstand tot Jupiter bepaalt ook hoeveel getijde-verwarming de Galileï-satellieten ondervinden – Io, dat het dichtst bij Jupiter staat, wordt zo sterk verwarmd dat het het meest vulkanisch actieve lichaam in het zonnestelsel is, en het heeft waarschijnlijk lang geleden al het water verdreven dat het had toen het ontstond. Europa heeft een laag van ijs en water bovenop een rotsachtige en metalen binnenkant, terwijl Ganymedes en Callisto in feite een hoger percentage waterijs hebben en dus een lagere dichtheid.
Oppervlak
Oppervlak
Europa’s water-ijs oppervlak wordt doorkruist door lange, lineaire breuken. Gebaseerd op het kleine aantal waarneembare kraters, lijkt het oppervlak van deze maan niet meer dan 40 tot 90 miljoen jaar oud te zijn, wat in geologische termen jong is (het oppervlak van Callisto, een andere maan van Jupiter, wordt geschat op een paar miljard jaar oud). Langs Europa’s vele breuken, en in spikkelende patronen over zijn oppervlak, bevindt zich een rood-bruin materiaal waarvan de samenstelling niet met zekerheid bekend is, maar dat waarschijnlijk zouten en zwavelverbindingen bevat die met het waterijs zijn vermengd en door straling zijn veranderd. Deze samenstelling van het oppervlak kan aanwijzingen bevatten voor het potentieel van de maan als een bewoonbare wereld.
NASA’s Galileo ruimtevaartuig onderzocht het Jupiter-systeem van 1995 tot 2003 en maakte talrijke flybys van Europa. Galileo onthulde vreemde kuilen en koepels die suggereren dat Europa’s ijslaag langzaam zou kunnen kolken, of convecteren (koeler, dichter ijs zinkt, terwijl warmer, minder dicht ijs opstijgt) als gevolg van warmte van onderaf. Lange, lineaire breuken zijn vaak maar 1 à 2 kilometer breed, maar kunnen zich over een lengte van duizenden kilometers over Europa’s oppervlak uitstrekken. Sommige van deze breuken hebben zich ontwikkeld tot bergkammen van honderden meters hoog, terwijl andere uit elkaar lijken te zijn getrokken tot brede banden van meerdere parallelle breuken. Galileo vond ook gebieden die “chaotisch terrein” worden genoemd, waar gebroken, blokvormige landschappen bedekt zijn met mysterieus roodachtig materiaal. In 2011 stelden wetenschappers die de Galileo-gegevens bestudeerden voor dat chaosgebieden plaatsen zouden kunnen zijn waar het oppervlak is ingestort boven lensvormige meren die in het ijs zijn ingebed.
Atmosfeer
Atmosfeer
Europa heeft slechts een ijle zuurstofatmosfeer, maar in 2013 kondigde de NASA aan dat onderzoekers met de Hubble-ruimtetelescoop aanwijzingen hebben gevonden dat Europa actief water de ruimte in spuit. Dit zou betekenen dat de maan geologisch actief is in de huidige tijd. Als dit door vervolgwaarnemingen wordt bevestigd, zouden de waterpluimen door toekomstige ruimtevaartuigen kunnen worden bestudeerd, vergelijkbaar met de manier waarop de Cassini de pluim van Saturnus’ maan Enceladus heeft bemonsterd.
Magnetosfeer
Magnetosfeer
Een van de belangrijkste metingen van de Galileo-missie toonde aan hoe het magnetische veld van Jupiter in de ruimte rond Europa was verstoord. De meting impliceerde sterk dat een speciaal soort magnetisch veld binnen Europa wordt gecreëerd (geïnduceerd) door een diepe laag van een of andere elektrisch geleidende vloeistof onder het oppervlak. Op grond van Europa’s ijzige samenstelling denken wetenschappers dat het meest waarschijnlijke materiaal om deze magnetische signatuur te creëren een wereldwijde oceaan van zout water is, en dit magnetische veldresultaat is nog steeds het beste bewijs dat we hebben voor het bestaan van een oceaan op Europa.