Het buitenste zonnestelsel is overspoeld met vloeibaar water. Een zilte oceaan gaat schuil onder de ijskoude korst van Jupiters vierde grootste maan, Europa – met meer water dan alle oceanen op aarde samen. Een ondergrondse zee op Saturnusmaan Enceladus spuugt pluimen waterdamp de ruimte in. En er zijn verleidelijke aanwijzingen dat er ook oceanen zouden kunnen bestaan op Ganymedes, Callisto, Titan en andere verre manen.
Nu lijkt een andere maan in het geheim onder water te staan. Saturnusmaan Mimas, bekend om zijn griezelige gelijkenis met de Star Wars Death Star zou vloeibaar water kunnen herbergen onder zijn ijskoude omhulsel. Als dat waar is, zouden soortgelijke zeeën zich in het volle zicht kunnen verbergen, en zou het buitenste zonnestelsel veel bewoonbaarder kunnen zijn dan eerder werd gedacht.
In 2014 publiceerden wetenschappers voor het eerst bewijs dat Mimas een waterige wereld zou kunnen zijn, waardoor de gemeenschap werd ondergedompeld in een decennium lang debat. Velen, waaronder Alyssa Rhoden, een planetaire wetenschapper die nu verbonden is aan het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, waren zeer sceptisch over de mogelijkheid. Hun redenering was simpel: het zwaar bekraterde oppervlak van Mimas vertoonde geen tekenen van een interne oceaan. Net als bij Enceladus zou de zwaartekracht van Saturnus het oceaanwater in Mimas moeten doen schudden, waardoor grote scheuren in het oppervlakte-ijs zouden ontstaan. Dergelijke fracturen zijn niet gezien.
Het tij zou nu gekeerd kunnen zijn. Twee studies, een door Rhoden en collega’s en een andere door Valéry Lainey van het Observatorium van Parijs en collega’s, pleiten sterker voor een oceaan en verklaren zelfs het raadsel aan de oppervlakte. Alles bij elkaar suggereert het onderzoek dat Mimas mogelijk een jonge en veranderende oceaan heeft. Als dat zo is, biedt dit het vooruitzicht op een buitenzonnestelsel vol activiteit. Die mogelijkheid is wat Rhoden, met wie hij sprak, het meest opwindt Kenbaar Tijdschrift over de potentiële oceaan en waarom deze zo’n zegen zou kunnen zijn voor wetenschappers.
Dit gesprek is aangepast voor lengte en duidelijkheid.
Wat weten we over deze verborgen oceanen?
In veel opzichten lijken ze op de onze, tenminste omdat ze waarschijnlijk uit zout water bestaan.
We weten dat deze oceaanwerelden ijzige oppervlakken hebben vanwege hun algehele heldere uiterlijk, zoals bevestigd door metingen van telescoop- en ruimtevaartuigen die kenmerken van waterijs detecteren. Sommige oceaanmanen hebben zelfs een dichtheid die zo laag is dat er waarschijnlijk waterijs in de rotsen in hun binnenste is vermengd. Door de hitte smelt dat waterijs tot vloeibaar water, waardoor gesteenten eroderen en zout water ontstaat. Op Enceladus spuit het zoute water gemakkelijk de ruimte in.
Gegeven hoe koud het is in de buitenste delen van het zonnestelsel, wat genereert de warmte?
Verre oceanen lijken op het eerste gezicht misschien uitgesloten. Warmte om ijs te smelten is zo ver van de zon moeilijk te verkrijgen. Maar dankzij een zwaartekrachtgril kan het buitenste zonnestelsel behoorlijk zwoel zijn.
Denk eens aan Jupiter en zijn maan Europa. Jupiter oefent een sterke zwaartekracht uit op Europa, waardoor Europa in de richting van Jupiter wordt uitgerekt. Omdat de baan van Europa excentrisch is – hij zwaait dicht bij Jupiter voordat hij verder weg zwaait – wordt Europa na verloop van tijd uitgerekt en losgelaten. Dit creëert wrijving in het binnenland die de warmte levert die nodig is om een vloeibare oceaan in stand te houden.
We zagen voor het eerst aanwijzingen dat Europa een ondergrondse oceaan zou kunnen huisvesten toen de Voyager-missie in 1979 langs Jupiter vloog. Europa lijkt niet op onze maan en zelfs niet op de meeste hemellichamen in het binnenste zonnestelsel. Het ijskoude oppervlak heeft niet veel kraters, maar is bedekt met kruisende lijnen en gebroken stukken die zijn verschoven. Je hoeft er niet heel hard naar te kijken om je voor te stellen dat daar iets anders aan de hand is.
Je noemt oppervlaktekenmerken. Op welk ander bewijsmateriaal vertrouwen we om een verborgen oceaan te detecteren?
Eén manier is om naar magnetische velden te kijken. Omdat zout water elektrisch geleidend is, kan het een magnetisch veld rond de maan creëren dat het magnetische veld van de planeet verstoort. Dat is een toonaangevend bewijsstuk voor de ondergrondse oceaan van Europa.
Maar dat alleen is niet genoeg. Het is de combinatie van bewijsmateriaal dat ons doet concluderen dat er een oceaan is. We kunnen bijvoorbeeld ook kijken naar metingen van zout aan het oppervlak en hoe de zwaartekracht van de maan aan een ruimtevaartuig trekt. Omdat de dichtheid van gesteente of vloeibaar metaal verschilt van de dichtheid van vloeibaar water, biedt de grootte van deze sleepboten aanwijzingen over het materiaal en waar het zich in de maan concentreert.
Of we kunnen ons eenvoudigweg voorstellen hoe het gezicht van de maan tijdens zijn baan van richting verandert. Over het algemeen laten deze kleine manen altijd hetzelfde gezicht zien aan hun moederplaneet, net als onze maan. Maar terwijl een maan door zijn baan beweegt, kan de richting waarin hij wijst een beetje heen en weer verschuiven, waardoor er een shimmy in het zichtbare gedeelte ontstaat. De omvang van die shimmy is afhankelijk van het interieur. Een ijsschelp boven een oceaan kan vrijer bewegen dan een ijsschelp bovenop een rots, dus de veranderingen zijn meestal groter. Zo werd de oceaan ontdekt bij Enceladus. En het is een van de beste bewijzen voor een oceaan bij Mimas.
Laten we het over Mimas hebben. Hoe ben je uiteindelijk de maan gaan bestuderen?
Ik had ongeveer tien jaar aan Europa en andere ijzige manen gewerkt toen de Mimas-krant uit 2014 uitkwam. Dat papier mat die shimmy, of libratie, terwijl het zichtbare deel van de maan verschuift, wat suggereert dat Mimas ofwel een ondergrondse oceaan herbergde, ofwel een vreemd gevormde kern.
Maar een oceaan leek onmogelijk. Mimas lijkt veel op onze maan, met een zwaar bekraterd oppervlak. Er waren geen kruisende lijnen of gebroken stukken zoals Europa. En het waren zeker geen geisers zoals Enceladus. Dus ik wierp één blik op Mimas en zei: „Dit kan onmogelijk een oceaanmaan zijn.“ Toch besefte ik dat ik het idee niet kon weerleggen.
Ik hield Mimas door de jaren heen in mijn gedachten en stelde uiteindelijk een artikel samen voor de Jaaroverzicht van aard- en planeetwetenschappenin 2023. Dat document sloot verschillende oceaanscenario’s uit en liet slechts één optie over: een oceaan die zich onlangs heeft gevormd, lang na Mimas zelf. Een jonge oceaan kan heimelijk zijn. Maar het was nog steeds slechts een hypothese.
Hetzelfde vlak van de maan is altijd op de aarde gericht, maar kan in de loop van de tijd enigszins heen en weer verschuiven vanwege de kanteling en vorm van de baan van de maan. Deze schommeling wordt een libratie genoemd. Deze NASA-video toont ook de fasen van de maan.
KREDIET: NASA’S WETENSCHAPPELIJKE VISUALISATIESTUDIO
Hoe heeft het meest recente werk het beeld veranderd?
Begin 2024 rapporteerden Valéry Lainey en zijn groep nieuw observatiebewijs ten gunste van een oceaan op Mimas. Ze keken niet naar de libratie, maar naar veranderingen in de baan van Mimas door de tijd heen – veranderingen die afhankelijk zijn van de interne structuur. Ze ontdekten dat die veranderingen niet konden worden verklaard door een vreemd gevormde kern, waardoor een oceaan de meest haalbare optie overbleef.
Het onderzoek van mijn team, gepubliceerd in juni, heeft het ontbreken van zichtbare oppervlaktebreuken verklaard. Wij beweren dat de oceaan zo jong is – slechts 10 miljoen jaar oud – dat hij pas onlangs is gestopt met groeien. Wij denken dat de getijdenspanningen van een jonge, kolkende oceaan misschien niet voldoende zijn om het ijs erboven te doen barsten. Wat in plaats daarvan nodig is, is de stress die ontstaat als de oceaan uiteindelijk weer bevriest. Omdat Mimas warmte verliest naarmate zijn baan in de loop van de tijd minder excentrisch wordt, zal het opnieuw bevriezen – wat op Mimas nog maar net begint – ervoor zorgen dat het bovenliggende ijs barst.
Het onderzoek suggereert dat Mimas uiteindelijk waarschijnlijk zijn oceaan zal verliezen, wat een beetje triest is, omdat het nu pas wordt erkend. Maar aan de andere kant kan Mimas wel eens de nieuwe Enceladus worden – de nieuwe coolste maan van Saturnus – met diepe scheuren en misschien zelfs waterstralen.
Wat zijn de grote implicaties van dit onderzoek?
Ik ben hierin geïnteresseerd vanuit geofysisch oogpunt. We beschouwen de vroegste tijdperken in ons zonnestelsel als de hete tijden, waarin alle activiteit plaatsvindt en alles evolueert naar een rustigere toestand. Pluto’s maan Charon heeft mogelijk een oceaan verloren. En de oceanen van Europa en Ganymedes zijn behoorlijk oud. Dat een maan tot ver in haar geschiedenis een nieuwe oceaan zou kunnen vormen, en dat wij zouden kunnen toekijken? Dat is spannend! Het opent de mogelijkheid dat elke wereld, inclusief een wereld met een oud, kraterachtig oppervlak, een soortgelijke transitie doormaakt.
Er is ook belangstelling voor bewoonbaarheid: of deze oceanen geschikt zijn om leven te ondersteunen. We weten momenteel niet of andere oceanen van het zonnestelsel, behalve de onze, bewoonbaar zijn, bewoond zijn geweest of momenteel bewoond zijn. Maar als Mimas echt een oceaan heeft, zouden we inzicht kunnen krijgen in hoe deze werelden zich ontwikkelen en zelfs hoe habitats ontstaan en verloren gaan. Het is opwindend om deze processen te kunnen zien zoals ze plaatsvinden – in plaats van altijd naar de eindtoestand te kijken van dingen die lang geleden zijn gebeurd.
Bekijk een artistieke impressie van hoe de Jupiter Icy Moons Explorer, of Juice, zich ontvouwde na de lancering in april 2023. Juice, een missie van de European Space Agency, zal naar verwachting in 2031 bij Jupiter aankomen en minstens drie jaar besteden aan het verzamelen van gegevens over de ijzige manen van de gigantische planeet.
Welke aankomende missies kunnen ons meer vertellen?
De European Space Agency heeft de Jupiter Icy Moons Explorer, of Juice, al gelanceerd, die gedetailleerde observaties van Europa zal maken, en de manen Ganymede en Callisto, die hints van oceanen vertonen. En in de herfst van 2024 zal NASA de Europa Clipper in een baan rond Jupiter sturen om te bepalen of er in Europa omstandigheden zijn die geschikt zijn voor leven.
Het Uranus-systeem, hoog op de NASA-agenda voor een toekomstige missie, is waar ik de meeste implicaties voor dit recente werk zie. Het lijkt verrassend veel op het Saturnus-systeem, inclusief het herbergen van ijsrijke, middelgrote manen vergelijkbaar met Mimas en Enceladus. Als er op Mimas een jonge oceaan is, is het geen grote stap om te bedenken dat er ook onder de Uranische manen waterwerelden zouden kunnen bestaan.
