Juno’s microgolfwaarnemingen onthullen de 18 mijl dikke ijskorst van Europa

Juno’s microgolfwaarnemingen onthullen de 18 mijl diepe ijskorst van Europa

Al decennia lang debatteren planeetwetenschappers over de aard van de ijshuls die de Jupitermaan Europa omhult, een wereld die lang is beschouwd als een van de meest veelbelovende kandidaten voor buitenaards leven in ons zonnestelsel. Het centrale mysterie draait om de dikte van deze schil: is het een dunne, fragiele sluier of een enorme, mijlenmachtige barrière? Nieuwe gegevens van NASA’s Juno-missie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy, hebben eindelijk een definitief antwoord gegeven. Met behulp van de Microwave Radiometer (MWR) van het ruimtevaartuig hebben onderzoekers vastgesteld dat de ijskorst van Europa gemiddeld ongeveer 18 mijl (29 kilometer) dik is, wat een cruciale nieuwe beperking vormt voor modellen van de potentiële leefbaarheid van de maan.

De ontdekking volgt op een gewaagde nabije scheervlucht op 29 september 2022, toen het op zonne-energie aangedreven ruimtevaartuig Juno afdaalde tot binnen 220 mijl (360 kilometer) van het gebarsten oppervlak van Europa. Hoewel Juno oorspronkelijk was ontworpen om de diepe atmosfeer van Jupiter te onderzoeken, is het instrumentarium opmerkelijk veelzijdig gebleken voor het bestuderen van de Joviaanse manen. Door "onder" het ijs te kijken, was de MWR in staat om onderscheid te maken tussen de concurrerende "dunne-schil"- en "dikke-schil"-hypothesen, waarvan de laatste een veel geduchtere barrière suggereert tussen de bevroren buitenkant van de maan en de verborgen zoutwateroceaan.

De barrière van 18 mijl: De ijsschil in kaart gebracht

De meting van 18 mijl vertegenwoordigt de gemiddelde dikte van de koude, stijve en geleidende buitenste laag van de schil van Europa. Deze bevinding beslecht een langlopende wetenschappelijke controverse waarbij de ijsdikte werd geschat op ergens tussen minder dan een halve mijl tot enkele tientallen mijlen. Steve Levin, Juno-projectwetenschapper en mede-onderzoeker van NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL), merkte op dat het cijfer van 18 mijl specifiek een samenstelling van puur waterijs beschrijft. De interne structuur kan echter nog complexer zijn dan een enkele meting doet vermoeden.

“Als er ook een binnenste, iets warmere convectielaag bestaat, wat mogelijk is, zou de totale dikte van de ijsschil nog groter zijn,” legde Levin uit. Omgekeerd zou de aanwezigheid van opgeloste zouten in het ijs — een mogelijkheid die door verschillende geologische modellen wordt gesuggereerd — de schatting kunnen veranderen. Volgens Levin zou een bescheiden hoeveelheid zoutgehalte de berekende dikte met ongeveer drie mijl verminderen. Ongeacht deze kleine variaties plaatsen de gegevens Europa stevig in de categorie "dikke-schil", een besef dat belangrijke gevolgen heeft voor de manier waarop energie en materie door het binnenste van de maan bewegen.

Hoe de Microwave Radiometer door ijs heen kijkt

De methodologie die door het Juno-team is gebruikt, vertegenwoordigt een aanzienlijke sprong in planetaire verkenning. De Microwave Radiometer is op unieke wijze uitgerust om de thermische emissie van het onderoppervlak van de maan te detecteren. In tegenstelling tot optische camera's die alleen het oppervlak zien, kunnen microgolven door massief ijs dringen, waarbij verschillende golflengten verschillende diepten bereiken. Door deze signalen te analyseren, kon het team een thermisch profiel van de korst maken, waarbij onderscheid werd gemaakt tussen het vaste ijs en de warmere, meer vloeistofrijke omgevingen die dieper gelegen kunnen zijn.

Opereren in de stralingsrijke omgeving van het Jupiter-stelsel brengt enorme technische hindernissen met zich mee. De MWR moest intense achtergrondruis wegfilteren terwijl er tijdens het korte tijdsbestek van de scheervlucht gegevens over bijna de helft van het oppervlak van Europa werden verzameld. Dit proces stelde het team in staat om niet alleen de diepte te meten, maar ook "scatterers" binnen het ijs te identificeren. Deze scatterers zijn kleine onregelmatigheden — barsten, poriën en holtes — die naar schatting slechts enkele centimeters in diameter zijn. De gegevens suggereren dat deze kenmerken zich tot enkele honderden voet onder het oppervlak uitstrekken, wat een gedetailleerde blik werpt op de "bovenkorst" van deze vreemde wereld.

Implicaties voor leefbaarheid en transport van voedingsstoffen

De bevestiging van een dikke ijsschil verandert het perspectief op de leefbaarheid van Europa. Om leven in de oceaan onder het oppervlak mogelijk te maken, moet er een mechanisme zijn om zuurstof en organische voedingsstoffen van het oppervlak — waar ze door straling worden geproduceerd — naar beneden in het water te transporteren. Een 18 mijl dikke barrière betekent een veel langere en moeilijkere reis voor deze essentiële bouwstenen van het leven. Als het ijs dun zou zijn, zouden oppervlaktematerialen gemakkelijk in de oceaan kunnen circuleren door getijdenwerking of kleinschalige breuken.

Bij een dikkere schil hangt het transport van voedingsstoffen waarschijnlijk af van tragere, grootschalige geologische processen, zoals convectie of enorme tektonische verschuivingen. De MWR-gegevens over de geringe diepte van barsten en poriën suggereren dat deze kenmerken onwaarschijnlijk zijn als directe "snelwegen" naar de oceaan. In plaats daarvan kan de leefbaarheid van de maan afhangen van de thermische energie die wordt gegenereerd door getijdenverwarming — het constante knijpen en rekken van Europa door de enorme zwaartekracht van Jupiter — die de vloeibare toestand van de oceaan in stand houdt en potentieel de beweging van de ijsschil over miljoenen jaren aandrijft.

De weg naar Europa Clipper

De bevindingen van Juno dienen als een vitale verkenningsmissie voor de volgende fase van het onderzoek naar Jupiter. NASA's aanstaande Europa Clipper-missie, specifiek ontworpen om het potentieel voor leven op de maan te onderzoeken, zal een geavanceerde ijs-penetrerende radar aan boord hebben. De basislijn die is vastgesteld door Juno's Microwave Radiometer zal het Clipper-team helpen hun instrumenten te verfijnen en zich te richten op specifieke gebieden waar het ijs dunner of geologisch actiever zou kunnen zijn.

“Hoe dik de ijsschil is en het bestaan van barsten of poriën binnen de ijsschil maken deel uit van de complexe puzzel om de potentiële leefbaarheid van Europa te begrijpen,” zei Scott Bolton, Juno’s hoofdonderzoeker van het Southwest Research Institute (SwRI). Door de eerste directe metingen van de diepte van de schil te leveren, heeft Juno Europa getransformeerd van een wereld van theoretische modellen naar een wereld van meetbare fysieke parameters. Terwijl we uitkijken naar toekomstige missies, staat de barrière van 18 mijl als een getuigenis van de schaal van de uitdaging — en de potentiële beloning — van het zoeken naar leven in de donkere, koude uithoeken van het buitenste zonnestelsel.

Toekomstige richtingen in onderzoek naar ijswerelden

Terwijl wetenschappers de schat aan gegevens van de scheervlucht uit 2022 blijven verwerken, verschuift de aandacht naar regionale variaties in de ijsschil. Hoewel het gemiddelde van 18 mijl nu een standaardmaatstaf is, zijn onderzoekers gebrand om vast te stellen of de schil aanzienlijk dunner is aan de polen van de maan of in gebieden met "chaosterrein", waar het oppervlak gesmolten en opnieuw bevroren lijkt te zijn. Dergelijke variaties zouden de "vensters" kunnen bieden die nodig zijn voor toekomstige landers om uiteindelijk de wateren daaronder te onderzoeken.

Het succes van de MWR op Europa opent ook nieuwe deuren voor het bestuderen van andere ijshoudende manen, zoals Ganymedes en Callisto. De techniek van microgolfradiometrie is een robuust hulpmiddel gebleken om in planeten te kijken, waardoor een ruimtevaartuig effectief wordt veranderd in een "röntgenapparaat" op afstand. Met dit nieuwe begrip van de korst van Europa heeft de zoektocht naar leven in ons zonnestelsel een duidelijker, zij het dieper, pad voorwaarts.