Den här triptykbilden visar vyer av Jupiters måne Europa, tagna av olika NASA-rymdfarkoster, inklusive Voyager 1, Voyager 2 och Galileo. Kredit:NASA/JPL-Caltech
Att hitta plymer på Europa är en spännande möjlighet, men forskare varnar för att det kommer att bli knepigt, även på nära håll.
2005 fängslade bilder av en lysande vattenplym som bryter ut från ytan av Saturnus måne Enceladus världen. Den gigantiska kolumnen av ånga, ispartiklar och organiska molekyler som sprutade från månens sydpolära region antydde att det finns ett flytande vattenhav under Enceladus isskal och bekräftade att månen är geologiskt aktiv. Plymen förde också Enceladus och andra världar i det yttre solsystemet, utan atmosfärer och långt från solens hetta, mot toppen av NASA:s lista över platser att söka efter tecken på liv.
Forskare förbereder sig nu för ett uppdrag till en annan istäckt havsvärld med möjliga plymer:Jupiters måne Europa. Planerad uppskjutning 2024 kommer NASA:s rymdfarkost Europa Clipper att studera månen från dess djupa inre till dess yta för att avgöra om den har ingredienser som gör den till ett livskraftigt hem för livet.
Liksom Enceladus är Europa geologiskt dynamiskt, vilket innebär att båda istäckta månarna genererar värme inuti när deras fasta lager sträcker sig och böjer sig från gravitationsdragkampen med sina värdplaneter och närliggande månar. Detta, istället för värme från solen, förhindrar att vatten under ytan fryser. Värmen kan också hjälpa till att producera eller cirkulera livets kemiska byggstenar på havsbotten, inklusive kol, väte, syre, kväve, fosfor och svavel.
Men det är där likheterna slutar.
Den här bilden av vattenstrålarna på Saturnus måne Enceladus togs av NASA:s rymdfarkost Cassini den 27 november 2005. Enceladus är motljus av solen. Kredit:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
"Många människor tror att Europa kommer att bli Enceladus 2.0, med plymer som ständigt sprutar från ytan", säger Lynnae Quick, en medlem av forskarteamet bakom Clippers Europa Imaging System (EIS) kameror. "Men vi kan inte se på det på det sättet; Europa är ett helt annat odjur", säger Quick, som är baserad på NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.
Bevis tyder på att Europa kan ventilera vatten från sin underyta precis som Enceladus. Till exempel har forskare som använder NASA:s rymdfarkost Galileo, NASA:s Hubble-teleskop och stora jordbaserade teleskop rapporterat upptäckter av svaga vattenplymer eller deras kemiska komponenter i Europa.
Men ingen är säker. "Vi är fortfarande i utrymmet där det finns riktigt spännande bevis, men inget av det är en slam dunk", säger Matthew McKay Hedman, medlem av Europa Clippers Mapping Imaging Spectrometer for Europa (MISE) vetenskapsteam och docent vid institutionen i fysik vid University of Idaho.
Forskare dras till plymer av ett par anledningar. För det första är de onekligen coola:"Vi är vetenskapsmän, men vi är också människor", säger Shawn Brooks, som arbetar med Europa Clippers vetenskapsteam för Europa Ultraviolet Spectrograph (Europa-UVS) och är baserad på NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien.
Men mer praktiskt, sa Brooks, ger plymer forskare lättare tillgång till Europas inre. "Allt handlar om huruvida Europa är beboeligt, och det handlar om att ha en viss förståelse för vad som händer under ytan, som vi inte kan nå ännu," sa han.
Med andra ord, Europas magi, en arketyp för en potentiellt beboelig värld, är dold djupt inne i månen. Jämfört med Enceladus, som är lika stor som Texas, är Europa ungefär en fjärdedel av jordens storlek, eller lite mindre än jordens måne. Och bevis tyder på att Europa har ett mycket djupare saltvattenhav än Enceladus, möjligen 40 till 100 miles (cirka 60 till 160 kilometer) djupt, vilket betyder att det kan innehålla ungefär dubbelt så mycket vatten som jordens hav. Vissa forskare antar att Europas hav kan reagera med överhettade stenar under havsbotten, möjligen genom hydrotermiska öppningar. På jorden är sådana områden grogrund för kemisk aktivitet som ger näring åt otaliga varelser.
Den här sammansatta bilden visar misstänkta plymer av vattenånga som bryter ut från Jupiters måne Europa. Bilden av plymen gjordes från data som samlats in av NASA:s Hubbles Space Telescope Imaging Spectrograph 2014. Bilden av själva Europa är gjord av data från NASA:s Galileo- och Voyager-uppdrag. Kredit:NASA/ESA/W. Sparks (STScI)/USGS Astrogeology Science Center
Forskare säger att det också kan finnas stora fickor av smält vatten i Europas isskal, som är mer sannolikt än havet att vara källan till plymer. Dessa fickor skulle kunna skapa mysiga livsmiljöer för organismer också.
Eftersom det är mycket närmare Jupiter än vad Enceladus är Saturnus, genereras mer värme i Europa från friktion som produceras när den cirklar sin värdplanet. Med tanke på att intern värme stimulerar geologisk aktivitet på steniga världar förväntas Europa ha mer omfattande geologi än Enceladus. Vissa forskare förutspår att Europa har plattektonik som förskjuter och återvinner de isiga blocken som utgör månens yta. Om så är fallet kan Europa cirkulera näringsämnen som produceras på ytan av strålning från Jupiter, såsom syre, till vätskefickor i isskalet eller kanske till själva havet. Genom Europa Clipper kommer forskare att få en chans att testa några av sina förutsägelser genom att analysera den kemiska sammansättningen av plymer eller de spår de kan lämna på ytan.
Forskare varnar för att Europan-plymer, även om de är där, kan vara svåra att upptäcka även från närbild. De kan vara sporadiska, och de kan vara små och tunna, med tanke på att Europas gravitation, som är mycket starkare än Enceladus, sannolikt skulle hålla dessa vattenplymer nära ytan. Det är en drastisk avvikelse från Enceladus spektakulära ångpelare:Den är alltid på och större än månen själv och sprejar isiga partiklar hundratals kilometer över ytan. "Även om de är där, kanske Europas plymer inte är så fotogena," sa Hedman.
Även om Europa Clipper-forskare utarbetar en mängd olika kreativa strategier för att hitta aktiva plymer när rymdskeppet börjar utforska Europa 2031, litar de inte på att de ska förstå vad som händer inuti månen. "Vi behöver inte fånga en för ett framgångsrikt uppdrag," sa Quick.
Quick tillade att varje instrument ombord på Clipper kan bidra med bevis på beboeliga förhållanden under ytan, oavsett aktiva plymer.
Några exempel på hur forskarteamet kommer att söka efter potentiella plymer inkluderar Europa Clippers kamerasvit, EIS. Den kommer att leta efter plymer nära Europas yta, delvis genom att leta efter deras silhuetter vid Europas lem, eller kant, när månen är upplyst av Jupiters ljus när den passerar framför planeten. EIS kommer att ta foton av plymer om de dyker upp, liksom plymavlagringar som kan vara synliga på ytan. Europa-UVS kommer också att sträva efter att upptäcka plymer i ultraviolett ljus, inklusive vid kanten av månen när Europa passerar framför närliggande stjärnor, och kan mäta den kemiska sammansättningen av sådana plymer. En värmekamera, Europa Thermal Emission Imaging System (E-THEMIS), kommer att leta efter hotspots på ytan som kan vara bevis på aktiva eller nya utbrott.
Europa Clipper-teamet kommer att lyckas oavsett om forskare hittar plymer på Europa eller inte, även om många forskare hoppas på en spektakulär vattenshow för att berika uppdraget och vår förståelse av Europa. "Jag misstänker att Europa är aktiv och låter en del material fly", sa Hedman. "Men jag förväntar mig att när vi faktiskt kommer att förstå hur det gör det, kommer det inte att bli vad någon förväntade sig."
