Mentre il gelido satellite gioviano orbita attorno al gigante gassoso, con il suo prezioso oceano sotterraneo, la sua superficie è immersa in radiazioni ad alta energia, colpita giorno e notte da elettroni ed altre particelle. Ma i composti salini reagiscono in modi diversi alle radiazioni ed emettono il loro bagliore unico. A occhio nudo, Europa apparirebbe a volte leggermente verde, a volte leggermente blu o bianca, con vari gradi di luminosità a seconda del materiale.

Generalmente le osservazioni spettroscopiche di un oggetto nello spazio avvengono sfruttando la luce del Sole, cioè osservando la superficie illuminata ma gli scienziati hanno ricostruito come potrebbe apparire il lato notturno di Europa in laboratorio. "Prevediamo che questo bagliore notturno del ghiaccio potrebbe fornire ulteriori informazioni sulla composizione della superficie di Europa. Il modo in cui questa composizione varia potrebbe darci indizi sulle condizioni di abitabilità della luna", ha detto Murthy Gudipati.

Dalle precedenti osservazioni sappiamo che la superficie di Europa è composta da una miscela di ghiaccio e sali comunemente noti sulla Terra, come il solfato di magnesio (sale Epsom) e il cloruro di sodio (sale da cucina). La nuova ricerca mostra questi sali, incorporati nel ghiaccio d'acqua, in condizioni simili a quelle di Europa e bombardarti con radiazioni, producono un bagliore. Tuttavia, questo è un fenomeno noto: la lucentezza è causata dagli elettroni energetici che penetrano nella superficie, energizzando le molecole sottostanti. Quando queste molecole si rilassano, rilasciano energia sotto forma di luce visibile. "Ma non avremmo mai immaginato che avremmo visto quello che poi abbiamo visto", ha detto Bryana Henderson del JPL, coautrice della ricerca. "Quando abbiamo provato nuove composizioni di ghiaccio, il bagliore sembrava diverso. Ci siamo limitati a fissarlo per un po' e poi abbiamo detto: 'Questo è nuovo, giusto? Questo è decisamente un bagliore diverso?' Quindi abbiamo puntato uno spettrometro e [effettivamente] ogni tipo di ghiaccio aveva uno spettro differente".

ghiaccio europa laboratorioIl ghiaccio simulato della superficie di Europa, bombardato da elettroni MeV, Il materiale si illumina ed è qui ripreso da una videocamera che registra l'esperimento in sicurezza.
Credti: Gudipati et al., Nature Astronomy, 2020

La superficie ghiacciata di Europa è stata studiata in laboratorio attraverso uno strumento unico, chiamato Ice Chamber for Europa's High-Energy Electron and Radiation Environment Testing (ICE-HEART).
Inizialmente, il team voleva capire se il materiale organico sotto la crosta ghiacciata della luna avrebbe reagito alle radiazioni dell'ambiente gioviano. Stava conducendo la ricerca presso il National Institute of Standards and Technology (NIST), bombardando carote di ghiaccio, poste in tubi di allumino raffreddati a –173.15 °C (circa 100 K), con elettroni ad alta energia tra 10 MeV e 25 MeV (una gamma effettivamente sperimentata da Europa). Il team non si aspettava che avrebbe osservato variazioni nel bagliore legate alle diverse composizioni del ghiaccio. "Questo è stato il momento 'Aha'", ha dichiarato Gudipati.

Gli scienziati si sono accorti che stava succedendo qualcosa di speciale quando hanno utilizzato un nucleo di ghiaccio composto da 50:50 NaCl: H2O (sale da cucina e acqua salata congelata a 100 K).

"Se Europa non fosse esposta a questa radiazione, avrebbe l'aspetto della nostra Luna - scura sul lato in ombra", ha detto Gudipati. "Ma poiché è bombardata dalla radiazione di Giove, brilla nell'oscurità".
La prossima missione della NASA, Europa Clipper, schedulata per il 2025, osserverà la superficie della luna con più passaggi ravvicinati. Gli scienziati della missione stanno esaminando le scoperte degli autori per valutare se un bagliore potrà essere rilevato dagli strumenti scientifici del veicolo spaziale. "Non capita spesso di essere in un laboratorio e di dire: 'Potremmo trovarlo quando arriveremo lì'", ha detto Gudipati. "Di solito è il contrario: vai lì e trovi qualcosa e cerchi di spiegare in laboratorio. Ma la nostra previsione proviene da una semplice osservazione ed è di questo che si occupa la scienza".