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¿Crisoles de Vida?

Júpiter y las Lunas Galileanas 

Por: Cynthia Phillips

Del Centro de Estudios para la Vida en el Universo del Instituto SETI.

Publicado: 07:00am

23 de Mayo del 2002 

Este artículo comienza una serie de varios que considerarán las posibilidades de vida en el sistema Joviano, específicamente en la luna Europa, de Júpiter. Comencemos con una introducción a Júpiter y a sus cuatro satélites mayores. 

Júpiter es el planeta más grande en el sistema solar, tiene más masa que el resto de los planetas del sistema juntos. Júpiter, un gigante gaseoso, está formado principalmente de hidrógeno (un 90%) con una menor cantidad de helio (cerca del 10%). El resto consiste de pequeñas cantidades de metano, amoníaco y agua, con algo de material rocoso o metálico en su centro. Se cree que la gruesa atmósfera de Júpiter rodea un núcleo pequeño de una masa equivalente a la de 10 a 15 veces la masa de la Tierra, casi nada comparado con la masa total de Júpiter de cerca de 318 Tierras (1.9x1027 kilogramos).    

A pesar de llamarlo un gigante gaseoso, la mayor parte de Júpiter no está formada de material en estado gaseoso, sino que es una extraña substancia denominada hidrógeno metálico líquido. Este es una forma de hidrógeno que sólo puede tenerse bajo presiones extremadamente altas y hasta donde sabemos sólo se le encuentra en el interior de Júpiter y de Saturno. Por encima del hidrógeno líquido hay una capa de helio, y más arriba se encuentra una atmósfera de hidrógeno y helio gaseosos más normal, con trazas de otros elementos entremezclados. Las asombrosas capas de nubes visibles desde el espacio se deben a pequeñas cantidades de azufre mezclado dentro de las nubes, lo que produce bandas de colores que van de rojos a amarillos o blancos. 

Júpiter recorre el Sol a una distancia de 5.2 veces la distancia desde la Tierra al Sol. La energía que genera, los grandes sistemas de tormentas de Júpiter, viene principalmente de sus propios recursos interiores, ya que Júpiter recibe mucha menor energía solar por su distancia al Sol, de la que recibimos aquí en la Tierra. Júpiter tiene, igualmente, un fuerte campo magnético dando como resultado que grandes cantidades de partículas energéticas quedan atrapadas cerca de él. Estas partículas de alta energía dan como resultado una enorme cantidad de radiación causando problemas para naves como la sonda Galileo y siendo una amenaza para los astrónomos que deseen explorar Júpiter o sus lunas. Este entorno de radiación nos ofrece interesantes reacciones químicas que se desarrollan en la superficie de Europa al impactar las partículas cargadas e interactuar con la superficie helada. Este tema será tratado en un artículo posterior. 

Los cuatro grandes satélites de Júpiter, fueron vistos por primera vez por Galileo en 1610. El paradigma del descubrimiento de objetos orbitando un cuerpo celeste, diferente a la Tierra, cambió la visión geocéntrica del universo a favor del modelo heliocéntrico, con grandes consecuencias religiosas y científicas. Los cuatro grandes satélites son llamados las lunas de Galileo en su honor. En orden desde Júpiter son: Io, un cuerpo volcánico brillantemente coloreado; Europa, un mundo cubierto de hielo; Ganímedes, un cuerpo rocoso y helado con algunas áreas muy antiguas de cráteres y algo de formaciones más recientes; y Calisto,  lleno de cráteres muy parecidos a la Luna.

Los cuatro satélites de Galileo dan la imagen de un sistema solar en miniatura, y se cree que se formaron por condensaciones de desechos de material que rodeaba a Júpiter de la misma manera en que los planetas se formaron de los desechos del disco que rodeaba al Sol. Existe también un escalonamiento en composición y densidad en los satélites de Galileo, desde Io, rocoso con alta densidad y casi libre de agua, a Europa, que tiene una capa de hielo sobre roca, a Ganímedes, con un grueso manto de agua cristalizada encima de un núcleo grande de roca y metal, hasta llegar a la baja densidad de Calisto, que no puede ser totalmente diferenciada y que podría tener una mezcla de roca y hielo por todo él. 

Este escalonamiento es similar al cambio que ocurre en los planetas en su contenido volátil y densidad según su distancia del Sol, desde el rocoso y altamente denso Mercurio hasta el sistema solar exterior altamente helado. La diferencia dentro del sistema solar en el contenido volátil y la densidad, se cree que provenga de un gradiente de temperatura en el disco original del cual se condensaron los planetas; la “línea de nieve,” donde el agua y otros materiales volátiles pudieron condensarse a partir de la nube de gas y polvo, se cree que estuvo cerca de la órbita de Júpiter, y es por lo cual las lunas del sistema solar exterior tienen un mayor contenido volátil que los planetas del sistema solar interior. Este podría haber sido el caso en la formación del sistema de Júpiter al igual que los satélites Galileanos formados de un disco de material sobrante que rodeaba el proto-Júpiter. Otra posibilidad es que los materiales inestables fueron simplemente desprendidos de Io, y aún quizá de Europa, por la inmensa actividad geológica provocada por el calor de las mareas cósmicas (esto se discutirá en un artículo futuro).

http://space.com/searchforlife/seti_tidal_europa_021003.html

En un artículo previo tratamos sobre la luna Europa de Júpiter como parte de un mini sistema solar consistente de cuatro grandes satélites Galileos en órbita alrededor de Júpiter. Europa es merecedora de una consideración especial debido a la posibilidad de que condiciones ideales de vida existieran en esta pequeña y helada luna, ya fuera en el pasado o en el presente. Uno de los requerimientos para la vida, es el agua líquida. Pero, ¿cómo pudo existir agua líquida en un mundo tan pequeño y tan alejado del Sol? La respuesta es el calor de las mareas, que podría proveer energía suficiente para mantener un océano de agua líquida debajo de la superficie helada de Europa ¡qué es mayor en volumen que todos los océanos de la Tierra combinados!

Europa está envuelta en una resonancia de mareas con sus satélites vecinos, la volcánica Io en el interior y el gran Ganimedes en el exterior. Como cada una de las lunas Galileas, Europa se encuentra en un giro fijo con Júpiter, realizando su rotación alrededor de su polo con un período idéntico a su período orbital de 3.6 días terrestres. Europa está en una resonancia 1:2:4 con Ganimedes e Io – por cada dos veces que Europa orbita a Júpiter, Ganimedes lo hace una e Io lo hace cuatro. Esta resonancia evita que los satélites tengan órbitas circulares perfectas, causando una excentricidad forzada que hace variar sus distancias desde Júpiter. La fuerte gravedad de Júpiter levanta un abultamiento en la porción de la superficie que está de cara al planeta, pero como las distancias entre las lunas y Júpiter varían, la altura del estirón de la marea también varía a lo largo de la órbita del satélite. La variación en la amplitud de la marea se convierte en una flexión de la marea a medida que el abultamiento aumenta o disminuye, produciendo una disipación interna de energía denominada calentamiento de marea.

El calentamiento de marea es más intenso en Io, debido a su proximidad con el planeta Júpiter y da como resultado una actividad volcánica constante en esa pequeña luna. Io es, de hecho, el cuerpo más activo volcánicamente en el sistema solar, sobrepasando aún a la misma Tierra. Si el grado actual de actividad volcánica en la luna Io es típico, entonces habrá existido suficiente proceso volcánico para reciclar la corteza entera de Io, un múltiple número de veces en su historia. La actividad volcánica de Io pudo haber alejado la mayoría de los productos volátiles con el tiempo. Si existió alguna cantidad de agua en Io en su formación inicial, ahora ya hace tiempo que se habría ido.

Ganimedes también se encuentra sujeto al calentamiento de marea, aunque en un menor grado que Io y Europa, debido a su mayor distancia de Júpiter (y por lo mismo una menor tensión gravitacional). Aún así, Ganimedes parece haber tenido suficiente calentamiento de marea para haber tenido algo de actividad geológica en el pasado, lo que le permitió diferenciarse internamente con un manto helado y un núcleo rocoso/metálico. La superficie de Ganimedes consiste de viejos terrenos con cráteres, pero también de áreas de cumbres y ranuras más jóvenes que son el resultado de una actividad tectónica más reciente. Se puede hacer una comparación interesante entre Ganimedes y su vecino satélite Calisto. Calisto no participa de la resonancia de las otras tres lunas Galileas y su superficie se parece a la de la Luna de la Tierra – es un cuerpo viejo, lleno de cráteres con pocos, si es que alguno, signos de actividad geológica. Se piensa que Calisto no sea totalmente diferente, aunque estudios recientes nos muestran que podría tener un pequeño núcleo.

Una cantidad sustancial de calor es disipada dentro del núcleo, manto y la propia capa de hielo de Europa. Aún se está debatiendo para conocer cuanto calor exactamente es disipado por las mareas dentro de Europa y donde exactamente tiene lugar este calentamiento – ¿es cerca de la superficie, en la interfase de hielo/agua (si es que hay alguna) o en la interfase de agua/roca o hielo/roca en el fondo de la capa de hielo?

Por lo tanto, la posibilidad teórica existe para la presencia de agua líquida en Europa. Aún así, ¿tenemos alguna evidencia? De hecho la tenemos y en el próximo artículo de esta serie ocasional acerca de la vida en Europa consideraremos las líneas de evidencia para el agua líquida.

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En dos artículos previos consideramos a los satélites Galileos y al hecho de que la marea flexionada, debido a las órbitas en resonancia, provee calor para actividad volcánica en Io y podría dar como resultado la presencia de agua líquida debajo de la capa helada de la superficie de Europa. La nave espacial Galileo, que se encuentra terminando su misión en el sistema Joviano, tomó un gran número de imágenes de la superficie de Europa entre los años 1995 y 2001 que pueden usarse para estudiar la geología de esta pequeña luna y buscar evidencia de agua líquida bajo su superficie.

La nave espacial Voyager tomó las primeras imágenes de acercamiento de Europa a finales de los 1970’s. Antes del Voyager bien poco se sabía acerca de la superficie de Europa excepto de que era muy brillante y las mediciones tomadas desde la Tierra con espectrómetros y telescopios sugerían de que podría haber agua. Las imágenes tomadas por el Voyager nos revelaron una superficie cubierta con formaciones del tipo de cuarteamientos y muy pocos impactos de cráter. La ausencia de cráteres fue sorprendente, ya que todos los cuerpos en el sistema solar, son golpeados por objetos estelares. Este proceso determina una superficie marcada como en la Luna, a menos que alguna actividad geológica tenga lugar y haga que desaparezcan los cráteres de la superficie. La relativa ausencia de cráteres en Europa significa que la superficie es joven, quizá tan reciente como unas pocas decenas de millones de años.

Las imágenes de la superficie de Europa tomadas por la nave Galileo nos han enseñado características que podrían ser consistentes con la presencia de agua líquida bajo la superficie de Europa, pero no lo prueban [ver imagen]. La superficie de Europa esta primordialmente cubierta  por un amplio conjunto de fisuras y cumbres. También están presentes unas áreas de “terreno desordenado”, donde la superficie parece haber sido dividida en bloques consistentes como icebergs que parecen haberse “movido” hacia nuevas posiciones. Tales áreas pueden ser reconstruidas encajando las características preexistentes en los bloques como si se tratase de un rompecabezas. Otras características de interés en la superficie de Europa incluyen regiones que posiblemente podrían ser corrientes de superficie de baja viscosidad e impactos de cráteres que son anormalmente poco profundos.

Se han propuesto un número de modelos para la formación de una variedad de características visibles en las imágenes de Galileo, respecto de la superficie de Europa. No existe un consenso entre estas imágenes, a menudo contradictorias,  de la geofísica de Europa. Por lo general, los modelos de debajo de la superficie de Europa caen en dos categorías, una en la cual una capa delgada de hielo (a lo más unos pocos kilómetros de espesor) está presente encima de una capa de agua  líquida y otra en la cual la capa de hielo de la superficie es mucho más gruesa, quizá diez kilómetros o más, con agua líquida (si es que existe) a una mayor profundidad. Los modelos de la formación de varios aspectos geológicos sobre Europa parecen seguir ya sea una o la otra teoría.

Por ejemplo, las formas de los impactos de los cráteres en Europa sugieren que se formaron dentro de un blanco sólido, pero sus escasas profundidades sugieren que la superficie rebotó un poco después de su formación. Modelos de estos rebotes sugieren que la mayoría de los cráteres en Europa se formaron en una capa superficial quebradiza de unos 5 a 15 kilómetros de grueso revistiendo una capa debajo de la superficie de menor viscosidad. El material de esta capa inferior, sin embargo, podría ser agua líquida o hielo caliente de baja viscosidad. Un modelo aparte de formación central de los picos de cráteres en Europa nos sugiere que la capa de la costra de hielo debe de tener al menos de 3 a 4 kilómetros de espesor y una topografía modelo de  cráteres sugiere una capa mucho más gruesa de entre 19 y 25 Km.

Corrientes de superficies crío-volcánicas hechos de una mezcla de agua, hielo y quizá otros materiales volátiles tales como amoníaco, serían intrigantes, pero existen muy pocas regiones donde las formas de las características de la superficie sean sugerentes de corrientes. También existe un problema de flotabilidad en su formación, ya qué es difícil de obtener agua líquida en la superficie de Europa, ya que es más densa que el hielo. Una posible región con estas características es visible en la figura y tiene alrededor de 3 kilómetros de ancho. Esta región podría haberse formado cuando algún tipo de material fluido cubrió las ya existentes cumbres y otros puntos.

Los modelos de formación de cumbres varían desde crío vulcanismo, a opresión de mareas a  compresión de perforación linear y deformación plástica. Estos modelos varían en requerimientos desde una corteza muy delgada cubriendo al agua líquida (el modelo de encogimiento de mareas) hasta modelos de estado sólido completo con una costra quebradiza delgada encima de una capa de hielo tibio de baja viscosidad (perforación o compresión). Una característica interesante denominada cumbres cicloidales parece corresponderse en orientación y localización a las fisuras de la superficie en respuesta al diario cambio del estrés de las mareas. Este modelo requeriría de la existencia de un océano global cerca de la superficie para obtener suficientes esfuerzos de marea como para romper el hielo. Claramente, los modelos comunes en la literatura son contradictorios y tienen muy diferentes implicaciones para la estructura debajo de la superficie de Europa. 

El terreno desordenado (caótico) fue visto inicialmente como una gran posibilidad para la existencia de agua líquida bajo la superficie de Europa, pero los modelos de formación que involucran sólo materiales sólidos también son posibles. Al final líquido del espectro, las regiones de terreno caótico son vistas como áreas de flujo de calor localizado donde la capa de hielo se derritió directamente hasta la superficie. En este modelo, los bloques son remanentes flotantes de la pre-existente costra de hielo que se movió en una mezcla fangosa, tanto trasladándose como inclinándose. Eventualmente esta matriz helada se solidificó terminando con el movimiento de los bloques  y conservando estos sus posiciones finales. Este modelo requiere de un calentamiento localizado de la corteza, pero ha de ser difícil el concentrar el calor en espacio y tiempo. El modelo de formación del estado sólido sugiere que el hielo se eleva hacia la superficie en una formación rocosa, eventualmente trastornando la quebradiza superficie.  Sin embargo estos ascensos de materiales ascendentes hacen difícil la inclinación de los bloques según se observan. Un tercer modelo intermedio, sugiere que el escurrimiento del derretimiento dentro de la perforación rocosa ascendente produce un caos. Así pues, los modelos de formación de caos parecen favorecer la existencia de ya sea agua o una mezcla fangosa de hielo y agua a poca profundidad cerca de la superficie, pero semejantes manchas podrían ser localizadas y no requieren de la existencia de una capa global de océano líquido.  

La geología de Europa proporciona algunas pistas tentadoras de que el agua líquida pudo haber estado, o actualmente estar, presente bajo la helada superficie de Europa. Sin embargo, las imágenes de la superficie no pueden probar la existencia de agua líquida. Afortunadamente, otros tipos de evidencia geofísica si proporcionan detecciones más definitivas de agua y estos serán examinados en un artículo próximo

http://www.seti.org/litu/projects/highlights/europa_water.html

Otras Evidencias de Agua en Europa

15 de Mayo del 2003
Por Cynthia Phillips
Investigadora Post doctorado

En tres artículos previos, consideramos a los satélites Galileos y el hecho de que la flexión de marea, debido a sus órbitas resonantes, proporciona calor para vulcanismo en Io y podría dar como resultado la presencia de agua líquida debajo de la superficie helada de Europa. También resumimos la evidencia de agua líquida en Europa basada en la evidencia geológica de imágenes de Europa tomadas por el Voyager y la nave Galileo. La evidencia geológica es tentadora, pero incompleta – sugiere que el agua líquida podría estar presente, pero también da lugar a la posibilidad de que las formas extrañas que vemos en la superficie de Europa podrían haberse formado, todas, a través del movimiento del hielo blando, sin ninguna cantidad de agua líquida en total.

Afortunadamente están disponibles otros métodos, además de las técnicas geológicas, que pueden proporcionar información acerca de la presencia, o ausencia, de agua en Europa. Los modelos termales de abajo de la superficie de Europa son un camino teórico para estudiar que es lo que hay debajo y vamos a considerarlos en este capítulo.

Los modelos del campo gravitacional de Europa, muestran que posee una capa de superficie de alrededor de 100 kilómetros de espesor de material con la densidad del agua, encima de un interior rocoso y un núcleo metálico. La capa de superficie es muy probablemente H₂O, pero ya que las densidades del hielo sólido y del agua líquida son muy cercanas, los modelos de gravedad no pueden distinguir entre las dos. Así que sabemos que existen unos 100 kilómetros de alguna combinación de agua y/o hielo en la superficie de Europa, pero aparte de saber que la mismísima parte superior está sólidamente congelada, no sabemos que tan gruesa es la superficie de hielo, o si existe agua líquida debajo a alguna profundidad.

Los modelos termales de debajo de la superficie de Europa, sugieren que es posible, pero no definitivo, que el agua líquida podría encontrarse presente. Los modelos termales incluyen fuentes de calor y métodos de enfriamiento y tienden a determinar el gradiente termal y el estado (sólido o líquido) de los materiales debajo de la superficie.

Imágenes de la superficie de Europa, tomadas por la nave espacial Galileo, nos muestran características que podrían haberse formado en presencia de agua líquida. Estas incluyen terreno caótico (arriba izquierda); una enigmática mancha oscura que lleva el mote de “el charco” (abajo izquierda) y cumbres cicloidales (derecha) y un cráter de bajo impacto (derecha abajo). Crédito foto:  NASA / Caltech / Cynthia Phillips

En el caso de Europa, estos modelos incluyen calentamiento por la disipación de las mareas y fuentes generadoras de radiación y enfriamiento debido a la conducción y convección del calor. El calentamiento por las mareas, como ya se vio en un artículo anterior viene de la flexión de Europa por la fuerza de la gravedad de Júpiter, como resultado de la órbita no circular de Europa debida su resonancia  con Io y Ganimedes. Como la distancia de Europa a Júpiter varía durante el curso de la órbita, los cambios de atracción gravitacional de Júpiter (ya que la fuerza gravitacional depende de la distancia) y por lo tanto el abultamiento de la marea levantado por Júpiter va hacia arriba y hacia abajo. Esta flexión causa el calentamiento de debajo de la superficie en Europa.

El calor generador de radiación (ó radiogénico) es causado por la descomposición de longevos isótopos radiactivos que se incorporaron en Europa cuando se formó, o que fueron llevados allí después de su formación. La conducción es la transferencia directa del calor desde regiones más calurosas o más frías, mientras que la convección es la transferencia de calor debida al movimiento de los materiales – los materiales más cálidos se mueven hacia arriba y los más fríos se mueven hacia abajo. Tanto conducción como convección producen una transferencia de calor desde el interior más caliente de Europa hacia su frígida superficie y el resultante enfriamiento de Europa como resultado.  

Para Europa, los modelos termales que incluyen todos estos efectos han sido no concluyentes. Algunos modelos han pronosticado que la convección removería todo el calor de una capa líquida, resultando en que Europa se solidificaría muy rápidamente. Otros modelos han pronosticado que sería difícil producir el calor necesario para fundir una capa de hielo sólido en agua, pero que si existiera una capa de agua existiría suficiente calor para mantenerla en estado líquido indefinidamente debido al balance de las fuentes de enfriamiento y calentamiento.

Aún existen un gran número de cantidades desconocidas en estos modelos. Por ejemplo, el calentamiento por las mareas es la fuente de calor más importante en Europa, pero también la más pobremente conocida. Es fuertemente afectada por la reología del hielo, que es su comportamiento cuando es empujado, jalado o apretado. Sin embargo, la reología del hielo es difícil de estudiar bajo condiciones similares a las de Europa, ya que la temperatura en la superficie de Europa es un ¡escalofriante 100 K! También es difícil estudiar al hielo siendo estirado por los largos períodos de tiempo asociados con el ciclo de las mareas en Europa – las mediciones de laboratorio son fáciles de hacer en períodos de tiempo de segundos, pero no de días.

Tampoco sabemos lo suficiente acerca de la composición del hielo en Europa – la mayoría de los modelos dan por asentado que es hielo de agua pura, pero cualquier pequeña cantidad de otros materiales presentes en el hielo, especialmente otros volátiles como el amoníaco o sales, podrían alterar dramáticamente la reología del hielo de Europa. La mayoría de los modelos también suponen que la capa de hielo es sólida, pero la reología podría cambiarse si la capa de hielo se rompe o fractura, o si el tamaño de los granos es diferente de lo supuesto en los modelos. 

Así que adicional a la evidencia geológica, los modelos termales proporcionan una pista tentadora, aunque insuficiente, para la estructura de la parte inferior de la superficie de Europa. El agua podría estar presente, pero no se requiere. Afortunadamente, sin embargo, tenemos más evidencias definidas del agua debajo de la superficie de Europa. Viene de una fuente poco probable – las mediciones del campo magnético. Consideraremos éstas en un próximo artículo.

http://www.space.com/searchforlife/seti_phillips_europa_030807.html 

Como parte de la propuesta astrobiológica del Instituto SETI, el Dr. Christopher Chyba y yo estaremos investigando medios ambientes potenciales para la vida sobre Europa. Nuestra investigación tendrá dos componentes. Primero, estudiaremos la serie de datos de las imágenes de Galileo sobre la superficie de Europa, tomadas durante un período de cinco y medio años, para buscar por cualesquiera cambios que pudieran deberse a actividad geológica. Segundo, estudiaremos varios modelos de actividad geológica en Europa para determinar sus implicaciones para la formación de transporte de material útil biológicamente utilizable de la superficie al océano o viceversa.

Europa la luna de Júpiter, alrededor del tamaño de la Luna de la Tierra, se piensa que puede tener un océano de agua líquida debajo de su helada superficie, haciendo que sea un posible ambiente para la vida. Dos de los ingredientes necesarios para la vida, el agua líquida y elementos biogénicos apropiados, se cree que existan en Europa. El tercer componente requerido es una fuente utilizable de energía libre, ya que la fotosíntesis es poco probable que proporcione la suficiente energía en Europa (que se encuentra cinco veces más lejana del Sol que la Tierra). Debido al fuerte campo magnético de Júpiter, la irradiación de la superficie de Europa puede producir una variedad de compuestos biológicos utilizables. Si pudiesen ser transportados hacia abajo a través de la capa de hielo al océano en las profundidades, estos compuestos podrían proveer una cantidad de energía significativa y posiblemente sostener una biosfera debajo de la superficie. Sin embargo, los mecanismos de transporte son inciertos debido a la duda sobre los modelos de formación para las características de la superficie de Europa. Esto es, la biosfera de Europa depende en parte del estilo y la frecuencia de la actividad geológica en la superficie. En esta investigación, aspiramos a entender esta conexión.  

El primer aspecto de nuestro trabajo, una búsqueda de cambios en la superficie de Europa debidos a actividad geológica presente, comparará imágenes de la superficie de Europa usando técnicas de procesamiento de imágenes sistemáticas. Seguirá los métodos utilizados en mi investigación previa que comparaba las imágenes de la superficie tomadas por el Voyager con aquellas  tomadas 20 años más tarde por la nave Galileo. Esta comparación permitió una gran base linear de tiempo en el cual los cambios podrían ocurrir, pero qué fue obstaculizada por la inherente baja resolución de las imágenes del Voyager, de la superficie de Europa. En la investigación que llevaremos a cabo como parte del Instituto de Investigación de Astrobiología de la NASA, compararemos en lugar de ello, a las imágenes de Europa tomadas por la nave Galileo durante sus cinco y medio años de observación en busca de reciente actividad geológica. Tendremos un lapso menor de tiempo que para el caso de las comparaciones del Voyager/Galileo, pero seremos capaces de comparar imágenes con una mayor resolución que nos permitirán la detección de pequeños cambios en Europa.

Cualesquiera cambios sobre la superficie de Europa debidos a actividad de corrientes geológicas indicarían la localización y estilo de esa actividad y tendrían importantes implicaciones para la presencia de agua líquida debajo de la helada superficie de Europa. Un resultado nulo, en el cual no se detectaran cambios atribuibles a actividades geológicas de superficie, nos permitiría colocar un nivel inferior en la edad de la superficie de Europa y un nivel superior en el grado global de cambios superficiales. Estos límites dependerán de los detalles de las imágenes comparadas, su resolución y el porcentaje de la superficie de Europa que cubran.

Aunado a esta investigación por cambios en la superficie de Europa, proponemos evaluar los cientos de modelos existentes en los escritos para la formación y evolución de varias características geológicas superficiales en Europa para examinar sus consecuencias astrobiológicas. Las preguntas qué queremos considerar para cada mecanismo incluyen: (1) ¿El proceso por sí mismo forma o entierra compuestos de interés astrobiológico? (2) ¿Resulta esto en la transferencia de material, formado por este u otros procesos, de la superficie o de cerca de la superficie a un océano por debajo de ella? (quizá proporcionando alimento o combustible a una posible biosfera debajo de la superficie) (3) ¿Se convierte el proceso en una transferencia de material de la baja superficie/capa oceánica  a la superficie? (quizá poniendo materiales con firmas biológicas a la disposición de la exploración de la parte cercana a la superficie) (4) Si el material es transferido desde el océano a la superficie, o de la superficie al océano, por cualquiera de estos mecanismos, ¿podemos estimar los procesos físicos y químicos hechos sobre estos materiales durante su viaje? (quizá permitiendo que algunas biofirmas queden intactas).  

Examinaremos estas preguntas para los diferentes mecanismos propuestos para la formación de las características de la superficie en Europa. Consideraremos entonces dos clases de resultados amplios en este trabajo: (1) ¿Qué tipo de característica, dados todos los diferentes tipos de mecanismos propuestos, es la de mayor interés astrobiológico para una futura sonda que se pose ahí? ¿Cuál tiene las mejores oportunidades por encima de las demás de llevar material del interior hacia la superficie intacto? (2) ¿Cuál es el presupuesto total de materiales disponibles de una posible biosfera bajo la superficie? Deberíamos de ser capaces de establecer límites superior e inferior en la cantidad total de material transferido desde la superficie al océano considerando los casos más altos y más bajos para cada tipo de característica.

La combinación de estas dos líneas de averiguación permitirá una caracterización de los posibles ambientes de vida, independientes de la fotosíntesis en Europa. Si tenemos éxito en encontrar cambios en la superficie debidos a actividad geológica, seremos capaces de combinarlos con el análisis de la segunda parte del estudio para examinar las consecuencias de esta actividad para la presencia de una biosfera. Aún si no tenemos éxito, seremos capaces de establecer límites importantes en el grado y estilo de la actividad geológica en Europa y de las cantidades potenciales de material disponible para alimentar una biosfera.

Phillips es una investigadora asociada con post doctorado en el Instituto SETI. Usted puede saber más acerca de sus investigaciones sobre Europa en: http://www.seti.org/about_us/voices/phillips.html

http://www.space.com/searchforlife/seti_phillips_europa_040226.html                                                                           

 Traductor: Liberto Brun Compte

27 de Febrero del 2004-02-27

 En cuatro artículos previos, consideramos los satélites Galileicos y el hecho de que la flexión de las mareas, debida a sus órbitas resonantes, proporciona calor para vulcanismo en Io y pudiera resultar en la presencia de agua líquida debajo de la helada superficie de Europa. También sumarizamos la evidencia de agua líquida en Europa basados en evidencia geológica de las imágenes de Europa tomadas por las naves espaciales Voyager y Galileo y con base en modelos térmicos del interior de Europa. En este artículo consideraremos los resultados del campo magnético desde Galileo y sus implicaciones en al estructura bajo superficie de Europa. 

La evidencia geológica es tentadora, pero incompleta – sugiere que el agua líquida podría estar presente, pero también permite la posibilidad de que las extrañas características que vemos en la superficie de Europa podrían haberse formado, todas, a través del movimiento de hielo blando, sin agua líquida en lo más mínimo. Los modelos térmicos presentan una imagen muy semejante – sabemos que existen alrededor de 100 Km. de material con la densidad del agua en la superficie de Europa, pero no podemos estar seguros si está totalmente sólida, o si algo (¡o la mayor parte!) de ella es líquida. Los modelos teóricos que ven el comportamiento del interior de Europa con el paso del tiempo, sugieren la posibilidad de que la convección pudiera transportar rápidamente todo el calor de la capa de agua líquida y causar que se congelase sólidamente, pero también es posible que una capa líquida pudiera mantenerse a través del tiempo geológico.  

A la vista de toda esta incertidumbre, sería difícil decir nada más inequívoco de que es factible un océano líquido en Europa. Sin embargo, una nueva línea de evidencia de una fuente inesperada, nos viene de los resultados del estudio de los campos magnéticos hecho por la nave Galileo que ha sugerido que lo “posible” deberá reemplazarse por “probable” – ahora sabemos de que es probable que Europa tenga un océano líquido debajo de la helada superficie. ¿Cómo es esto posible? 

Europa no tiene un campo magnético propio, pero Júpiter tiene un campo magnético muy fuerte. La magnetosfera Joviana se extiende hacia el exterior hasta 10 radios de Júpiter (R_J), entre las órbitas de Europa (9.4 R_J) y Ganímedes (15 R_J). Así que los satélites Io y Europa realmente orbitan a Júpiter dentro de su campo magnético. Sin embargo, el campo magnético no es simétrico alrededor del centro de Júpiter – está inclinado casi diez grados con respecto a su eje de rotación y también está compensado por alrededor de 1 R_J desde el centro de Júpiter. Debido a esta compensación a medida que Júpiter gira, Europa experimenta un campo magnético variable en tiempo durante un período de 11.23 horas. El campo también varía a medida que Europa orbita alrededor de Júpiter, pero el período de rotación de Júpiter (y por lo tanto la rotación de su campo magnético) es un efecto mucho más fuerte.  

Sabemos por las leyes de electromagnetismo que un campo magnético de tiempo variable inducirá un campo eléctrico. Este campo eléctrico causa una corriente que fluye hacia el interior de Europa, con una dirección que cambia en una escala de tiempo de la mitad del período de rotación. Esta rotación de corriente crea un campo magnético secundario con una dirección que es aproximadamente opuesta al campo magnético primario de Júpiter. A esto se le llama un campo magnético inducido..

Los datos del magnetómetro en Galileo (un instrumento que mide la fuerza y dirección de los campos magnéticos) mostraron que Europa tiene un campo magnético inducido que varía en dirección y fuerza en respuesta a la posición de Europa dentro del fuerte campo magnético de Júpiter. La variación periódica en la dirección muestra que el campo no es debido a un dipolo interno permanente, significando que el campo no se crea en el interior de Europa (a diferencia del campo magnético de la Tierra).   

La fuerza y la respuesta del campo inducido en Europa puede decirnos respecto de su estructura bajo la superficie. Los resultados medidos por el magnetómetro de Galileo requieren de una capa global conductora cercana a la superficie. La capa que más probablemente llena estos requisitos es una capa global de agua salada, con un contenido salino de no menos de ~0.02 veces la salinidad de los océanos en la Tierra.. Los resultados del magnetómetro permiten un rango de soluciones con diferentes valores para la conductividad del océano, la profundidad debajo de la superficie a la cual está localizado y el espesor de la capa. Por ejemplo, si suponemos un océano en Europa con una conductividad igual a la de los océanos terrestres, entonces esa capa debería de ser por lo menos de varios kilómetros de grosor y localizada a no más de 200 Km. bajo la superficie de Europa.  

Los datos del campo magnético procedentes de la nave espacial Galileo pusieron un sustancial juego de restricciones respecto de la estructura de la superficie bajo Europa. Por ejemplo, los datos para Europa no se pueden explicar por bolsas localizadas de agua salada y en cambio requieren de una concha completamente esférica de agua líquida. Una capa de hielo congelado, aún si tuviese bolsas de agua salobre, no podría mostrar la respuesta observada porque los iones en el hielo sólido serían insuficientemente móviles.  

Es posible que un tipo de capa conductora distinta de un océano global salado podría ser la responsable del campo magnético inducido, pero la explicación del océano salado da la impresión de ser la más plausible. En particular, la fuerza observada del campo inducido no es consistente con las corrientes inducidas en un núcleo metálico; la fuerza de campo del dipolo inducido disminuye con el cubo de la distancia y el núcleo está demasiado lejos para proveer el campo observado. Los datos tampoco son consistentes con un campo inducido en la ionosfera de Europa; la ionosfera es demasiado tenue para mantener las corrientes eléctricas necesarias para explicar la fuerza del campo. Una capa bajo la superficie de un material conductor diferente, en lugar de agua salada, es posible, pero tales capas (como sería el grafito) son inverosímiles dado lo que conocemos al respecto de la composición y formación de Europa.  

Sorprendentemente, los datos del magnetómetro de Galileo sugieren que Calisto y Ganímedes pueden tener igualmente océanos bajo la superficie. Estos podrían existir en un estrato entre medio de dos fases de agua helada, de modo que no podrían proporcionar la astrobiológica y más interesante fase de contacto roca / agua (con posibilidades de respiraderos hidrotermales) que podría estar presente en el fondo del océano en Europa.