Sedan Voyager-sonderna passerade genom Jupiter-systemet 1979, har forskare varit fascinerade och mystifierade av dess måne Europa. När bilderna som dessa sonder fick av månens isiga yta återvände till jorden, började forskare spekulera om möjligheten av ett hav under ytan. Sedan dess har upptäckten av plymaktivitet och andra bevis stärkt denna teori och matat spekulationer om att det kan finnas liv under Europas isiga yta.
Enligt ny forskning har ytterligare ett kritiskt bevis på Europas vattniga natur åtminstone bekräftats. Med hjälp av en liknande teknik som bekräftade närvaron av atmosfärisk vattenånga i Jupiters måne Ganymede, bekräftade Lorenz Roth från KTH Kungliga Tekniska Högskolan att Europa har vattenånga i sin atmosfär . Den här upptäckten kan leda till en större förståelse för Europas atmosfär och ytmiljö, och informera uppdrag som är på väg dit inom en snar framtid.
Som en av de större jovianska månarna som Galileo upptäckte 1610 (därav varför de också är kända som de 'galileiska månarna'), är Europa en av flera kroppar i solsystemet som tros ha inre hav. Detta har fått forskare att utse dem som 'Ocean Worlds', som många astrobiologer anser vara den mest sannolika platsen att hitta bevis på utomjordiskt liv.
Illustration av Europa som visar plymaktivitet förbinder ytan med det inre havet. Jupiter (höger) och Io (mitten) är synliga på avstånd. Kredit: NASA/JPL-Caltech
För denna studies skull konsulterade Roth (en forskare vid KTH i Stockholm) arkivdata som förvärvats av Hubbles Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) . Specifikt tittade han på ultravioletta observationer som gjordes av Europa 1999, 2021, 2014 och 2015, när månen var i olika omloppspositioner. Dessa observationer gjorde det möjligt för Roth att bestämma mängden molekylärt syre (O2) i den solbelysta delen av Europas atmosfär.
Eftersom Europa är tidvattenlåst med Jupiter (som månen är med jorden), är en halvklot permanent vänd mot Jupiter medan den andra alltid är vänd mot riktningen motsatt Europas omloppsbana. Efter att ha undersökt styrkan hos O2utsläpp vid olika våglängder, och hur dessa var ihållande från 1999 till 2015, drog Roth slutsatsen att avläsningarna berodde på ett stabilt överflöd av vattenånga i Europas bakre halvklot.
Som Roth förklarade i en ESA Hubble pressmeddelande , tidigare studier baserade på datorsimuleringar förutspådde den asymmetriska fördelningen av vattenånga men bekräftade aldrig. 'Observationen av vattenånga på Ganymedes och Europas baksida främjar vår förståelse av atmosfären hos isiga månar,' sa han. 'Detekteringen av en stabil mängd H2O i Europa är överraskande eftersom yttemperaturerna är så låga.'
Tidigare hade upptäckten av vattenånga på Europa associerats med övergående plymer som observerats utbryta genom isen, som kan nå upp till 100 km (62 mi) över ytan. Roths resultat visade dock att en liknande mängd vattenånga spreds över ett större område under hela observationsperioden. Detta tyder på den långsiktiga närvaron av vatten i Europas bakre halvklot, men inte i den ledande halvklotet.
Denna omarbetade färgvy av Jupiters måne Europa gjordes från bilder tagna av NASA:s rymdfarkost Galileo i slutet av 1990-talet. Kredit: NASA/JPL-Caltech/SETI Institute
De utsläpp som upptäckts av Hubble tyder på att förhållandet mellan vatten och molekylärt syre (H2O/O2) i Europas bakre halvklot är cirka 12 till 22. Utsläppen indikerar också att atmosfären består av ren O2över hela den ledande halvklotet. Dessa resultat kommer inte bara att hjälpa astronomer att karakterisera den jovianska månens atmosfär utan kommer också att informera om de uppdrag som är avsedda för Europa före slutet av detta decennium. Sa Roth:
'Detta resultat lägger grunden för framtida vetenskap baserad på kommande uppdrag till den jovianska månens.Ju mer vi kan förstå om dessa isiga månar innan rymdfarkoster som JUICE och Europa Clipper anländer, desto bättre kan vi använda vår begränsade observationstid inom det jovianska systemet.'
För närvarande är tre uppdrag under utveckling som kommer att utforska Europas yta och söka efter 'biosignaturer' (potentiella livstecken). Dessa inkluderar ESA JUpiter ICy måne Explorer (JUICE), en orbiter planerad att starta nästa år och anlända till det jovianska systemet 2032. Detta uppdrag är främst tillägnat att studera Ganymedes atmosfär, yta och struktur men kommer också att genomföra två förbiflygningar av Europa för att få data om dess ytegenskaper och sammansättning.
Sedan är det NASA Europa Clipper uppdraget, som har ett planerat lanseringsdatum 2024 och kommer att mötas med Europa 2030. Denna orbiter kommer att studera planetens yta med spektrometrar, värmeavbildning, radar, en magnetometer och andra instrument för att lära sig om dess sammansättning och inre struktur. Det kommer också att kartlägga potentiella landningsplatser för ett potentiellt Europa Lander-uppdrag, som skulle fortsätta att söka efter möjliga biosignaturer från ytan.
Konstnärens intryck av Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) nära Jupiter och en av dess månar, Europa. Kredit: ESA/AOES
Med hjälp av forskning som Roths kommer data och insikter från dessa uppdrag att ta itu med några av de mest djupgående frågor vi har om livet i universum. Till exempel, är det mest sannolikt att liv existerar på steniga planeter (a la Jorden och Mars), eller i 'Ocean Worlds' som kretsar kring gasjättar? De kommer också att dra nytta av observationer gjorda av nästa generations observatorier som James Webb rymdteleskop (JWST), ett gemensamt NASA-ESA-CSA-uppdrag som planeras att starta om bara några veckor.
De Nancy Grace romerska rymdteleskop (RST) och markbaserade observatorier kommer att ansluta sigWebbinnan decenniet är över och använder deras banbrytande instrument och optik för att karakterisera exoplanetatmosfärerna och klimatet. Dessa studier kommer att ha betydande implikationer, och inte bara för vår förståelse av de typer av potentiellt beboeliga miljöer som finns i vårt solsystem. De kommer också att hjälpa till med sökandet efter liv i andra stjärnsystem, som också kan låsas in under exomons isiga ytor.
Vidare läsning: ESA Hubble , Geofysiska forskningsbrev