Den 31 mars 2017, Jupiters måne Europa passerade framför en bakgrundsstjärna – en sällsynt händelse som fångades för första gången av markbaserade teleskop tack vare data från ESA:s rymdfarkost Gaia.

Tidigare, observatorier hade bara lyckats se två av Jupiters andra månar – Io och Ganymedes – under en sådan händelse.

Gaia har opererat i rymden sedan slutet av 2013. Uppdraget syftar till att producera en tredimensionell karta över vår galax, och karakterisera de otaliga stjärnorna som kallar Vintergatan hem. Det har varit oerhört framgångsrikt hittills, avslöjar placeringen och rörelserna för över en miljard stjärnor.

Att känna till de exakta platserna för stjärnorna vi ser på himlen gör det möjligt för forskare att förutsäga när olika kroppar i solsystemet kommer att se ut att passera framför en bakgrundsstjärna från en given utsiktspunkt:en händelse som kallas stjärnockultation.

Gaia är inte främmande för sådana händelser – rymdfarkosten hjälpte astronomer att göra unika observationer av Neptunus måne Triton när den passerade framför en avlägsen stjärna 2017, avslöjar mer om månens atmosfär och egenskaper.

Ockultationer är enormt värdefulla; de möjliggör mätningar av egenskaperna hos förgrundskroppen (storlek, form, placera, och mer), och kan avslöja strukturer som ringar, jets, och atmosfärer. Sådana mätningar kan göras från marken – något som Bruno Morgado från Brazilian National Observatory och LIneA, Brasilien, och kollegor utnyttjade för att utforska Jupiters måne Europa.

"Vi använde data från Gaias första datasläpp för att förutsäga att, från vår synvinkel i Sydamerika, Europa skulle passera framför en ljus bakgrundsstjärna i mars 2017 – och för att förutsäga den bästa platsen för att observera denna ockultation, sa Bruno, huvudforskare i ett nytt dokument som rapporterar resultaten från ockultationen 2017. Gaias första datarelease lämnades i september 2016.

"Detta gav oss en underbar möjlighet att utforska Europa, eftersom tekniken erbjuder en noggrannhet som är jämförbar med den för bilder erhållna med rymdsonder."

Gaia-data visade att händelsen skulle vara synlig från ett tjockt band som skär från nordväst till sydost över Sydamerika. Tre observatorier i Brasilien och Chile kunde fånga data - totalt åtta platser försökte, men många upplevde dåliga väderförhållanden.

I enlighet med tidigare mätningar, observationerna förfinade Europas radie till 1561,2 km, exakt bestämt Europas position i rymden och i förhållande till dess värdplanet, Jupiter, och karakteriserade månens form. Istället för att vara exakt sfärisk, Europa är känt för att vara en ellipsoid. Observationerna visar att månen mäter 1562 km mätt tvärs över i en riktning (den så kallade skenbara "halvstora" axeln), och 1560,4 km mätt tvärs över den andra (den skenbara "halvminor"-axeln).

"Det är troligt att vi kommer att kunna observera mycket fler ockultationer som denna av Jupiters månar 2019 och 2020, " tillägger Bruno. "Jupiter passerar genom en del av himlen som har det galaktiska centrumet i bakgrunden, vilket gör det drastiskt mer sannolikt att dess månar kommer att passera framför ljusa bakgrundsstjärnor. Detta skulle verkligen hjälpa oss att fastställa deras tredimensionella former och positioner – inte bara för Jupiters fyra största månar, men för mindre, mer oregelbundet formade, för."

Med hjälp av Gaias andra datarelease, tillhandahålls i april 2018, forskarna förutspår datum för ytterligare ockultationer av ljusa stjärnor av Europa, Io, Ganymedes och Callisto under kommande år, och lista totalt 10 händelser fram till 2019 och 2021. Framtida händelser omfattar stjärnockultationer av Europa (22 juni 2020), Callisto (20 juni 2020, 4 maj 2021), Io (9 och 21 september 2019, 2 april 2021), och Ganymedes (25 april 2021).

Tre har redan ägt rum under 2019, varav två – stjärnockultationer av Europa (4 juni) och Callisto (5 juni) – observerades också av forskarna, och för vilka uppgifterna fortfarande analyseras.

De kommande ockultationerna kommer att kunna observeras även med amatörteleskop så små som 20 cm från olika regioner runt om i världen. Jupiters gynnsamma läge, med det galaktiska planet i bakgrunden, kommer bara att inträffa igen 2031.

"Stjärnockultationsstudier tillåter oss att lära oss om månar i solsystemet på långt håll, och är också relevanta för framtida uppdrag som kommer att besöka dessa världar, säger Timo Prusti, ESA Gaia-projektforskare. "Som detta resultat visar, Gaia är ett enormt mångsidigt uppdrag:det främjar inte bara vår kunskap om stjärnor, men också av solsystemet mer allmänt."

En noggrann kunskap om Europas omloppsbana kommer att hjälpa till att förbereda rymduppdrag riktade mot det jovianska systemet som ESA:s JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) och NASA:s Europa Clipper, båda är planerade att lanseras under det kommande decenniet.

"Den här typen av observationer är enormt spännande, säger Olivier Witasse, ESA:s JUICE Project Scientist. "JUICE kommer att nå Jupiter 2029; att ha bästa möjliga kunskap om positionerna för systemets månar kommer att hjälpa oss att förbereda oss för uppdragets navigering och framtida dataanalys, och planera all vetenskap vi tänker göra.

"Denna vetenskap beror på att vi vet saker som exakta månbanor och förstår hur nära en rymdfarkost kommer en given kropp, så ju bättre kunskap vi har, desto bättre kommer denna planering – och den efterföljande dataanalysen – att bli."