Quarant'anni fa, una navicella spaziale Voyager ha scattato le prime immagini in primo piano di Europa, una delle 79 lune di Giove. Queste hanno rivelato crepe brunastre che affettano la superficie ghiacciata della luna, che danno a Europa l'aspetto di un bulbo oculare venoso. Le missioni nel sistema solare esterno nei decenni successivi hanno accumulato sufficienti informazioni aggiuntive su Europa per renderla un obiettivo di indagine ad alta priorità nella ricerca della vita della NASA.

Ciò che rende questa luna così affascinante è la possibilità che possieda tutti gli ingredienti necessari per la vita. Gli scienziati hanno prove che uno di questi ingredienti, acqua liquida, è presente sotto la superficie ghiacciata e talvolta può eruttare nello spazio in enormi geyser. Ma nessuno è stato in grado di confermare la presenza di acqua in questi pennacchi misurando direttamente la molecola d'acqua stessa. Ora, un team di ricerca internazionale guidato dal Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, ha rilevato per la prima volta il vapore acqueo sopra la superficie di Europa. Il team ha misurato il vapore scrutando Europa attraverso l'Osservatorio W.M. Keck alle Hawaii, uno dei telescopi più grandi del mondo.

Confermare che il vapore acqueo è presente sopra Europa aiuta gli scienziati a comprendere meglio il funzionamento interno della luna. Per esempio, aiuta a sostenere un'idea, di cui gli scienziati sono fiduciosi, che c'è un oceano di acqua liquida, forse due volte più grande della Terra, che sguazza sotto il guscio di ghiaccio spesso miglia di questa luna. Un'altra fonte d'acqua per i pennacchi, alcuni scienziati sospettano, potrebbero essere serbatoi poco profondi di ghiaccio d'acqua fuso non molto al di sotto della superficie di Europa. È anche possibile che il forte campo di radiazioni di Giove stia strappando particelle d'acqua dal guscio di ghiaccio di Europa, sebbene la recente indagine abbia argomentato contro questo meccanismo come fonte dell'acqua osservata.

"Elementi chimici essenziali (carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo, e zolfo) e fonti di energia, due dei tre requisiti per la vita, si trovano in tutto il sistema solare. Ma il terzo, l'acqua liquida, è alquanto difficile da trovare oltre la Terra, " ha detto Lucas Paganini, uno scienziato planetario della NASA che ha guidato l'indagine sul rilevamento dell'acqua. "Anche se gli scienziati non hanno ancora rilevato direttamente l'acqua liquida, abbiamo trovato la cosa migliore:l'acqua sotto forma di vapore."

In uno studio pubblicato oggi sulla rivista Astronomia della natura , Paganini e il suo team hanno riferito di aver rilevato una quantità sufficiente di acqua rilasciata da Europa (5, 202 sterline, o 2, 360 chilogrammi, al secondo) per riempire in pochi minuti una piscina olimpionica. Ancora, gli scienziati hanno anche scoperto che l'acqua appare di rado, almeno in quantità abbastanza grandi da essere rilevate dalla Terra, disse Paganini:"Per me, la cosa interessante di questo lavoro non è solo il primo rilevamento diretto dell'acqua sopra Europa, ma anche la sua mancanza entro i limiti del nostro metodo di rilevamento."

Infatti, Il team di Paganini ha rilevato il segnale debole ma distinto del vapore acqueo solo una volta durante 17 notti di osservazioni tra il 2016 e il 2017. Guardando la luna dall'Osservatorio di Keck, gli scienziati hanno visto molecole d'acqua nell'emisfero principale di Europa, o il lato della luna che è sempre rivolto nella direzione dell'orbita della luna intorno a Giove. (Europa, come la luna della Terra, è gravitazionalmente bloccato sul pianeta ospite, quindi l'emisfero principale è sempre rivolto verso la direzione dell'orbita, mentre l'emisfero posteriore è sempre rivolto nella direzione opposta.)

Hanno usato lo spettrografo nel vicino infrarosso dell'Osservatorio Keck (NIRSPEC), che misura 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.

Prove crescenti per l'acqua

Prima del recente rilevamento del vapore acqueo, ci sono state molte scoperte allettanti su Europa. Il primo è arrivato dalla navicella spaziale Galileo della NASA, che ha misurato le perturbazioni nel campo magnetico di Giove vicino a Europa mentre orbitava attorno al pianeta gigante gassoso tra il 1995 e il 2003. Le misurazioni hanno suggerito agli scienziati che il fluido elettricamente conduttivo, probabilmente un oceano salato sotto lo strato di ghiaccio di Europa, stava causando i disturbi magnetici. Quando i ricercatori hanno analizzato più da vicino i disturbi magnetici nel 2018, hanno trovato prove di possibili pennacchi.

Intanto, gli scienziati hanno annunciato nel 2013 di aver utilizzato il telescopio spaziale Hubble della NASA per rilevare gli elementi chimici idrogeno (H) e ossigeno (O) - componenti dell'acqua (H2O) - in configurazioni simili a pennacchi nell'atmosfera di Europa. E qualche anno dopo, altri scienziati hanno usato Hubble per raccogliere ulteriori prove di possibili eruzioni di pennacchi quando hanno scattato foto di proiezioni simili a dita che apparivano in silhouette mentre la luna passava davanti a Giove.

"Questa prima identificazione diretta del vapore acqueo su Europa è una conferma fondamentale delle nostre rilevazioni originali di specie atomiche, ed evidenzia l'apparente scarsità di grandi pennacchi su questo mondo ghiacciato" ha detto Lorenz Roth, un astronomo e fisico del KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma che ha guidato lo studio Hubble del 2013 ed è stato coautore di questa recente indagine.

la ricerca di Roth, insieme ad altri precedenti risultati di Europa, hanno misurato solo i componenti dell'acqua al di sopra della superficie. Il problema è che rilevare il vapore acqueo in altri mondi è impegnativo. I veicoli spaziali esistenti hanno capacità limitate per rilevarlo, e gli scienziati che utilizzano telescopi terrestri per cercare l'acqua nello spazio profondo devono tenere conto dell'effetto di distorsione dell'acqua nell'atmosfera terrestre. Per minimizzare questo effetto, Il team di Paganini ha utilizzato complessi modelli matematici e computerizzati per simulare le condizioni dell'atmosfera terrestre in modo da poter differenziare l'acqua atmosferica terrestre da quella di Europa nei dati restituiti dal NIRSPEC.

"Abbiamo eseguito diligenti controlli di sicurezza per rimuovere possibili contaminanti nelle osservazioni a terra, "ha detto Avi Mandell, uno scienziato planetario Goddard nella squadra di Paganini. "Ma, infine, dovremo avvicinarci all'Europa per vedere cosa sta succedendo davvero".

Gli scienziati saranno presto in grado di avvicinarsi abbastanza a Europa per risolvere le loro persistenti domande sul funzionamento interno ed esterno di questo possibile mondo abitabile. La prossima missione Europa Clipper, dovrebbe essere lanciato a metà degli anni 2020, completerà mezzo secolo di scoperte scientifiche iniziate con una modesta foto di un misterioso, bulbo oculare venoso.

Quando arriva in Europa, l'orbiter Clipper condurrà un rilevamento dettagliato della superficie di Europa, interno profondo, atmosfera sottile, oceano sotterraneo, e prese d'aria attive potenzialmente ancora più piccole. Clipper proverà a scattare immagini di eventuali pennacchi e campionare le molecole che trova nell'atmosfera con i suoi spettrometri di massa. Cercherà anche un sito fruttuoso da cui un futuro lander Europa potrebbe raccogliere un campione. Questi sforzi dovrebbero svelare ulteriormente i segreti di Europa e il suo potenziale per la vita.