De kans is groot dat Jupiter zijn eigen nachtlampje heeft, in de vorm van een fluorescerende ijsmaan.

Evenals de metgezel van de aarde wordt ook de Jupiter-maan Europa slechts aan één zijde beschenen door de zon. De achterkant van onze maan is in eeuwige duisternis gehuld, wat een van de redenen is dat we – vanaf de aarde gezien – de maan elke maand zien wassen, afnemen en zelfs helemaal verdwijnen. Uit experimenten in het laboratorium is nu gebleken dat de ijskorst op de achterzijde van Europa mogelijk een spookachtig groen of blauwwit licht uitstraalt, dat ontstaat doordat deze zijde van de maan door het intense magneetveld van Jupiter aan een constant bombardement van straling wordt blootgesteld.

“Het zou wel sprookjesachtig zijn als je op Europa kon staan en die gloed kon zien,” zegt Murthy Gudipati, astrofysicus van het Jet Propulsion Laboratory van de NASA en hoofdauteur van het nieuwe onderzoek, dat gisteren is verschenen in het tijdschrift Nature Astronomy.

Het onderzoeksteam testte ijs met verschillende concentraties van zouten die op het oppervlak van Europa worden vermoed. Uit de tests bleek dat de precieze samenstelling van het ijs bepaalt in welke kleur en intensiteit de gloed straalt. Als definitief wordt aangetoond dat het oppervlak van Europa inderdaad fluorescerend is, kan het schijnsel tijdens toekomstige missies worden gebruikt om complexe chemische verbindingen in de ijskorst aan de achterzijde van de maan te identificeren. En dat kan weer aanwijzingen opleveren voor de samenstelling van de diepe – en potentieel levensvatbare – oceaan onder Europa’s ijskorst.

In de komende jaren zullen twee expedities naar het verre Jupiter worden gestuurd om dit nader uit te zoeken: de Europa Clipper van de NASA en de Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) van de ESA. Het nieuwe onderzoek in Nature Astronomy zal “een extra instrument in onze gereedschapskist” zijn om wetenschappers in de toekomst te helpen met het analyseren van de complexe chemische samenstelling van Europa’s oppervlak, zegt Curt Niebur, een van de wetenschappers van het Europa Clipper-programma van de NASA; Niebur maakte geen deel uit van het onderzoekteam.

“Maar als het oppervlak in het donker gloeit, is dat gewoon ook heel cool,” zegt hij.

Zoutige verrassing

Volgens Anna Pollmann, astrodeeltjesfysicus aan de Bergische Universität Wuppertal en een van de wetenschappers die de nieuwe studie vóór publicatie hebben beoordeeld, weten experts al sinds de jaren vijftig dat ijs van puur water gaat gloeien als je het aan straling blootstelt. Terwijl de moleculen in het ijs worden gebombardeerd door elektronen, nemen ze een kleine hoeveelheid energie op. Maar deze ‘aangeslagen’ moleculen kunnen niet lang in die toestand blijven en geven de extra energie weer snel af in de vorm van licht.

Pollmann gebruikt het vage en spookachtige schijnsel van het ijs op de Zuidpool om te speuren naar exotische kosmische deeltjes waarmee onze planeet wordt gebombardeerd. Maar dankzij de dichte atmosfeer van de aarde en het aardmagnetisch veld zijn we hier beschermd tegen de meeste kosmische straling, waardoor zulke lichtschijnselen vrij zeldzaam zijn.

Daarentegen heeft Europa vrijwel geen atmosfeer en wordt permanent gebombardeerd door de intense straling van het reusachtige magneetveld van Jupiter. Volgens Niebur wordt Europa zó sterk bestraald dat een persoon die onbeschermd op het oppervlak van de ijsmaan zou staan, binnen tien à twintig minuten zou sterven.

Aanvankelijk wilden Gudipati en zijn collega’s onderzoek doen naar de invloed van deze intense straling op de samenstelling van Europa’s ijskorst, kennis die van groot belang is voor een beter begrip van de omstandigheden die een eventuele robotsonde op deze onherbergzame maan zal aantreffen. Ze bouwden een instrument waarmee ze stukken ijs konden bombarderen met een bundel elektronen, waarna ze op veilige afstand analyseerden wat er gebeurde. Gudipati noemde zijn laboratoriumopstelling ‘ICE-HEART’, voor ‘Ice Chamber for Europa High-Energy Electron and Radiation-Environment Testing’.

Toen ze een bevroren brok puur water met de elektronenbundel bombardeerden, zagen ze meteen de ijzige gloed. Maar als ze water met keukenzout (natriumchloride) erin bevroren en het met elektronen bombardeerden, was het schijnsel zeer zwak. Gudipati en zijn collega’s dachten dat ze iets fout deden en probeerden het opnieuw – tevergeefs.

“Dat was een ‘aha-moment’ voor ons,” zegt Gudipati.

Het team testte verschillende andere zouten die volgens eerder onderzoek op het oppervlak van Europa aanwezig kunnen zijn. Sommige daarvan, zoals carbonaatzout, leken het schijnsel af te zwakken. Maar andere, zoals magnesiumzouten, versterkten de gloed juist. Ook de intensiteit van de kleuren waarin de gloed straalde, veranderde als de onderzoekers verschillende zouten gebruikten. Zo straalt natriumchloride een groenig schijnsel uit, terwijl sulfaatzouten de gloed iets roder maken.

Uit de bevindingen kwam naar voren dat de aanwezigheid van diverse zouten van invloed is op de potentiële gloed die het ijzige oppervlak van Europa uitzendt – een eigenschap die wetenschappers kan “helpen om Europa door verschillende brillen te bekijken,” aldus Gudipati.

Nieuwe informatie

De metingen van Gudipati en zijn team tonen aan dat de straling waaraan de maan wordt blootgesteld, waarschijnlijk een schijnsel veroorzaakt dat helder genoeg is om door de camera van de Europa Clipper te worden opgevangen. Maar volgens Niebur zijn er nog onzekerheden en bevindt de bewuste camera zich “nog in de ontwerpfase.”

Duidelijk is wel dat we veel over Europa te weten kunnen komen als deze ijsmaan inderdaad een spookachtige gloed afgeeft. Volgens Ines Belgacem, een planetologe van de ESA die is gespecialiseerd in de studie van het oppervlak van ijzige hemellichamen maar die geen deel uitmaakte van het onderzoeksteam, kan de methode ook worden gebruikt om andere ijsmanen van Jupiter te bestuderen, zoals Ganymedes.

Meer inzicht in de chemische verbindingen die in de ijskorst van Europa liggen besloten, kan aanwijzingen opleveren voor de samenstelling van de diepe oceaan die waarschijnlijk onder het ijs ligt verborgen. Gladde ijsvlakten op de voorzijde van de maan zijn veelbelovende aanwijzingen voor het werk van fonteinen van waterdamp, die in de loop der geschiedenis uit de verborgen zee zijn opgestegen. En delen van de ijskorst zinken mogelijk heel langzaam af in de ondergrondse oceaan. Als wetenschappers weten welke verbindingen de ijskorst bevat, zouden ze weer een stap verder zijn in het beantwoorden van de vraag of zich levensvormen in deze diepe oceaan kunnen hebben ontwikkeld.

“Er is nog veel – heel veel – dat we niet over deze maan weten,” zegt Belgacem.

Sinds de missie van de sonde Galileo in de jaren negentig heeft geen enkel ruimtevaartuig Europa bestudeerd, waardoor het moeilijk is om de hiaten in onze kennis over deze ijswereld op te vullen. Maar de aanstaande expedities van de Europa Clipper en JUICE zouden meer antwoorden kunnen opleveren, en de nieuwe studie neemt daar alvast een voorschot op.

“Hoe meer we weten voordat we daar arriveren, des te beter het wetenschappelijke onderzoek dat we daar kunnen uitvoeren,” zegt zij.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com