NASA:s rymdteleskop James Webb kommer att använda sin infraröda kapacitet för att studera "havsvärldarna" av Jupiters måne Europa och Saturnus måne Enceladus, lägga till observationer som tidigare gjorts av NASA:s Galileo och Cassini orbiters. Webb-teleskopets observationer kan också hjälpa till att vägleda framtida uppdrag till de isiga månarna.

Europa och Enceladus finns på Webb-teleskopets lista över mål som valts ut av garanterade tidsobservatörer, forskare som hjälpte till att utveckla teleskopet och därmed få vara bland de första att använda det för att observera universum. Ett av teleskopets vetenskapliga mål är att studera planeter som kan bidra till att kasta ljus över livets ursprung, men detta betyder inte bara exoplaneter; Webb kommer också att hjälpa till att reda ut de mysterier som fortfarande innehas av objekt i vårt eget solsystem (från Mars och utåt).

Geronimo Villanueva, en planetforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, är den ledande forskaren på Webb-teleskopets observation av Europa och Enceladus. Hans team är en del av ett större försök att studera vårt solsystem med teleskopet, spetsen av astronomen Heidi Hammel, vice ordförande för Association of Universities for Research in Astronomy (AURA). NASA valde Hammel som en tvärvetenskaplig vetenskapsman för Webb 2002.

Av särskilt intresse för forskarna är de vattenplymer som bryter mot ytan av Enceladus och Europa, och som innehåller en blandning av vattenånga och enkla organiska kemikalier. NASA:s Cassini-Huygens och Galileo uppdrag, och NASA:s rymdteleskop Hubble, tidigare samlat bevis på att dessa jetstrålar är resultatet av geologiska processer som värmer upp stora hav under ytan. "Vi valde dessa två månar på grund av deras potential att uppvisa kemiska signaturer av astrobiologiskt intresse, sa Hammel.

Villanueva och hans team planerar att använda Webbs nära-infraröda kamera (NIRCam) för att ta högupplösta bilder av Europa, som de kommer att använda för att studera dess yta och för att söka efter heta ytområden som indikerar plymaktivitet och aktiva geologiska processer. När de väl har hittat en plym, de kommer att använda Webbs nära-infraröda spektrograf (NIRSpec) och mittinfraröda instrument (MIRI) för att spektroskopiskt analysera plymens sammansättning.

Webb-teleskopets observationer kan vara särskilt talande för plymer på Europa, vars sammansättning i stort sett förblir ett mysterium. "Är de gjorda av vattenis? Frigörs varmvattenånga? Vad är temperaturen i de aktiva regionerna och det avgivna vattnet?" frågade Villanueva. "Webb-teleskopets mätningar kommer att tillåta oss att ta itu med dessa frågor med oöverträffad noggrannhet och precision."

För Enceladus, Villanueva förklarade att eftersom månen är nästan 10 gånger mindre än Europa sett från Webb-teleskopet, Högupplösta bilder av dess yta kommer inte att vara möjliga. Dock, teleskopet kan fortfarande analysera den molekylära sammansättningen av Enceladus plymer och utföra en bred analys av dess ytegenskaper. Mycket av månens terräng har redan kartlagts av NASA:s Cassini orbiter, som har ägnat cirka 13 år åt att studera Saturnus och dess satelliter.

Villanueva varnade för att medan han och hans team planerar att använda NIRSpec för att söka efter organiska signaturer (som metan, metanol, och etan) i båda månarnas plymer, Det finns ingen garanti för att teamet kommer att kunna tajma Webb-teleskopets observationer för att fånga ett av de intermittenta utsläppen, inte heller att utsläppen kommer att ha en betydande organisk sammansättning. "Vi förväntar oss bara upptäckter om plymerna är särskilt aktiva och om de är rika på organiskt material, sa Villanueva.

Bevis på liv i plymer kan visa sig ännu mer svårfångade. Villanueva förklarade att även om kemisk ojämvikt i plymer (ett oväntat överflöd eller brist på vissa kemikalier) kan vara ett tecken på de naturliga processerna i mikrobiellt liv, det kan också orsakas av naturliga geologiska processer.

Medan Webb-teleskopet kanske inte kan svara konkret på om månarnas underjordiska hav innehåller liv, Villanueva sa att det kommer att kunna peka ut och bättre karakterisera aktiva regioner av månarna som kan förtjäna ytterligare studier. Framtida uppdrag, som NASA:s Europa Clipper, vars primära syfte är att avgöra om Europa är beboeligt, skulle kunna använda Webbs data för att finslipa de bästa platserna för observation.

Rymdteleskopet James Webb är det vetenskapliga komplementet till NASA:s rymdteleskop Hubble. Det kommer att bli det kraftfullaste rymdteleskopet som någonsin byggts. Webb är ett internationellt projekt som leds av NASA med sina partners, ESA (European Space Agency) och Canadian Space Agency.