Nog even en dan gaat Juice op weg naar Jupiter. Een jongensdroom?

Dirkx: “Toen ik 12 jaar oud was, zag ik op tv een nieuwsbericht over de lancering van de Cassini satelliet naar Saturnus en zijn manen. Ik herinner mij nog heel goed dat ik dacht: hoe geweldig het zou zijn om daaraan mee te werken. Nu, 25 jaar later, is dat precies wat ik doe.”

Vermeersen: “Ik heb de Apollolandingen nog bewust meegemaakt, en herinner me goed dat in de jaren '70 de algemene wetenschappelijke mening was dat er in ons zonnestelsel geen buitenaards leven te bespeuren is. De eerste indicaties voor leven op Mars waren immers negatief en verderop in het zonnestelsel kwam je buiten de bewoonbare zone, dacht men. Hoe anders is dat nu. Eén van de belangrijkste en meest aansprekende redenen van Juice, is de mogelijkheid van bestaand buitenaards leven in ons eigen zonnestelsel.”

En, gaan we dat vinden op Jupiter?

Vermeersen: “Juice gaat daar waarschijnlijk geen direct antwoord op geven, maar wel indirect. De vier grote manen van Jupiter zijn werelden op zich. De binnenste maan, Io genaamd, is het vulkanisch meest actieve hemellichaam in het zonnestelsel. De andere drie grote manen, Europa, Ganymedes en Callisto, zijn volledig bedekt met waterijs. Deze ijsmanen zijn erg interessant, want zij hebben zo goed als zeker waterlagen in het binnenste. En van ijsmaan Europa weten we, uit waarnemingen de NASA Galileo missie, dat er zelfs een zoutwateroceaan moet zijn. En niet zomaar eentje. Deze bevat meer oceaanwater dan alle oceanen op Aarde. Als je dan ook nog bedenkt dat de bodem van de Europa-oceaan uit vast, rotsachtig materiaal moet bestaan, met waarschijnlijk actief vulkanisme, én dat deze Europa-oceaan waarschijnlijk al miljarden jaren bestaat, dan zijn alle condities aanwezig voor het ontstaan en evolueren van leven. Of de geschikte leefomgeving er ook daadwerkelijk is, en hoe groot en diep onder het ijs deze oceanen in de ijsmanen van Jupiter zich bevinden, is één van de belangrijkste doelen van Juice.”

Wat willen we nog meer te weten komen?

Vermeersen: “We zien op het oppervlak van Europa en Ganymedes tektonische activiteit. IJsplaten die langs elkaar bewegen met merkwaardige scheurvormingen, die erop wijzen dat er sterke ijsmaanbevingen voorkomen. Verder is het onduidelijk waarom Europa zo actief is, terwijl Callisto zo dood als een pier lijkt te zijn. De sterke getijdenbewegingen van Jupiter, de meest massieve planeet in ons zonnestelsel, lijken de oorzaak te zijn van deze activiteit. Maar hoe dit alles met elkaar samenhangt, weten we niet. We willen daarom beter begrijpen hoe het totale Jupitersysteem werkt.”

Wat kan meer inzicht in het Jupitersysteem betekenen voor ons hier op Aarde?

Vermeersen: “Het Jupitersysteem heeft iets weg van een miniatuur zonnestelsel. Door dit nader te bestuderen, gaan we ook wat meer begrijpen over ons eigen zonnestelsel en zonnestelsels elders in het heelal. Hoe werken die? En, antwoord op de million dollar question: is er alleen leven op Aarde, of ook elders in het zonnestelsel?”

Wat gaan we meten?

Dirkx: “De metingen waar we ons in Delft veel mee bezig houden betreffen met name de beweging van Juice en de manen van Jupiter. Beweging in de ruimte (astrodynamica) heeft een uniek aspect: het is vrijwel volledig bepaald door zwaartkracht. Op Aarde spelen effecten als wrijving (met lucht, grond) een heel belangrijke rol, maar in de ruimte zijn dit soort effecten bijna nihil. Door beweging te meten van objecten in de ruimte (bijvoorbeeld de Juice-satelliet ), kunnen we iets zeggen over de zwaartekrachtsvelden van lichamen ‘in de buurt’. Doordat zwaartekracht wordt opgewekt uit massa, kunnen we iets zeggen over hoe een hemellichaam is opgebouwd, hoe deze om zijn as roteert, en hoe deze zijn baan door de ruimte vliegt. In deze zin is het hele zonnestelsel een soort natuurlijk laboratorium."

Wat maakt de satelliet van Juice zo bijzonder?

Dirkx: “De Juice-satelliet is met de krachtigste wetenschappelijke instrumenten uitgerust die ooit naar het buitenste zonnestelsel zijn gegaan. De baan van de satelliet is zo ontworpen dat deze heel dicht langs de manen van Jupiter zal vliegen, en uiteindelijk zelfs in een baan om Ganymedes -de grootste maan van ons zonnestelsel- zal gaan. Hoe dichterbij Juice komt, hoe sterker de invloed van de zwaartekracht van de manen. Daardoor kunnen we met Juice niet alleen de massa meten van de manen van Jupiter, maar ook informatie afleiden over hoe die massa is verdeeld in het lichaam, wat ons een unieke inkijk in het inwendige geeft. Door dit soort data te combineren met camerabeelden, laser hoogtemeter data, magneetveld metingen, radar data, en nog veel meer, kunnen we een nauwkeurig beeld vormen van hoe de maan van binnen in elkaar zit.”

Vermeersen: “Aan boord van de satelliet bevindt zich een radar die signalen naar het oppervlak van Europa kan zenden. Die signalen kunnen tot zo’n 9 km in het ijs doordringen, weerkaatsen daar op interne lagen, en worden vervolgens weer opgevangen door de satelliet. Als het ijs minder dan 9 km dik is, zou men met toekomstige landers door het ijs heen kunnen dringen tot het oceaanwater. Daarnaast heeft Juice ook een laser, Ganymede Laser Altimeter (GALA). Met die laser kunnen we naast de topografie van het oppervlak ook verticale getijdenbeweging van het ijsoppervlak gaan meten. Dit gaat ons helpen in het bepalen en beter begrijpen van een mogelijke leefomgeving in het inwendige van de ijsmaan.”

Bekijk de video over de Juice-missie:

Hoe werkt het PRIDE experiment precies?

Dirkx: “De beweging van de satelliet wordt gemeten met het 3GM-instrument en het PRIDE experiment. Het 3GM-instrument zorgt ervoor dat een radiosignaal van een grondstation op Aarde heel nauwkeurig wordt teruggestuurd. Dit signaal wordt dan weer door het grondstation ontvangen. Door heel nauwkeurig het gedrag van dit signaal te meten, kan er informatie worden afgeleid over de beweging van Juice. Het PRIDE experiment heeft geen hardware op Juice, maar gebruikt een wereldwijd netwerk van radiotelescopen om het signaal van JUICE te ontvangen. De belangrijkste data die we hieruit afleiden komt van het Doppler-effect. Door dit effect wordt de frequentie van het radiosignaal wat op Aarde wordt ontvangen beïnvloed door de relatieve beweging van Juice. Een bekend effect dat ook optreedt bij geluidsgolven.”

“Voorbeeld: als een ambulance langs je rijdt, wordt de toon van de sirene die je hoort anders, door de verandering in relatieve snelheid. Met het Doppler-effect meten we de relatieve snelheid van Juice tot op 1/20,000 km/h nauwkeurig. Dit komt overeen met het meten van de verandering in de afstand tot Juice over een periode van 1 minuut, met een nauwkeurigheid van 1 mm. En dit alles op een afstand van bijna een miljard kilometer!”

“Met PRIDE doen we hier nog een schepje bovenop. Door de data van alle telescopen te combineren, kunnen we door gebruik te maken van ‘VLBI’ (Very Long Baseline Interferometry) ook de richting waaruit het signaal komt heel nauwkeurig meten. Dit kunnen we doen met een nauwkeurigheid van 1/100,000,000 graden. Als we een radiosysteem op het oppervlak van de maan zetten, betekent dit dat we tot op 5 cm nauwkeurig kunnen zeggen waar deze staat. Met deze nauwkeurige metingen kunnen we heel precies de beweging van Juice en de manen van Jupiter bepalen. Dat leert ons veel over het inwendige en de evolutie van de manen.”

Er wordt veel gezegd en geschreven over duurzame luchtvaart. Hoe kan de ruimtevaart bijdragen aan een duurzame wereld?

Vermeersen: “Stel je voor dat we ontdekken dat er naast leven op Aarde ook leven in een oceaan in het binnenste van een ijsmaan bij Jupiter is, dus in ons eigen zonnestelsel. Dat heeft consequenties die zich uitstrekken van filosofische tot aan natuurwetenschappelijke aard. Het zou gevolgen hebben voor bijvoorbeeld de vraag hoe waarschijnlijk het is dat leven elders in het heelal voorkomt. Bijvoorbeeld bij exoplaneten, één van de hot topics in de sterrenkunde. Maar het zou ook vergelijkingsmateriaal voor de biologie bieden, dat tot nu toe beperkt is tot het waarnemen van leven op Aarde. Hoe is het leven daar in die waterijsoceaan ontstaan en hoe heeft het zich geëvolueerd? En, herkennen we dat leven wel? Of denken we te veel in bekende termen van koolstofverbindingen met waterstof, zuurstof, stikstof, fosfor en zwavel? Onderzoek vanuit de ruimte biedt ons waardevolle inzichten over klimaatverandering. Juice gaat ons hoe dan ook helpen om allerlei aspecten van het vergelijken van planetaire hemellichamen beter te bestuderen.”