Zolang mensen naar de nachtelijke hemel hebben gekeken, zijn we nieuwsgierig naar het leven buiten de aarde. Wetenschappers weten nu dat er op verschillende plaatsen in het zonnestelsel omstandigheden kunnen bestaan ​​die geschikt zijn voor leven. Eén daarvan is Jupiters maan Europa, een fascinerende wereld met een zoute ondergrondse oceaan van vloeibaar water – misschien wel twee keer zoveel vloeibaar water als alle oceanen op aarde samen. Wetenschappers moeten echter nog bevestigen of de Europese oceaan chemicaliën bevat die nodig zijn voor het leven, vooral koolstof – de universele bouwsteen van het leven zoals wij dat kennen.

Nu hebben astronomen die de James Webb-ruimtetelescoop gebruiken koolstof ontdekt op het oppervlak van Europa, en de koolstof is waarschijnlijk afkomstig uit deze oceaan. De ontdekking duidt op de mogelijkheid van bewoonbare omgevingen in de Europese oceaan.

De blauwwitte bol op een zwarte achtergrond doet denken aan de beroemde ‘Blue Marble’ foto van de aarde vanuit de ruimte. De randen van de bol zijn wazig en diffuus, waarbij een groot deel van het noordelijk halfrond tegenover de waarnemer eruitziet als donkerblauwe plekken. Een grote halvemaanvormige witte vlek loopt langs de linkerkant van het zuidelijk halfrond en is gericht naar de waarnemer, en een grotere, bolvormige witte vlek bedekt de middelste breedtegraden aan de rechterkant van het zuidelijk halfrond. Lichtblauwe gebieden grenzen aan deze witte vlekken op het zuidelijk halfrond.

Jupiters maan Europa is een van de weinige werelden in het zonnestelsel waar leven kan voorkomen. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat onder de waterijskorst een zoute, vloeibare wateroceaan en een rotsachtige zeebodem liggen. Planetaire wetenschappers moeten echter nog bevestigen of deze oceaan de chemicaliën bevat die nodig zijn voor leven, vooral koolstof.

Astronomen die gegevens van NASA's James Webb Space Telescope gebruikten, ontdekten koolstofdioxide in een specifiek gebied van het Europese ijsoppervlak. Analyse toonde aan dat de koolstof waarschijnlijk afkomstig was uit een ondergrondse oceaan en niet afkomstig was van meteorieten of andere externe bronnen. Bovendien is de afzetting ervan geologisch recent. Deze ontdekking heeft belangrijke implicaties voor de potentiële bewoonbaarheid van de Europese oceaan.

“Op aarde houdt het leven van chemische diversiteit – hoe meer diversiteit hoe beter. We leven op basis van koolstof. Als we de chemie van de Europese oceaan begrijpen, kunnen we bepalen of deze vijandig staat tegenover het leven zoals wij dat kennen, of dat het misschien een goede plek voor leven is”, zegt Geronimo Villanueva van NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, hoofdauteur van een van de twee afzonderlijke artikelen waarin de ontdekking wordt beschreven.

"We geloven nu dat we observationeel bewijs hebben dat de koolstof die we op het Europese oppervlak zien afkomstig is uit de oceaan. Dit is geen kleinigheid. Koolstof is een essentieel element voor levende wezens", aldus Samantha Trumbo van de Cornell Universiteit in Ithaca, New York, en hoofdauteur van een tweede artikel waarin de gegevens worden geanalyseerd.

NASA is van plan het ruimtevaartuig Europa Clipper te lanceren. Het ruimtevaartuig zal tientallen close flybys van Europa uitvoeren om verder te onderzoeken of Europa omstandigheden heeft die geschikt zijn voor het bestaan ​​van leven.

Oppervlakte-oceaanverbinding

Weber ontdekte dat het gebied met het hoogste kooldioxidegehalte op het oppervlak van Europa een gebied is dat de "Tara Regio" wordt genoemd. Het oppervlakte-ijs is verstoord en er heeft waarschijnlijk materiaal uitgewisseld tussen de ondergrondse oceaan en het ijsoppervlak.

"Eerdere waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop lieten bewijs zien van zoutwinning uit de oceaan bij Tara Riggio. Nu zien we daar ook grote concentraties koolstofdioxide. We denken dat dit betekent dat de koolstof uiteindelijk afkomstig kan zijn van de interne oceaan", legt Trumbo uit.

"Wetenschappers debatteren over de vraag in hoeverre de Europese oceaan verbonden is met het oppervlak. Ik denk dat die vraag een grote drijfveer is geweest voor de verkenning van Europa," zei Villanueva. "Dit suggereert dat we, zelfs voordat we door het ijs boren om het volledige beeld te krijgen, misschien iets fundamenteels leren over de samenstelling van de oceaan."

De twee teams bepaalden koolstofdioxide met behulp van gegevens van de Webb Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) Integrated Field Unit. Deze instrumentmodus kan spectra leveren met een resolutie van 200 x 200 mijl (320 x 320 kilometer) over het oppervlak van Europa met een diameter van 1.944 mijl, waardoor astronomen de locatie van specifieke chemicaliën kunnen bepalen.

Kooldioxide is niet stabiel op het Europese oppervlak. Daarom zeggen de wetenschappers dat de kooldioxide waarschijnlijk in de recente geologische tijd werd aangevoerd – een conclusie die werd versterkt door de concentratie van kooldioxide in een gebied met jong terrein.

Heidi Hammel van de Association of Universities for Research in Astronomy zei: "Deze waarnemingen namen slechts een paar minuten van de tijd van het observatorium in beslag, en zelfs in deze korte tijd konden we zeer belangrijk wetenschappelijk werk voltooien. Dit werk levert de eerste aanwijzingen voor alle verbazingwekkende wetenschap van het zonnestelsel die we kunnen doen met de Webb-telescoop." Ze is een interdisciplinaire wetenschapper van Webb die leiding geeft aan Webbs eerste cyclusgegarandeerde tijdwaarnemingen van het zonnestelsel.

Het team van Villanueva zocht ook naar bewijs van waterdamppluimen die uit het oppervlak van Europa losbarsten. Onderzoekers die de Hubble-ruimtetelescoop van NASA gebruiken, rapporteerden voorlopige detecties van pluimen in 2013, 2016, 2017 en 2018. Het vinden van overtuigend bewijs was echter moeilijk.

De nieuwe Webb-gegevens lieten geen bewijs zien van pluimactiviteit, waardoor het team van Villanueva een strakke bovengrens kon stellen aan de snelheid waarmee materiaal kon worden uitgeworpen. Het team benadrukte echter dat het gebrek aan detectie de mogelijkheid van een pluim niet uitsluit.

"Het is altijd mogelijk dat deze pluimen variabel zijn en dat je ze alleen op bepaalde momenten ziet. We kunnen met 100 procent zekerheid zeggen dat we tijdens onze waarnemingen met de Webb-telescoop geen pluimen bij Europa hebben gedetecteerd", aldus Hamel. De bevindingen zouden kunnen helpen bij het informeren van NASA's Europa Clipper-missie en de aankomende Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) van de European Space Agency (ESA).

De twee artikelen worden op 21 september gepubliceerd in het tijdschrift Science.

De James Webb-ruimtetelescoop is 's werelds belangrijkste observatorium voor ruimtewetenschap. Webb ontrafelt de mysteries van het zonnestelsel, tuurt in verre werelden rond andere sterren en onderzoekt de mysterieuze structuur en oorsprong van het universum en onze plaats daarin. De Webb-telescoop is een internationaal programma onder leiding van NASA met partners als de European Space Agency (ESA) en de Canadian Space Agency.