Buitenaards detectivewerk

Foto: Geisers brengen water en mogelijke sporen van leven uit een ondergrondse oceaan naar buiten. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center/Katrina Jackson

Is er elders leven in het heelal? Dat is een van de ultieme wetenschappelijke vragen. Zulk leven zoeken we best op een plek waar er (vloeibaar) water is. Water is namelijk een essentiële vereiste voor alle ons bekende levensvormen. Op een maan van Jupiter, genaamd Europa, bevindt zich meer water dan in de oceanen op Aarde. Europa is daarmee misschien wel de beste plek om buitenaards leven te ontdekken in ons eigen zonnestelsel. ESA en NASA zijn elk een ruimtemissie aan het bouwen die Europa zullen bezoeken. Maar omdat het water bedekt is door een kilometers dikke ijslaag, zullen geen van beiden erbij kunnen. Vanwege het astronomische kostenplaatje is op het ijs landen en er doorheen boren vooralsnog science-fiction.

Toch is er een manier waarop we bij dat water zouden kunnen komen. Zo lijkt het erop dat het water naar buiten kan spuiten, via barsten in het ijs. Dat ontsnappende water lijkt meer dan 100 kilometer hoge geisers te vormen die ook sporen van dat mogelijke leven zouden kunnen uitspuwen. De ESA- en NASA-ruimtemissies hebben de instrumenten om dat water op te vangen en te onderzoeken. Maar tot voor kort hadden we enkel indirect bewijs voor zulke geisers. We weten ook te weinig over waar ze zich mogelijk bevinden, hoe vaak ze uitbarsten en hoe hoog ze komen. Tijdens mijn doctoraat heb ik een nieuwe aanwijzing gevonden in twintig jaar oude gegevens.

Ruimteantiek

Indirecte aanwijzingen voor het bestaan van de geiseruitbarstingen zijn voor het eerst verzameld in het laatste decennium, met telescopen op aarde en in de ruimte. Er bestaan nog geen beelden waarop we rechtstreeks zo’n geiser kunnen zien. Door de grote afstand tot Europa is het namelijk geen evidente zaak om zo’n geiser waar te nemen. Op zoek naar meer aanwijzingen ben ik in de gegevens gedoken van de Galileo-ruimtesonde. Tot nu toe is dit de enige sonde die Europa van dichtbij bestudeerd heeft. Dat gebeurde een aantal keer tussen 1995 en 2003 toen deze missie actief was rond Jupiter. Galileo is echter gelanceerd in de jaren 80 en maakt gebruikt van technologie die nog ouder is. In vergelijking met moderne ruimtemissies kunnen we spreken van ‘ruimteantiek’.

Om meer aanwijzingen te vinden, heb ik een twintig jaar oude verdwijning moeten oplossen. Specifiek een verdwijning van supersnelle protonen (deeltjes die kleiner zijn dan een atoom). De Galileo-ruimtesonde had vastgesteld dat snelle protonen verdwenen op een hoogte van enkele honderden kilometers boven het oppervlak van Europa. Dat gebeurde tijdens een voorbijvlucht in het jaar 2000. Deze deeltjes bewegen zich voort doorheen het magnetisch veld van Jupiter, dat zich uitstrekt ver voorbij de baan van Europa rond Jupiter. Het magnetisch veld van Jupiter houdt de deeltjes als het ware gevangen: ze kunnen zich er wel doorheen bewegen, maar kunnen er niet zomaar aan ontsnappen. Europa bevindt zich net op de afstand van Jupiter waar die protonen alomtegenwoordig zijn. Dus, als de deeltjes niet zomaar uit het veld kunnen ontsnappen, waar zijn ze dan?

Doorgaans detecteert Galileo protonen uit alle richtingen. Credit: NASA

Op heterdaad betrapt

Mijn onderzoek toont aan dat een geiser uitbarsting de protonen kan laten verdwijnen door ze te ‘neutraliseren’. Hoe gaat dat in zijn werk? Als de snelle protonen de watermoleculen van de geiser tegenkomen, stelen zij elektronen van deze watermoleculen. Daarbij verliezen de protonen hun elektrische lading. Het proton wordt dan ‘neutraal’. Neutrale deeltjes trekken zich niets meer aan van het magnetisch veld van Jupiter en eenmaal bevrijd ervan, bewegen ze zich dan snel weg van Europa. Met een verdwijning van protonen als resultaat. Een verdwijning kan dus wijzen op de aanwezigheid van een geiser.

Galileo ziet een verdwijning van protonen in de richting van de geiser omdat die de protonen ‘neutraliseert’. Credit: NASA

Tijdens de voorbijvlucht verdwenen er op meerdere momenten protonen, die tijdens de Galileo-missie werden toegeschreven aan het feit dat op die specifieke momenten de detector recht naar Europa keek. De protonen komen niet van Europa en kunnen ook niet doorheen Europa vliegen, daarom verwachten we er minder als je in de richting van Europa kijkt. Door zorgvuldig de beweging van de protonen te simuleren op een supercomputer hebben we de waargenomen verdwijning gereproduceerd. Dit is geen eenvoudige zaak als je bedenkt dat deze deeltjes zich niet in rechte lijnen door de ruimte bewegen, maar eerder als een soort spiraal. Daarbij komt ook nog eens dat hun beweging en de vorm van de spiraal beïnvloed wordt door het magnetisch veld van Jupiter en dat dat veld dan weer verstoord wordt door Europa zelf. Een waaier van effecten die we dus in rekening moeten brengen.

Sommige verdwijningen kunnen we verklaren doordat Europa in het beeld van de detector zat. Er is een specifieke verdwijning die we niet op die manier kunnen verklaren. Dat wil zeggen dat we een verdwijning van protonen zien, op een moment dat Europa niet in het beeldveld van de detector zit. Er moet dus iets anders zijn dat de doorgang van de deeltjes verhindert. Volgens mijn simulaties kan deze specifieke verdwijning enkel verklaard worden door de aanwezigheid van zo’n geiser.

Speuren naar leven

Dat we nu dit bewijs voor de geisers van Europa verzamelen is belangrijk voor de voorbereiding van de twee toekomstige missies die de instrumenten hebben om rechtstreeks het water op te vangen en te speuren naar sporen van leven. Dit zijn: Jupiter Icy moon Explorer (JUICE), een project van de European Space Agency (ESA) en Europa Clipper van NASA. JUICE wordt momenteel gebouwd en de lancering is gepland voor 2022, de aankomst voor 2029. De lancering van Europa Clipper ligt nog niet vast, maar Clipper zou eerder kunnen aankomen. Tegen dan bereiden we ons best zo goed mogelijk voor. Een stukje wetenschappelijk detectivewerk zet ons alvast één stap verder.

Hans Huybrighs is genomineerd voor de Vlaamse PhD Cup. Ontdek meer over zijn onderzoek op www.phdcup.be.