Zeeën aan water op ijsmanen van Jupiter en Saturnus: nog altijd een raadsel

Vloeibaar water is een van de belangrijkste voorwaarden voor leven. En dus zijn wetenschappers erg geïnteresseerd in water in ons zonnestelsel: zowel op planeten als hun manen. Maar hoe kan water vloeien op ijskoude plekken zoals de manen van Jupiter en Saturnus? Marc Rovira Navarro onderzocht het met financiering vanuit het NWO/NSO aan de TU Delft. Maar er blijven nog vele raadsels over voor de toekomstige ruimtemissies zoals JUICE, die volgend jaar gelanceerd wordt.

Jupiter en Saturnus zijn de twee zwaarste planeten in ons zonnestelsel. Saturnus is zo’n 95 keer zo zwaar als de aarde en Jupiter is zelfs meer dan 300 keer zwaarder. Ook in andere opzichten overtreffen ze de aarde: waar wij ’s nachts slechts één maan aan de hemel hebben staan, heb je op deze reuzeplaneten uitzicht op zo’n 80 manen.

Vloeibaar water

Sinds eind vorige eeuw weten we dat een aantal van deze manen grote hoeveelheden vloeibaar water bevatten. Dit is bevestigd door meerdere ruimtemissies, zoals ruimtesonde Cassini die dwars door de uitbarstingen van water-spuwende geisers op Enceladus (maan van Saturnus) heenvloog. Sommige manen, zoals Europa van Jupiter, bevatten meer water dan er in totaal op de aarde aanwezig is.

Deze manen staan ver van de zon af op een ijskoude plek in de ruimte. De buitenkant van de manen bestaat uit een dikke ijslaag, maar daaronder bergen de manen ondergrondse zeeën. Waar krijgen de manen de warmte vandaan die nodig is om het ijs te laten smelten? Het antwoord ligt in de getijdenkracht.

Figuur 1: Lagen van Enceladus. Bron: NASA

Kneedbare manen

De zwaartekracht die de reusachtige planeten uitoefenen op hun manen, is zo groot dat de manen een beetje uit vorm raken. Als de manen dicht bij de planeet staan, worden ze veel sterker uitgerekt dan wanneer ze ver weg zijn. Die vormverandering veroorzaakt wrijving en hitte in het maangesteente, net zoals wanneer je wat klei of was kneedt om het op te warmen.

Figuur 2: Als de maan dichtbij de planeet staat, wordt hij meer uitgerekt. Bron: Dmitri Pavlichin

Er is nog veel onbekend over de precieze werking van de warmteoverdracht, bijvoorbeeld waar de warmte precies wordt overgedragen (in de mantel, oceaan of het ijs) of wat de impact is van golven en stromingen in de ondergrondse oceanen.

Onderzoek naar stromingen en getijden

Marc Rovira Navarro heeft onderzoek gedaan naar het effect van de stromingen en golven in de ondergrondse zeeën op de energiehuishouding van de manen en gekeken of deze stromingen meetbaar zijn met toekomstige ruimtemissies. Dit onderzoek heeft hij uitgevoerd in samenwerking met oceanografen van NIOZ en planeetwetenschappers van de TU Delft.

Nieuwe vragen

Een van de manen die Rovira Navarro heeft onderzocht is Enceladus, een klein maantje van Saturnus. Uit de vervormingen van het ijs en de steenachtige kern, kan niet genoeg energie ontstaan om het ijs te laten smelten. De hypothese van Navarro en zijn collega’s was dat de golfbewegingen in de oceaan voor de benodigde energie zouden zorgen. Na de berekeningen lijkt dat toch niet mogelijk en moeten de wetenschappers hun beeld bijstellen. Alternatieve hypothesen zijn dat (1) de kern van de maan poreus is of (2) de oceaandichtheid niet constant is.

Zoals Rovira Navarro zegt: ‘onderzoek is erg niet-linear’. Je start met een idee, maar gaandeweg krijg je andere resultaten dan verwacht en moet je je ideeën bijstellen. Er zijn veel open vragen: Is het water in de oceanen goed gemixt? Hoe ziet de kern van de manen er precies uit? Wat is de rol van stroming beweging van ijs? Dit heeft allemaal effect op de beweging van organische moleculen en dus de mogelijkheid van leven.

Nieuwe ruimtemissies kunnen hopelijk een aantal van deze vragen beantwoorden. Eén daarvan is de ESA missie JUICE, die volgend jaar wordt gelanceerd en drie manen van Jupiter zal bezoeken. De data daarvan zijn van grote waarde voor de Nederlandse wetenschappers, die de zoektocht naar leven buiten de aarde doorzetten.

NWO/NSO financiert planeet- en aardobservatieonderzoek dat wordt uitgevoerd met behulp van ruimte-infrastructuur.

Figuur 3: Een schets van de toekomstige JUICE missie. Bron: ESA