Som det isiga, havsfylld måne Europa kretsar kring Jupiter, den motstår en obeveklig plump av strålning. Jupiter sabbar Europas yta natt och dag med elektroner och andra partiklar, bada den i högenergistrålning. Men när dessa partiklar slår mot månens yta, de kanske också gör något utomjordiskt:få Europa att lysa i mörkret.

Ny forskning från forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien beskriver för första gången hur glöden skulle se ut, och vad det kan avslöja om isens sammansättning på Europas yta. Olika salta föreningar reagerar olika på strålningen och avger sin egen unika glimt. För blotta ögat, denna glöd skulle ibland se lite grön ut, ibland något blått eller vitt och med olika grader av ljusstyrka, beroende på vilket material det är.

Forskare använder en spektrometer för att separera ljuset i våglängder och koppla ihop de distinkta "signaturerna, " eller spektra, till olika sammansättningar av is. De flesta observationer med en spektrometer på en måne som Europa är gjorda med reflekterat solljus på månens dagsida, men dessa nya resultat belyser hur Europa skulle se ut i mörkret.

"Vi kunde förutsäga att detta isglöd på natten kan ge ytterligare information om Europas ytsammansättning. Hur den sammansättningen varierar kan ge oss ledtrådar om huruvida Europa har förhållanden som är lämpliga för liv, " sa JPL:s Murthy Gudipati, huvudförfattare till verket publicerat 9 november in Natur astronomi .

Det beror på att Europa har en massiv, globala inre hav som kan släcka till ytan genom månens tjocka isskorpa. Genom att analysera ytan, forskare kan lära sig mer om vad som ligger under.

Lyser ett ljus

Forskare har dragit slutsatsen från tidigare observationer att Europas yta kan vara gjord av en blandning av is och allmänt kända salter på jorden, såsom magnesiumsulfat (Epsom salt) och natriumklorid (bordssalt). Den nya forskningen visar att inkorporering av dessa salter i vattenis under Europa-liknande förhållanden och sprängning av den med strålning ger en glöd.

Så mycket var inte en överraskning. Det är lätt att föreställa sig en bestrålad yta som lyser. Forskare vet att glansen orsakas av energiska elektroner som penetrerar ytan, aktiverar molekylerna under. När dessa molekyler slappnar av, de frigör energi som synligt ljus.

"Men vi hade aldrig föreställt oss att vi skulle se det vi fick se, " sa JPL:s Bryana Henderson, som var medförfattare till forskningen. "När vi provade nya iskompositioner, glöden såg annorlunda ut. Och vi bara stirrade på det en stund och sa sedan:'Det här är nytt, höger? Det här är definitivt en annan glöd? Så vi riktade en spektrometer på det, och varje typ av is hade olika spektrum."

För att studera en laboratoriemockup av Europas yta, JPL-teamet byggde ett unikt instrument kallat Ice Chamber för Europas högenergielektron- och strålningsmiljötestning (ICE-HEART). De tog ICE-HEART till en högenergielektronstråleanläggning i Gaithersburg, Maryland, och startade experimenten med en helt annan studie i åtanke:att se hur organiskt material under Europa-isen skulle reagera på explosioner av strålning.

De förväntade sig inte att se variationer i själva glöden kopplade till olika issammansättningar. Det var – som författarna kallade det – serendipity.

"Att se natriumkloridlösningen med en betydligt lägre nivå av glöd var 'aha'-ögonblicket som förändrade forskningens gång, " sa Fred Bateman, medförfattare till tidningen. Han hjälpte till att genomföra experimentet och levererade strålar till isproverna vid Medical Industrial Radiation Facility vid National Institute of Standards and Technology i Maryland.

En måne som är synlig på en mörk himmel kanske inte verkar ovanlig; vi ser vår egen måne eftersom den reflekterar solljus. Men Europas glöd orsakas av en helt annan mekanism, sa forskarna. Föreställ dig en måne som lyser oavbrutet, även på dess nattsida - den sida som är vänd bort från solen.

"Om Europa inte var under denna strålning, den skulle se ut som vår måne ser ut för oss – mörk på den skuggade sidan, Gudipati sa. "Men eftersom det bombarderas av strålningen från Jupiter, det lyser i mörkret."

Kommer att lanseras i mitten av 2020-talet, NASA:s kommande flaggskeppsuppdrag Europa Clipper kommer att observera månens yta i flera förbiflygningar medan den kretsar kring Jupiter. Missionsforskare granskar författarnas resultat för att utvärdera om en glöd skulle kunna upptäckas av rymdfarkostens vetenskapliga instrument. Det är möjligt att information som samlats in av rymdfarkosten kan matchas med mätningarna i den nya forskningen för att identifiera de salta komponenterna på månens yta eller begränsa vad de kan vara.

"Det är inte ofta man är i ett labb och säger:"Vi kanske hittar det här när vi kommer dit, "" sa Gudipati. "Vanligtvis är det tvärtom – du går dit och hittar något och försöker förklara det i labbet. Men vår förutsägelse går tillbaka till en enkel observation, och det är vad vetenskap handlar om."

Uppdrag som Europa Clipper hjälper till att bidra till området astrobiologi, den tvärvetenskapliga forskningen om variabler och villkor i avlägsna världar som skulle kunna hysa livet som vi känner det. Även om Europa Clipper inte är ett livsupptäckt uppdrag, den kommer att genomföra detaljerad spaning av Europa och undersöka om den iskalla månen, med dess underjordiska hav, har förmågan att försörja livet. Att förstå Europas beboelighet kommer att hjälpa forskare att bättre förstå hur livet utvecklades på jorden och potentialen för att hitta liv bortom vår planet.