Europa gezien in ware kleur (links) en valse kleur (rechts). NASA
De ijzige maan Europa van Jupiter is lang beschouwd als een van de meest bewoonbare werelden in het zonnestelsel. Nu heeft de Juno-missie naar Jupiter voor het eerst de atmosfeer in detail bekeken. De resultaten, gepubliceerd in Nature Astronomy, laten zien dat het ijzige oppervlak van Europa minder zuurstof produceert dan we dachten.
Er zijn genoeg redenen om enthousiast te zijn over de mogelijkheid om microbieel leven op Europa te vinden. De Galileo-missie heeft aangetoond dat de maan onder zijn ijzige oppervlak een oceaan heeft die ongeveer twee keer zoveel water bevat als de oceanen op aarde. Modellen op basis van de gegevens van Europa laten ook zien dat de oceaanbodem in contact staat met gesteente, waardoor chemische interacties tussen water en gesteente mogelijk zijn die energie produceren.
Telescoopwaarnemingen onthullen ondertussen een zwakke, zuurstofrijke atmosfeer. Het lijkt er ook op dat er af en toe waterpluimen uit de oceaan komen. En er is enig bewijs voor de aanwezigheid van chemische basiselementen aan het oppervlak – waaronder koolstof, waterstof, stikstof, zuurstof, fosfor en zwavel – die door het leven op aarde worden gebruikt. Sommige van deze elementen zouden vanuit de atmosfeer en het oppervlak in het water kunnen sijpelen.
De verwarming van Europa en zijn oceaan is deels te danken aan de baan van de maan rond Jupiter, die getijdenkrachten produceert om een anders ijskoude omgeving te verwarmen.
Hoewel Europa drie basisingrediënten voor leven heeft – water, de juiste chemische elementen en een warmtebron – weten we nog niet of er genoeg tijd is geweest voor de ontwikkeling van leven.
Pluimen gezien op Europa.
Nasa
De andere belangrijke kandidaat in ons zonnestelsel is Mars, het doelwit van de Rosalind Franklin-rover in 2028. Mogelijk is het leven op Mars op hetzelfde moment begonnen als op aarde, maar is het daarna waarschijnlijk gestopt door klimaatverandering.
Een derde kandidaat is Saturnus’ maan Enceladus, waar de Cassini-Huygens missie waterpluimen ontdekte van een onderaardse zoute oceaan, ook in contact met gesteente op de bodem van de oceaan.
Titan komt het dichtst in de buurt op de vierde plaats, met zijn dikke atmosfeer van organische verbindingen, waaronder koolwaterstoffen en tholinen, die in de hoge atmosfeer ontstaan. Deze zweven vervolgens naar het oppervlak en bedekken het met ingrediënten voor leven.
Zuurstof verliezen
De Juno-missie beschikt over de beste instrumenten voor geladen deeltjes die tot nu toe naar Jupiter zijn gestuurd. Het kan de energie, richting en samenstelling van geladen deeltjes op het oppervlak meten. Vergelijkbare instrumenten bij Saturnus en Titan vonden daar tholines (een soort organische stof). Maar ze hebben ook deeltjes gemeten die duiden op atmosferen op Saturnus’ manen Rhea en Dione, naast die op Titan en Enceladus.
Deze deeltjes staan bekend als pick-up ionen. De atmosferen van planeten bestaan uit neutrale deeltjes, maar de bovenkant van een atmosfeer wordt “geïoniseerd” (wat betekent dat het elektronen verliest) in zonlicht en door botsingen met andere deeltjes, waarbij ionen (geladen atomen die elektronen hebben verloren) en vrije elektronen worden gevormd.
Wanneer een plasma – een geladen gas dat de vierde toestand van materie vormt na vast, vloeibaar en gas – langs een atmosfeer met nieuw gevormde ionen stroomt, verstoort het de atmosfeer met elektrische velden die de nieuwe ionen kunnen versnellen – het eerste deel van een ionenaanzuigproces.
Deze opgepikte ionen draaien vervolgens in een spiraal rond het magnetische veld van de planeet en verdwijnen meestal uit de atmosfeer, terwijl sommige het oppervlak raken en worden geabsorbeerd. Het pick-up proces heeft de atmosfeer van Mars ontdaan van deeltjes nadat het magnetische veld van de rode planeet 3,8 miljard jaar geleden verloren ging.
Europa heeft ook een opnameproces. De nieuwe metingen tonen de tekenen van het oppikken van moleculaire zuurstof en waterstofionen van het oppervlak en de atmosfeer. Een deel hiervan ontsnapt uit Europa, terwijl een ander deel het ijzige oppervlak raakt, waardoor de hoeveelheid zuurstof op en onder het oppervlak toeneemt.
Dit bevestigt dat zuurstof en waterstof inderdaad de hoofdbestanddelen van Europa’s atmosfeer zijn – in overeenstemming met waarnemingen op afstand. De metingen impliceren echter dat de hoeveelheid zuurstof die geproduceerd wordt – en door het oppervlak aan de atmosfeer wordt afgegeven – slechts ongeveer 12 kg per seconde bedraagt, aan de lage kant van eerdere schattingen van ongeveer 5 kg tot 1.100 kg per seconde.
Dit zou erop wijzen dat het oppervlak zeer weinig erosie ondergaat. De metingen geven aan dat dit kan neerkomen op slechts 1,5 cm van Europa’s oppervlak per miljoen jaar, wat minder is dan we dachten. Europa verliest dus voortdurend zuurstof door pick-up processen, waarbij slechts een kleine hoeveelheid extra zuurstof vrijkomt van het oppervlak om het aan te vullen en weer aan het oppervlak terechtkomt.
Dus wat betekent dat voor de kansen om leven te herbergen? Een deel van de zuurstof die aan het oppervlak wordt vastgehouden, kan zijn weg vinden naar de oceaan onder het oppervlak om daar eventueel leven te voeden. Maar op basis van de schatting van het onderzoek van het totale zuurstofverlies, zou dit minder moeten zijn dan de eerder geschatte 0,3 kg-300 kg per seconde.
Het valt nog te bezien of deze snelheid, geregistreerd op 29 september 2022, gebruikelijk is. Misschien is het niet representatief voor de totale hoeveelheid zuurstof op de maan. Het kan zijn dat de uitbarsting van pluimen, baanpositie en stroomopwaartse omstandigheden de snelheid op bepaalde momenten respectievelijk verhogen en verlagen.
Nasa’s Europa Clipper missie, die later dit jaar gelanceerd wordt, en de Juice missie die twee keer langs Europa zal vliegen op weg naar een baan om Ganymedes, zullen deze metingen kunnen opvolgen en veel meer informatie geven over de bewoonbaarheid van Europa.
Andrew Coates ontvangt financiering van STFC en UKSA (UK).
