NASA Juno: IJskorst van Europa is 18 mijl dik

NASA’s Juno-ruimtesonde heeft de eerste directe metingen geleverd van de ijsschil die Jupiters maan Europa bedekt, waarbij de dikte van de korst wordt geschat op ongeveer 18 mijl (29 kilometer). Deze belangrijke bevinding, onlangs gepubliceerd in Nature Astronomy, maakt gebruik van gegevens van Juno’s flyby in 2022 om een langlopend wetenschappelijk debat over de structuur van de maan te beslechten. Door met geavanceerde microgolftechnologie onder het bevroren oppervlak te kijken, hebben onderzoekers vastgesteld dat Europa een formidabele, stijve buitenste schil bezit die bovenop een enorme ondergrondse vloeibare oceaan ligt, wat ons begrip van de potentiële leefbaarheid van de maan fundamenteel verandert.

Waarom is de dikte van de ijsschil van Europa belangrijk voor de leefbaarheid?

De dikte van de ijsschil van Europa is cruciaal voor de leefbaarheid omdat deze de efficiëntie bepaalt van het transport van voedingsstoffen en zuurstof van het oppervlak naar de ondergrondse oceaan. Een 18 mijl dikke korst fungeert als een aanzienlijke thermische en fysieke barrière, wat de chemische uitwisseling die nodig is om leven in stand te houden mogelijk beperkt. Terwijl een dunnere schil de verbinding zou vergemakkelijken, suggereert een dikker model dat levensondersteunende processen mogelijk afhankelijk zijn van specifieke geologische kanalen zoals scheuren of poreuze holtes in plaats van direct contact met het oppervlak.

Wetenschappelijke belangstelling voor Europa komt grotendeels voort uit de "dikke schil"- versus "dunne schil"-hypothese. Decennialang debatteerden planeetwetenschappers of het ijs slechts enkele mijlen dik was of een enorme tektonische plaat. De Juno-gegevens ondersteunen dit laatste, wat impliceert dat de interne omgeving van de maan meer geïsoleerd is dan voorheen werd gehoopt. Deze isolatie betekent dat eventuele biologische activiteit in de oceaan afhankelijk zou zijn van chemische energie die wordt gegenereerd door hydrothermale activiteit op de zeebodem of zeldzaam verticaal transport van oxidanten door het dikke ijzige plafond.

Thermische regulering binnen de ondergrondse oceaan wordt ook bepaald door dit ijzige deksel. Een schil van 30 kilometer biedt een enorme isolatie, waardoor interne hitte wordt vastgehouden die wordt gegenereerd door het gravitationele "kneden" door de enorme getijdenkrachten van Jupiter. Deze getijdenverwarming houdt het water in vloeibare toestand, maar de enorme diepte van het ijs compliceert de "lopende band"-theorie waarbij oppervlakte-ijs zinkt en zuurstofrijk materiaal naar de onderliggende pekel brengt. Het begrijpen van deze dynamiek is het hoofddoel voor onderzoekers bij instituten zoals NASA's Jet Propulsion Laboratory en het Southwest Research Institute.

Wat onthult Juno's Microwave Radiometer over Europa?

Gegevens van Juno’s Microwave Radiometer (MWR) onthullen dat de ijsschil van Europa bestaat uit een koude, stijve buitenlaag met een dikte van ongeveer 18 mijl, gekenmerkt door interne onregelmatigheden. Het instrument detecteerde microgolfverstrooiing die consistent is met kleine scheurtjes, poriën of holtes van enkele centimeters in diameter die zich honderden meters diep in de korst uitstrekken. Deze bevindingen suggereren dat het ijs geen uniform blok is, maar een complexe geologische structuur die is gevormd door intense thermische en mechanische spanning.

Het Microwave Radiometer (MWR)-instrument is op unieke wijze in staat om door massief ijs heen te "kijken" door thermische emissies op zes verschillende frequenties te meten. In tegenstelling tot traditionele camera's die alleen reflecties van het oppervlak vastleggen, detecteert de MWR de warmte die ontsnapt uit verschillende diepten binnen het ijs. Door deze verschillende golflengten te analyseren, kan het Juno-team een verticaal profiel maken van de temperatuur en structuur van het ijs, waardoor in feite een "CT-scan" van een hemellichaam wordt uitgevoerd vanaf duizenden mijlen afstand.

Belangrijkste bevindingen uit de MWR-analyse omvatten de volgende structurele details:

• Thermische gradiënt: De gegevens duiden op een scherp temperatuurverschil tussen het ijskoude oppervlak en het warmere ijs dieper in de schil.
• Verstrooiingscentra: Kleine holtes en breuken, waarschijnlijk veroorzaakt door getijdenverwarming, komen overal in de bovenste lagen voor.
• Variaties in geleidbaarheid: Verschillen in de microgolfsignalen suggereren de aanwezigheid van zouten of "pekelzakken" die gevangen zitten in de ijsmatrix.
• Rigiditeit van de korst: De metingen bevestigen dat de bovenlaag extreem stijf en koud is en de stroming van het warmere ijs eronder weerstaat.

Hoe hebben deze Juno-gegevens impact op de komende Europa Clipper-missie?

Juno’s gegevens over de 18 mijl dikke ijsschil bieden cruciale kaders voor de komende Europa Clipper-missie, waardoor wetenschappers hun radarstrategieën en instrumentdoelen kunnen verfijnen. Door een basislijn voor de diepte van de korst vast te stellen, kan NASA het REASON-instrument van het Clipper-ruimtesonde beter kalibreren om door het ijs heen te dringen en te zoeken naar zakken met vloeibaar water. Deze synergie zorgt ervoor dat de aankomst van Clipper in 2030 geoptimaliseerd zal zijn voor de specifieke geologische realiteit van Europa.

De voorbereiding op de Europa Clipper-missie omvat het identificeren van de meest veelbelovende gebieden voor onderzoek, zoals regio's waar het ijs mogelijk dunner of actiever is. De bevindingen van Juno fungeren als een verkenningsrapport en markeren "chaos-terrein"—regio's van gebroken, verschoven ijs—die kunnen dienen als vensters naar de ondergrondse oceaan. Wetenschappers zullen deze gebieden nu prioriteit geven voor hogeresolutie-beeldvorming en spectroscopische analyse om organische verbindingen of tekenen van spuitende pluimen te detecteren.

Bovendien heeft het succes van de Juno-missie met de MWR de waarde aangetoond van metingen op meerdere golflengten in het Jupiterstelsel. Dit heeft directe gevolgen voor de European Space Agency (ESA) JUICE-missie, die ook onderweg is om de manen van Jupiter te bestuderen. Door de microgolfgegevens van Juno te kruisen met toekomstige radar- en zwaartekrachtmetingen, kan de wereldwijde wetenschappelijke gemeenschap een natuurgetrouw 3D-model van Europa bouwen, wat ons dichter bij het antwoord brengt of deze ijzige wereld buitenaards leven zou kunnen herbergen.

Geologische activiteit en de evolutie van chaos-terrein

Getijdenverwarming blijft de primaire motor achter de evolutie van het oppervlak van Europa en zijn 18 mijl dikke schil. Omdat Europa in een elliptische baan om Jupiter draait, rekt en comprimeert de enorme zwaartekracht van de planeet de maan, wat wrijving en hitte genereert binnen het ijs. Dit proces is verantwoordelijk voor de vorming van "chaos-terrein," waar het ijzige oppervlak lijkt te zijn gesmolten, in vlotten uiteen is gevallen en weer is bevroren tot een rommelig landschap. Juno's gegevens suggereren dat deze kenmerken waarschijnlijk het resultaat zijn van convectie binnen de dikke ijsschil in plaats van het smelten van dun ijs.

De observatie van potentiële pluimen of het ontsnappen van waterdamp krijgt ook een nieuwe context met een geschatte korstdikte van 18 mijl. Als er inderdaad water door het oppervlak breekt, moet het door enorme breuken reizen of door intense druk naar boven worden gestuwd. Onderzoekers zoeken nu naar bewijzen van deze hogedrukkanalen in de telemetrie van Juno. Als er pluimen bestaan, bieden ze een "gratis monster" van de verborgen oceaan, waardoor toekomstige ruimtesondes door de damp kunnen vliegen en de chemische samenstelling ervan kunnen analyseren zonder dat een complexe boormissie nodig is.

Wat volgt er voor de verkenning van Europa

Terwijl de Juno-missie zijn verlengde levensduur voortzet, blijft de focus liggen op de complexe omgeving van het Jupiterstelsel. De gegevens die tijdens de flyby van 2022 zijn verzameld, zullen nog jaren worden bestudeerd en een routekaart bieden voor de volgende generatie ontdekkingsreizigers. Het doel is niet langer alleen om het bestaan van een oceaan te bevestigen, maar om de leefbaarheid van die omgeving in kaart te brengen. Toekomstige modellen zullen de dikte van 18 mijl integreren om oceaanstromingen, zoutconcentraties en de mogelijkheden voor leven om te overleven in de donkere, onder druk staande diepten van Europa te simuleren.