Quarant’anni fa, la sonda Voyager 1 scattò le prime immagini ravvicinate di Europa, una delle 79 lune di Giove. Immagini che hanno rivelato fessure brunastre screziare la superficie ghiacciata della luna, conferendole l’aspetto di un bulbo oculare velato. Le missioni nel Sistema solare esterno dei decenni successivi hanno accumulato abbastanza informazioni aggiuntive su Europa da renderla un obiettivo di studio prioritario della Nasa per la ricerca della vita extraterrestre.
Sulla sinistra è riportata una vista di Europa che risale al 2 marzo 1979, ripresa da 2.9 milioni di chilometri di distanza dal Voyager 1. Al centro, un’immagine a colori di Europa scattata dal Voyager 2 durante il suo incontro ravvicinato del 9 luglio 1979. A destra una vista di Europa tratta da immagini riprese dalla sonda Galileo alla fine degli anni ’90. Crediti: Nasa/Jpl
Ciò che rende questa luna così affascinante è l’eventualità, non remota, che possieda tutti gli ingredienti necessari per la vita. Gli scienziati hanno le prove che almeno uno di questi ingredienti, l’acqua liquida, è presente sotto la superficie ghiacciata della luna e che talvolta può esplodere nello spazio sotto forma di enormi geyser. Ma nessuno è mai stato in grado di confermare la presenza di acqua in questi pennacchi, misurando direttamente la presenza della molecola. Ora, un team di ricerca internazionale, guidato dal Goddard Space Flight Center della Nasa, ha rilevato per la prima volta il vapore acqueo osservando la superficie di Europa attraverso uno dei più grandi telescopi al mondo.
Le molecole d’acqua emettono frequenze specifiche di luce infrarossa mentre interagiscono con la radiazione solare. Crediti: Michael Lentz / Nasa Goddard
Confermare che il vapore acqueo è presente su Europa aiuta a comprendere meglio il funzionamento interno della luna. Ad esempio, aiuta a sostenere l’ipotesi di molti scienziati che sulla luna di Giove esista un oceano di acqua liquida, forse grande il doppio di quelli terrestri, che si agita sotto il suo spesso guscio ghiacciato. Un’altra possibile fonte di acqua per i pennacchi si sospetta essere costituita da bacini poco profondi di ghiaccio, forse sciolto non molto al di sotto della superficie della luna. È anche possibile che il forte campo di radiazione di Giove stia rimuovendo le particelle d’acqua dal guscio ghiacciato di Europa, anche se il recente studio non è favorevole a questo meccanismo quale sorgente dell’acqua osservata.
«Due dei tre requisiti per la vita, ossia elementi chimici essenziali (carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo e zolfo) e fonti di energia, si trovano in tutto il Sistema solare. Ma il terzo – l’acqua liquida – è il più difficile da trovare, oltre la Terra», osserva Lucas Paganini, ricercatore della Nasa che ha guidato le indagini sulla rilevazione dell’acqua. «Anche se gli scienziati non hanno ancora rilevato direttamente l’acqua liquida, abbiamo trovato ciò che di più simile potevamo trovare: l’acqua sotto forma di vapore».
Rappresentazione artistica di un pennacchio di vapore acqueo che si ritiene essere espulso dalla gelida superficie ghiacciata della luna gioviana Europa, situata a circa 800 milioni di chilometri dal Sole. Crediti: Nasa/Esa/K. Retherford/Swri
Paganini e il suo team hanno pubblicato sulla rivista Nature Astronomy i risultati del loro studio, in base ai quali dichiarano di aver rilevato una quantità di acqua rilasciata da Europa sufficiente a riempire una piscina olimpionica in pochi minuti (2360 chilogrammi al secondo). Tuttavia, gli scienziati hanno anche scoperto che l’acqua appare di rado, almeno in quantità abbastanza grande da poter essere rilevata dalla Terra. «Per me, la cosa interessante di questo lavoro non è solo la prima rilevazione diretta dell’acqua sopra Europa», sottolinea Paganini, «ma anche la sua mancanza entro i limiti del nostro metodo di rilevazione».
Infatti, il team di Paganini ha rilevato il debole ma distinto segnale del vapore acqueo solo una volta durante 17 notti di osservazioni, tra il 2016 e il 2017. Guardando la luna dall’osservatorio WM Keck, sulla sommità del vulcano di Mauna Kea, alle Hawaii, gli scienziati hanno visto molecole d’acqua nell’emisfero principale di Europa, il lato della luna che è sempre rivolto nella direzione dell’orbita lunare attorno a Giove – Europa infatti, come la nostra Luna, ha una rotazione sincrona con il suo pianeta e ha un emisfero sempre rivolto verso la direzione dell’orbita, mentre l’altro emisfero è sempre rivolto nella direzione opposta.
Per compiere le osservazioni, i ricercatori hanno usato uno spettrografo in grado di misurare la composizione chimica delle atmosfere planetarie attraverso la luce infrarossa che emettono o assorbono. Molecole come l’acqua emettono frequenze specifiche di luce infrarossa mentre interagiscono con la radiazione solare.
Questa immagine è stata scattata dalla sonda spaziale Galileo (in particolare, dallo strumento Ssi) con una risoluzione di 224 metri per pixel. Il nord è in alto e l’immagine è centrata approssimativamente a 30 gradi di latitudine nord e 220 gradi di longitudine. L’immagine è stata scattata il 26 settembre 1998. Crediti: Nasa/JPL-Caltech/University of Arizona
Prima di questo rilevamento di vapore acqueo, ci sono stati molti altri risultati allettanti che hanno riguardato Europa. Anzitutto quello della sonda spaziale Galileo della Nasa, tra il 1995 e il 2003, che ha misurato perturbazioni nel campo magnetico di Giove quando Europa gli orbitava vicino. Le misurazioni hanno suggerito agli scienziati che il fluido elettricamente conduttivo, probabilmente un oceano salato sotto lo strato di ghiaccio di Europa, stava causando disturbi magnetici. Quando i ricercatori hanno analizzato più da vicino i disturbi magnetici, nel 2018, hanno trovato prove di possibili pennacchi.
Nel 2013, gli scienziati hanno annunciato di aver utilizzato il telescopio spaziale Hubble della Nasa per rilevare gli elementi chimici idrogeno e ossigeno – componenti dell’acqua – in configurazioni simili a pennacchi nell’atmosfera di Europa. Alcuni anni dopo, hanno usato Hubble per raccogliere ulteriori prove di possibili eruzioni a pennacchio, scattando immagini di proiezioni simili a dita, nella silhouette della luna, mentre passava davanti a Giove.
«Questa prima identificazione diretta del vapore acqueo su Europa è una conferma dei nostri primi rilevamenti originali di specie atomiche ed evidenzia l’apparente scarsità di grandi pennacchi su questo mondo ghiacciato», spiega Lorenz Roth, astronomo e fisico del Kth Royal Institute of Technology a Stoccolma, che ha guidato lo studio sui dati di Hubble del 2013 ed è coautore del recente articolo.
La ricerca di Roth, insieme ad altri precedenti risultati di Europa, ha evidenziato solo i componenti dell’acqua sulla superficie. Il problema è che rilevare il vapore acqueo in altri mondi è una vera sfida: i veicoli spaziali attualmente esistenti hanno capacità limitate di rilevarlo e gli scienziati che utilizzano telescopi terrestri per cercare l’acqua nello spazio profondo devono tenere conto dell’acqua presente nell’atmosfera terrestre. Per minimizzare quest’ultimo effetto, il team di Paganini ha usato complessi modelli matematici computerizzati per simulare le condizioni dell’atmosfera terrestre in modo da poter differenziare l’acqua dell’atmosfera terrestre da quella presente su Europa, nei dati provenienti dallo spettrografo Keck.
Rendering artistico della sonda spaziale Europa Clipper della Nasa, il cui lancio è previsto nei prossimi anni. La missione si propone di porre una sonda in orbita attorno a Giove, per fare un’indagine dettagliata di Europa attraverso ripetuti voli ravvicinati. La missione nominale dovrebbe eseguire almeno 45 sorvoli di Europa ad altitudini variabili da 2700 chilometri a 25 chilometri, sopra la superficie. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech
«Abbiamo eseguito scrupolosi controlli di sicurezza per rimuovere possibili contaminanti nelle osservazioni terrestri», dice Avi Mandell, scienziato planetario del Goddard nel team di Paganini. «Ma, alla fine, dovremo avvicinarci ad Europa per vedere cosa sta realmente succedendo».
Gli scienziati saranno presto in grado di avvicinarsi abbastanza a Europa per rispondere alle loro domande sul funzionamento interno ed esterno di questo mondo forse abitabile. L’imminente missione della Nasa – Europa Clipper – che dovrebbe essere lanciata a metà degli anni ’20, completerà mezzo secolo di scoperte scientifiche, iniziate con la modesta foto del Voyager 1 di un qualcosa di molto simile a un misterioso e velato bulbo oculare.
Quando arriverà in prossimità di Europa, l’orbiter Clipper condurrà una survey dettagliata della sua superficie, delle sue profondità, dell’atmosfera sottile, dell’oceano sotterraneo e delle aperture attive potenzialmente anche più piccole. Clipper proverà a catturare immagini di qualsiasi pennacchio e a campionare le molecole che trova nell’atmosfera, con i suoi spettrometri di massa. Cercherà anche un sito nel quale un futuro lander potrebbe atterrare e raccogliere un campione. Questi sforzi saranno decisivi per svelare i segreti di Europa e le sue potenzialità in termini di vita extraterrestre.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “A measurement of water vapour amid a largely quiescent environment on Europa” di L. Paganini, G. L. Villanueva, L. Roth, A. M. Mandell, T. A. Hurford, K. D. Retherford & M. J. Mumma
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