Juno mengukur produksi oksigen di Eropa

Dengan menggunakan pesawat ruang angkasa Juno milik NASA, para ilmuwan telah menghitung laju produksi oksigen di bulan Jupiter, Europa, yang merupakan pertama kalinya sebuah pesawat ruang angkasa mengukur secara langsung molekul oksigen dan hidrogen bermuatan dari atmosfer bulan tersebut. Dari pengukuran tersebut, tim menentukan bahwa laju produksi oksigen jauh lebih rendah dari perkiraan dalam penelitian sebelumnya.

Europa, bulan terbesar keempat Jupiter, memiliki interior berbatu dan permukaannya terbuat dari air es. Pengukuran medan magnet bulan, yang dikumpulkan oleh misi Galileo NASA, telah memberikan bukti adanya lautan asin di bawah lapisan es. Dunia lautan, seperti Europa, adalah kandidat utama dalam pencarian kehidupan di luar bumi di tata surya kita.

“Ketika misi Galileo NASA terbang melintasi Europa, hal ini membuka mata kita terhadap interaksi kompleks dan dinamis yang dimiliki Europa dengan lingkungannya. Juno telah membawa kemampuan baru untuk secara akurat mengukur komposisi partikel bermuatan yang dipancarkan dari atmosfer Europa,” kata penulis utama Jamie Salai dari Universitas Princeton di New Jersey. “Tetapi apa yang tidak kami sadari adalah bahwa pengamatan Juno akan memberi kami batasan ketat mengenai jumlah oksigen yang dihasilkan di permukaan es Europa.”

Pada 29 September 2022, Juno mengamati Europa saat melintas di ketinggian 353 kilometer. Instrumen Eksperimen Distribusi Auroral Jovian (JADE) digunakan untuk mengukur partikel bermuatan yang ditinggalkan Bulan dalam orbitnya di sekitar Jupiter.

“Eropa ibarat bola salju yang perlahan-lahan kehilangan airnya dalam aliran sungai. Namun, dalam kasus ini, aliran tersebut adalah cairan partikel terionisasi yang tersapu ke Yupiter oleh medan magnetnya yang luar biasa.” Ketika partikel terionisasi ini bertabrakan dengan Europa, mereka memecah molekul es air.Sebuah molekul tunggal di permukaan menghasilkan hidrogen dan oksigen. Entah bagaimana, seluruh lapisan es terus-menerus terkikis oleh gelombang partikel bermuatan yang menyapu lapisan tersebut.

Melalui pengamatan Juno, tim menentukan laju produksi hidrogen di permukaan bulan. Proses pemisahan molekul air dalam es menghasilkan molekul hidrogen dan oksigen dengan perbandingan dua banding satu. Dari sini, para ilmuwan memperkirakan total produksi oksigen di Eropa sekitar 12 kilogram per detik.

“Sebelum Juno, perkiraan sebelumnya berkisar dari beberapa kilogram per detik hingga lebih dari 1.000 kilogram per detik,” kata Szalay. “Hasilnya menunjukkan dengan jelas bahwa oksigen terus diproduksi di permukaan, jumlah ini sedikit lebih sedikit dari yang kami perkirakan.”

Tim percaya bahwa sebagian oksigen yang dihasilkan dapat melintasi lapisan es menuju lautan di bawahnya, yang dapat mendukung kehidupan. Namun, mereka memperkirakan bahwa kejadian ini jauh lebih rendah dibandingkan penelitian sebelumnya.

Juno melakukan pengukuran sebagai bagian dari perluasan misinya. Pesawat luar angkasa tersebut diluncurkan pada tahun 2011 dan tiba di Jupiter pada tahun 2016. Setelah Juno menyelesaikan misi utamanya pada Juli 2021, NASA mengizinkan misi tersebut diperpanjang hingga tahun 2025, atau hingga akhir masa pakai pesawat luar angkasa tersebut.

“Kami merancang JADE untuk mengukur partikel bermuatan yang membentuk aurora Jupiter,” kata rekan penulis Frederic Allegrini dari Southwest Research Institute (SwRI) di San Antonio, Texas. “Terbang di Europa bukan bagian dari misi utama Juno. JADE dirancang untuk beroperasi di lingkungan dengan radiasi tinggi namun belum tentu di lingkungan Europa, yang terus-menerus dibombardir dengan radiasi tingkat tinggi. Namun, kinerja mesin ini mengagumkan.

Melalui misinya yang diperluas, Juno berkontribusi pada tujuan misi masa depan sistem Jovian. Penulis makalah baru ini menunjukkan bahwa temuan mereka memiliki implikasi penting bagi misi Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) milik ESA dan Europa Clipper milik NASA yang akan datang.

Ilustrasi menunjukkan orbit misi utama dan misi lanjutan Juno. (Kredit: NASA/JPL-Caltech/SwRI)

Juss yang diluncurkan pada 14 April 2023 dijadwalkan mencapai Jupiter pada tahun 2031. Untuk mencapainya, ia akan terbang mengelilingi Bumi dan Venus beberapa kali untuk melakukan apa yang disebut manuver bantuan gravitasi. Yang pertama, penerbangan melintasi Bumi dan Bulan, dijadwalkan berlangsung musim panas ini.

Di Jupiter, Goss akan mempelajari Europa dan dua bulan lain yang mengandung lautan, Ganymede dan Callisto, menggunakan 10 instrumen ilmiahnya. Selama dua kali terbang lintas, Goss akan mengukur ketebalan kerak es Eropa dan mencari lokasi untuk kemungkinan eksplorasi di masa depan.

Europa Clipper saat ini sedang diuji menjelang peluncurannya di SpaceX Falcon Heavy, yang dijadwalkan pada Oktober 2024. Setelah tiba pada tahun 2030, pesawat ruang angkasa tersebut akan menggunakan sembilan instrumen sainsnya untuk mempelajari kelayakhunian Europa selama 49 penerbangan. Penulis penelitian ini menunjukkan bahwa observasi yang dilakukan menggunakan salah satu instrumen ini, Instrumen Plasma Suara Magnetik, dipengaruhi oleh temuan baru.

Bersama-sama, misi-misi ini akan membantu para ilmuwan memahami dunia laut dan bagaimana mereka dapat mendukung kehidupan.

“Eropa adalah wilayah yang menakjubkan karena para ilmuwan yakin terdapat lautan cair di dalamnya,” kata rekan penulis Robert Ebert dari SwRI. “Air penting bagi keberadaan kehidupan dan dapat ditemukan di dalam atau pada objek dengan sifat berbeda. Europa adalah tempat yang baik untuk mencari air di tata surya kita.”

Studi Szalay et al. diterbitkan di Nature Astronomy pada 4 Maret.

(Gambar utama: Europa dicitrakan oleh Juno saat terbang lintasnya pada 26 September 2022. Kredit gambar: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill)