Gloeiend ijs op Jupitermaan Europa

Laboratoriumexperimenten wijzen erop dat het ijs op de ruim 1.500 kilometer grote Jupitermaan Europa een zwakke lichtgloed kan uitzenden. Aan de dagzijde van deze maan valt de gloed niet op, maar aan de nachtzijde mogelijk wel. En dat nachtelijke schijnsel kan worden gebruikt om de samenstelling van het ijs te onderzoeken. Dat schrijven astronomen in een maandag 9 november in Nature Astronomy gepubliceerde onderzoeksverslag.

Planeetwetenschappers denken dat er onder de vaste ijskorst van Europa, die grotendeels uit keihard bevroren water bestaat, een oceaan van zout water schuilgaat. In deze oceaan zouden, afhankelijk van de precieze omstandigheden, theoretisch zelfs primitieve organismen kunnen overleven. Het probleem is echter dat dit water zich niet rechtstreeks laat onderzoeken: de bovenliggende ijskorst is kilometers dik.

Volgens een onderzoeksteam onder leiding van Murthy Gudipati van het California Institute of Technology zou een bijzondere eigenschap van het ijs weleens uitkomst kunnen bieden. Uit eerdere onderzoeken was al gebleken dat zuiver of zouthoudend waterijs dat met energierijke elektronen wordt bestookt ‘luminescentie’ vertoont. De elektronen brengen moleculen in het ijs in een hogere energietoestand, en de moleculen stralen de gewonnen energie vervolgens weer uit in de vorm van licht.

Paars, blauw en groen

Aan energierijke elektronen is op Europa geen gebrek. De ijsmaan is diep ingebed in het magnetische veld van zijn moederplaneet en wordt daardoor voortdurend bestookt met elektronen en andere geladen deeltjes. Gudipati en zijn collega’s hebben nu onderzocht hoe ijs en mengsels van ijs en allerlei zouten bij minus 173 graden Celsius – de temperatuur op Europa – op zo’n langdurig elektronenbombardement reageren. De metingen laten zien dat het ijs in dat geval drie soorten lichtemissie produceert, rond golflengten van 330, 440 en 525 nanometer. Voor onze ogen zijn dat de kleuren paars, blauw en groen. Daarbij doet het er niet veel toe of het water zout bevat of niet: steeds is een mengsel van ruwweg dezelfde drie kleuren te zien. Wel heeft de toevoeging van zout duidelijk waarneembare gevolgen voor de relatieve helderheden van deze kleuren. Dat betekent dat je aan de intensiteiten van de verschillende kleuren in de lichtgloed in principe zou kunnen aflezen welke zouten er in het ijs op Europa zitten. En dat levert dan indirect weer informatie op over de samenstelling van de verscholen oceaan, omdat er een geleidelijke uitwisseling van water en zouten plaatsvindt tussen oceaan en ijskorst. Zo zijn er met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop aanwijzingen gevonden dat er lokaal waterdamp ontsnapt via de talrijke barsten die Europa’s ijskorst vertoont.

Toekomstige ruimtesonde

De lichtgloed van het ijs van Europa is veel te zwak om vanaf de aarde zichtbaar te zijn. Maar Gudipati en collega’s laten zien dat instrumenten aan boord van de toekomstige NASA-ruimtesonde Europa Clipper gevoelig genoeg zijn om het zwakke schijnsel aan de nachtzijde van Europa te registreren. De lancering van Europa Clipper staat gepland voor halverwege de jaren 20. De ruimtesonde zal vanwege de intense deeltjesstraling ter plaatse niet in een omloopbaan om Europa worden gebracht, maar in een langgerekte baan om Jupiter. Deze baan brengt hem in de loop van drieënhalf jaar 44 keer in de buurt van Europa, waarbij een kleinste afstand van 25 kilometer wordt bereikt. Als de nu gepubliceerde berekeningen kloppen, zou dat dichtbij genoeg moeten zijn om de samenstelling van het ijs, en impliciet ook de oceaan, van Europa te kunnen vaststellen.