TODO SOBRE: La presencia de agua en Europa. Satélite de Júpiter.

¡Buenas a todos! Vamos con el segundo tema predominante del blog, la astronomía (aunque este caso puede ser astrobiología). En este caso hemos querido dar un cambio al blog y dejar de hacer tantas entradas seguidas y hacer menos pero de gran calidad, y acompañadas de imágenes de alta calidad que hagan de este un gran texto. Esperamos que os guste.

Como sabéis, desde siempre, se ha considerado que el agua es lo más indispensable para la creación y el mantenimiento de vida, al menos tal y como la conocemos ahora y basada en los mismos fundamentos. No es de extrañar entonces, que si el objetivo es encontrar vida extraterrestre, un buen marcador sea la presencia o no de agua, y siempre, preferiblemente líquida.

Iremos tratando en las consiguientes entradas los diversos puntos del Universo donde se ha localizado agua, o al menos, restos de presencia de agua. En este caso, vamos a tratar uno de esos puntos en concreto, la presencia de agua en Europa, una luna de Júpiter.

PRESENCIA DE AGUA EN EUROPA

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Europa es una de las grandes lunas de Júpiter, fue descubierta por Galileo Galilei en 1609. Para marzo de 1610, este había divisado las cuatro grandes lunas de Júpiter, con su telescopio de 30 aumentos: Ganímedes, Ío, Calisto y Europa. Hoy se conocen un total de 63 satélites orbitando alrededor del mayor planeta del sistema solar.

Caractéristicas de Europa
 Descubierto por Simon Marius & Galileo Galilei
 Fecha de descubrimiento 1609
 Masa (kg) 4.8e+22
 Masa (Tierra = 1) 8.0321e-03
 Radio ecuatorial (km) 1,569
 Radio ecuatorial (Tierra = 1) 2.4600e-01
 Densidad media (gm/cm^3) 3.01
 Distancia media desde Júpiter (km) 670,900
 Período rotacional (días) 3.551181
 Período orbital (días) 3.551181
 Velocidad orbital media (km/seg) 13.74
 Excentricidad orbital 0.009
 Inclinación orbital (grados) 0.470
 Velocidad de escape (km/seg) 2.02
 Albedo geométrico visual 0.64
 Magnitud (Vo) 5.29

A continuación, lo primero que vamos a hacer es ir resumiendo los principales artículos científicos que se han ido sucediendo, en orden cronológico, indicando básicamente las conclusiones a las que se ha llegado gracias al artículo, y después procederemos a añadir información extra con el fin de ampliar al máximo los conocimientos posibles.

No he podido acceder a todos los artículos completos, pero la intención no es explicar procedimientos, para ello podéis usar las referencias, mi intención es ver y unificar resultados.

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1983

Imágenes de Europa obtenidas por la sonda Voyager, muestran una superficie helada brillante acompañada por un complejo patrón de largas marcas , en forma de líneas, que recorren la superficie en su totalidad. Se observan muy pocos cráteres de impacto, con tamaños generalmente en  el rango de 10-20 km de diámetro, relativamente pequeños en comparación con otros planetas en situaciones similares. Indicadores de la composición de la superficie y la textura incluyen características propias deabsorción IR de H2O, las características de absorción UV característicos de azufre en una matriz de agua en el hemisferio posterior, y todo parece indicar una función fotométrica mucho más homogénea que zonas similares en Ganimedes y Callisto.275px-Europa_Earth_Moon_Comparison

Densidad promedia de Europa: 3,03 g cm-3, lo que indica una composición principalmente desilicatos. Mediante el cálculo tomando como referencia uno de los cuatro grandes satélites jovinianos, Io, se determina que  la fracción de masa de H2O debería ser aproximadamente un 6%, lo suficiente como para formar una capa externa de agua de hasta  100 km de espesor.

Se proponen teorías para el estado actual de Europa, principalmente basados en que antaño, fue un planeta líquido, pero que el enfriamiento ha ido remodelando el planeta, se citan ejemplos y pruebas, pero no puedo acceder por completo al artículo, así que me quedo (y nos quedamos, sin poder leerlo)

Referencia: Squyres, S. W., Reynolds, R. T., Cassen, P. M., & Peale, S. J. (1983). Liquid water and active resurfacing on Europa.

1986

Al parecer,  la formación extremadamente rápida de hielo podría deberse a un subenfriamiento rápido del agua, que podría conducir a la retención de salmuera (La salmuera es agua con una alta concentración de sal (NaCl) disuelta) en la fase de hielo,después de algún tiempo estas salmueras, como si fuese simplemente burbujas de gas en un medio líquido,  serían rechazadas lateralmente hacia fracturas. Como la solidificación progresa hacia abajo, el océano iría aumentándola concentración de salmuera a menuda que pasa el tiempo. Estas salmueras eventualmente escaparían, como hemos dicho anteriormente,  a la superficie a través de la red de fracturas. La cristalización, debida a la alta presión, de las sales, que han ido escapando hacia la fractura,  puede proporcionar un mecanismo eficiente para:  la separación de placas, el movimiento horizontal, y la formación de nuevas fracturas.

Referencia: McEwen, A. S. (1986). Tidal reorientation and the fracturing of Jupiter’s moon Europa.

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1998

Una espectroscopia (estudio de la interacción entre la radiación electromagnética y la materia, con absorción o emisión de energía radiante.)  de la superficie de Europa, junto con los datos gravitatorios obtenidos, sugiere que el satélite tiene una corteza de hielo de unos 150 km de espesor y un interior rocoso.

Además, las imágenes obtenidas por la nave espacial Voyager revelaron que la superficie de Europa está atravesada por numerosas bandas oscuras (similares a grietas, pero que a largas distancias se ven como líneas oscuras), pero sin embargo, apenas posee cráteres, algo que parece indicar que es una luna joven en comparación con otras lunas de Júpiter como Ganímedes y Callisto (que también tienen tela y trataremos en otro post). Estas últimas, debido a que han tenido más tiempo de exposición, ya que son más antiguas, han sufrido un mayor número de impactos.

Se ha sugerido que la capa de hielo externa de Europa puede ser separada del interior rocoso por una capa de agua líquida, que evita la congelación por el calor obtenido por el tirón gravitacional (El tema del tirón gravitacional es bastante complejo, pero os dejo aquí un link que lo explica perfectamente, por si estáis interesados) . Las grietas podrían explicarse por la deformación repetitiva del hielo externo.

La confirmación observacional de un océano bajo la superficie no pudo ser posible por la baja resolución (> 2 km por pixel, es decir, cada pixel representaba dos km de terreno) de la sonda Voyager. Por suerte, con la sonda Galileo, se pudieron obtener imágenes de alta resolución (54 metros por pixel), donde se encontraron evidencias de “icebergs” móviles. La morfología detallada del terreno apoya fuertemente la presencia de agua líquida a poca profundidad debajo de la superficie, ya sea en la actualidad o en algún momento en el pasado.

Referencia: Carr, M. H., Belton, M. J., Chapman, C. R., Davies, M. E., Geissler, P., Greenberg, R., … & Veverka, J. (1998). Evidence for a subsurface ocean on Europa. Nature391(6665), 363-365.

La sonda espacial Galileo, ha estado orbitando alrededor de Júpiter desde el 7 de diciembre de 1995, y se ha ido encontrando con todos los grandes satélites (Io, Ganímedes, Callisto y Europa). Los resultados del magnetómetro (dispositivo que sirve para cuantificar en fuerza o dirección de la señal magnética) demuestran que los únicos grandes satélites en tener un campo magnético interno apreciable es Ganímedes y Io.

Se encuentran perturbaciones en los campos magnéticos externos (asociados al campo magnético interno de Júpiter) de Europa y Callisto, teóricamente derivadas como respuesta de las lunas frente a cambios provenientes en el ambiente exterior, que son periódicos.

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La inducción electromagnética mencionada anteriormente tiene su explicación más probable en que hay capas de significativa conductividad eléctrica justo por debajo de las superficies de ambas lunas. Se sostiene que estas capas conductoras pueden ser mejor explicados por la presencia del salados océanos líquidos de agua, para el que existe una evidencia geológica en Europa.

Referencia: Khurana, K. K., Kivelson, M. G., Stevenson, D. J., Schubert, G., Russell, C. T., Walker, R. J., & Polanskey, C. (1998). Induced magnetic fields as evidence for subsurface oceans in Europa and Callisto. Nature395(6704), 777-780.

Se indica que una nave en órbita alrededor de Europa podría penetrar en el hielo para probar definitivamente la presencia de un océano de agua líquida bajo la capa helada. Se publica un estudio sobre las posibles contras de este intento, propiedades del hielo de Europa, posibles gradientes de temperaturas, posibles impurezas del hielo…

(No me deja acceder al artículo completo…no puedo ofreceros más)

Referencia: Chyba, C. F., Ostro, S. J., & Edwards, B. C. (1998). Radar detectability of a subsurface ocean on Europa. Icarus134(2), 292-302.

2000

La creencia inicial era que , por estudios sobre energía libre, Europa no podría albergar vida, ya que directamente no habría energía utilizable para formarla. En el artículo citado abajo, Chyba demostró que había un desequilibrio químico en la superficie de Europa, debido principalmente a la emisión de partículas cargadas por parte de la magnetosfera (región alrededor de un planeta en la que el campo magnético de éste desvía la mayor parte del viento solar) de Júpiter  y que podrían producir moléculas orgánicas y oxidantes suficientes para alimentar una biosfera.  La vida microbiana podría existir en concentraciones detectables mediante sondas de superficie capaz de filtrar el agua de fusión del hielo de Europa. Interesante…¿verdad? Solo nos hace falta poder comprobar ese agua…

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Referencia: Chyba, C. F. (2000). Energy for microbial life on Europa. Nature403(6768), 381-382.

Las observaciones de Sodio (Na) en la atmósfera de Europa (M. E. Brown and R. E. Hill 1996, Nature 380, 229–231), y un modelo analítico se utilizó para determinar la tasa de perdida de Na en Europa.  El resultado final nos indica que la tasa de perdida es mayor que la tasa de implantación, lo que determina, que como la Luna,Europa puede ser una fuente neta de Sodio (Na). Recordar que el Na es uno de los elementos más presentes en un océano líquido…

Referencia: Johnson, R. E. (2000). Sodium at Europa. Icarus143(2), 429-433.

2002

El bombardeo iónico y la descomposición de la superficie de Europa por los iones y electrones impactados sobre esta,   conducen a la producción de una atmósfera de que contiene átomos de sodio y potasio.  Se miden las proporciones de estos dos elementos y se comprueba que las proporciones son diferentes a las que encontramos en Io, parece ser que también son mayores de lo que deberían ser para un océano líquido, pero todo parece cuadrar si tenemos en cuenta el tema de la gran superficie congelada.

Referencias: Johnson, R. E., Leblanc, F., Yakshinskiy, B. V., & Madey, T. E. (2002). Energy distributions for desorption of sodium and potassium from ice: The Na/K ratio at Europa. Icarus156(1), 136-142.

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Estos son los artículos científicos más relevantes que he encontrado, a continuación, conclusiones y información extra:

La composición grosso modo de Europa es parecida a la de los planetas interiores, compuestos principalmente por rocas silíceas. Tiene una capa externa de agua sólida de unos 150 km de espesor. Datos recientes sobre el campo magnético, observados por la sonda Galileo, indican que Europa crea un campo magnético a causa de la interacción con el campo magnético de Júpiter, lo que sugiere la presencia de una capa de fluido, probablemente un océano líquido de agua salada. Parece ser posible que tenga un pequeño núcleo de hierro.

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De esos 150 km de espesor, parece que hay parte como hielo en la corteza y parte en forma de océano líquido bajo el hielo. Además, al parecer, Europa tiene una tenue atmósfera de oxígeno, hecho que comparte con solo 7 lunas más de nuestro sistema solar, pero todo parece indicar que  ese oxígeno no es biológico, si no que se genera por la luz del Sol y las partículas cargadas que chocan con la superficie helada de Europa, produciendo vapor de agua que es posteriormente dividido en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno consigue escapar de la gravedad de Europa, pero no lo consigue el oxígeno. Estudios recientes (ver referencias) demuestran que podría contener una cantidad de oxígeno lo suficientemente elevada como para no poder contener únicamente microorganismos (que es lo que siempre esperamos encontrar…) , sino que podría albergar seres más complejos. La atmósfera ejerce una presión en la superficie de  10-11  veces en relación a la superficie terrestre.

La característica más notable de Europa es la red de marcas largas sobre la superficie, que se asimilan a las marcas que se hacen sobre el hielo, y estas lineas sugieren que existen procesos tectónicos a escala global. Se han propuesto varias explicaciones para las fracturas: la congelación y la expansión de un líquido oceánico, la expansión planetaria debido a la deshidratación de silacatos que estavan hidratados, la fragmentación generada por impactos meteóricos en la superficie,  una combinación de tensiones…. Cálculos de Yoder, Greenberg y Weidenschilling han demostrado que Europa puede girar un poco más rápidamente que la tasa de sincronización, con un período de rotación (ya sabéis, rotar sobre sí mismo) que va desde 20 a más de 103 años si un manto líquido está presente, o hasta 1.010 años si el satélite es prácticamente solido.  Helfen-stein y Parmentier determinaron que las tensiones debidas a la rotación asincrónica  podría explicar las fracturas largas en parte del hemisferio anti-joviano (el que da la espalda a Júpiter) . Se demostró que la rotación no sincrónica ocurrió en algún momento de la historia de Europa, dando una mayor credibilidad a esta teoría.

No es la única teoría que explica esas fracturas en la superficie. Presentamos otras dos teorías encontradas y que no se deben descartar.  La actividad volcánica subglacial masiva o un gran impacto en el hemisferio anti-Júpiter. 

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Ese hielo en la superficie no es uniforme, si no que la superficie está cubierta por plataformas de hielo flotante que parecen estar colapsando entre sí, proporcionando un mecanismo para la transferencia de nutrientes y energía entre la superficie y el agua bajo el hielo. Sería una situación similar a unos enormes icebergs. Este hecho, como dijo Britney Schmidt, profesora en el Instituto de Geofísica de la Universidad de Texas,  ”Una de las opiniones de la comunidad científica ha sido que si la capa de hielo es gruesa, este hecho impediría que la superficie se comunicase con el océano subyacente”.

La capa de agua líquida que se encuentra baja el hielo solido parece ser posible ya que el océano se calienta lo suficiente para mantener su estado líquido por el «tirón gravitatorio» que Júpiter ejerce sobre su luna (explicado más arriba).  Se estima que el océano de Europa tiene tres veces más agua que la existente en la Tierra.

La distancia a la que se encuentra el agua líquida de la superficie es algo que aún no se tiene claro, pero al parecer, no tendría que estar muy profundo, podría encontrarse a unos 5 km de profundidad con suerte, en la zona más “delgada”. Cómo dijo Klára Kalousová, de la Universidad de Nantes y de la Universidad Charles de Praga “Un océano global de agua puede estar presente, pero relativamente muy por debajo de la superficie, alrededor de 25 a 50 km. Puede haber áreas de agua líquida a profundidades menores, es decir, aproximadamente 5 km, pero sólo existirían durante unas pocas decenas de miles de años antes de migrar hacia abajo.” Parece ser que hay zonas donde el agua líquida se encuentra más superficialmente, y otras donde se encuentra más profundamente.

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Richard Greenberg determinó la sentencia anterior basándose en el estudio del hielo superficial de Europa, y la forma en que se repone, y le permitió estimar que el oxígeno llega a los océanos subterráneos y es suficiente para alimentar a macrofauna “ . ¿Se pone interesante la cosa, verdad? Y si os digo que…

El estudio de los datos recolectados  por la famosa misión Galileo, junto con las medidas de espectroscopia tomadas desde el telescopio Keck II, han podido detectar en la superficie de Europa la presencia de epsomita, una sal de sulfato de magnesio que solo se encuentra en ambientes acuosos (¿quizá con diferentes circunstancias esto no se cumple?),  lo que muestra que el agua del océano subterráneo podría alcanzar la superficie. Esta sal podría ser la responsable de las zonas rojizas que se observan en esta luna.

Ese mismo trabajo trató de estudiar el peróxido de hidrógeno en Europa, dando como resultados que la concentración más alta de peróxido de hidrógeno fue en la cara de Europa, que se encuentra frente a Júpiter, con un porcentaje de 0,12 % respecto del agua. En cambio, en el lado opuesto a Júpiter, es decir, el lado opuesto de la luna Europa, es casi 0%. ¿Porqué?  El peróxido es creado por la intensa radiación procesada por el hielo de la superficie de la luna al interactuar con el potente campo magnético de Júpiter. Ese peróxido podría proporcionar la energía química necesaria para la vida en ese mar subterráneo, si se llegara a mezclar con su agua marina, mediante el mecanismo explicado más arriba.

Para continuar con las pruebas que demuestran la existencia (para mi más que confirmada) de agua en Europa es que, de nuevo a partir de los datos enviados por Galileo, la NASA anunció el descubrimiento de pruebas de que hay un material conductor bajo la superficie de Europa, ¿recordamos que la sal es conductora? ¿recordamos que los océanos tienen sal? Interesante.

Epsomita

Epsomita

Se ha propuesto que puede existir vida en este hipotético océano bajo el hielo,como en las profundidades de los océanos de la Tierra cerca de las chimeneas volcánicas o en el Lago Vostok en la Antártida (tema que tratamos en este mismo blog en esta entrada) .

JUICE (JUpiter and Icy Moons Explorer) es una misión exploratoria, pendiente de ser aprobada, con el objetivo de estudiar las lunas de Jupiter, y como afirmó Olga Prieto,  ”El descubrimiento de masas de agua en el interior de estos satélites ha revolucionado nuestro concepto clásico de habitabilidad, pues hasta hace poco sólo se refería a planetas que poseían (o habían poseído en el pasado) las masas de agua en superficie. Estos satélites del Sistema Solar pueden también ser habitables ya que, además del agua líquida, pueden poseer los nutrientes y energía que la vida necesita”

Recreación artística "JUICE"

Recreación artística “JUICE”

Dada la presencia de hielo de agua en Europa, lo que se ha comprobado irrefutablemente, y la probabilidad de que existan bajo el mismo océanos salados, Europa debe ser un objetivo principal en la búsqueda de vida dentro de nuestro sistema solar”, afirma paleobiólogo Jere H. Lipps, profesor de biología integrativa en la Universidad de California en Berkeley. “Muchos de nosotros estamos proponiendo que allí existen hábitats donde podemos esperar encontrar evidencias de vida”

Con años de experiencia estudiando la vida en el hielo ártico y antártico, Lipps afirma que bacterias, diatomeas, almejas, caracoles, esponjas e incluso larvas de peces podrían vivir bajo esa capa de hielo. Tomando como referencia las aguas polares, la vida de Europa podría existir en numerosos tipos de hábitat: en fondos blandos o rocosos del lecho oceánico, cerca de fumarolas hidrotermales del fondo marítimo, a distintos niveles en la columna de agua, así como sobre la capa de hielo y también dentro de ella. Algunos de esos hábitats podrían albergar complejas asociaciones de formas de vida, tanto microscópicas como macroscópicas. Lipps cree que si la comunidad científica se pone manos a la obra ahora, quizá bastarían quince años para tener una nave debidamente pertrechada en Europa…

¡Y hasta aquí está entrada, la cual iré actualizando siempre que surjan nuevas informaciones! Es el primer trabajo largo y tendido de este blog, y me gustaría recibir vuestra opinión, vuestras correcciones o comentarios, y vuestra ayuda para la difusión de este artículo. La idea es firme, hacer menos entradas, pero de calidad. ¿Os gusta? Espero que sí.

ScyKness.

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Acerca de Javier Fernández Díaz

Aprendiendo siempre cosas nuevas. Pasión por la ciencia.

Publicado el 20 mayo, 2013 en Astronomía y etiquetado en , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , . Guarda el enlace permanente. 7 comentarios.

  1. Gracias por el trabajo, desde luego es muy interesante y prometedor.

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  2. Gracias por hacer este trabajo y compartirlo para que otros lo vean… Me gusta este tema de la astronomía… Se lo compartiré a mis amigos… Gracias.

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  3. Y si no hay vida, lo suyo sería llevar unas toneladas de agua marina con bacterias y microorganismos y depositarlos en el mar subterráneo de europa

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  4. Yo pienso lo mismo que Julio, bueno contaminaríamos Europa, pero seria bueno realizarlo como experimento.

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  5. Paco Català

    Excelente artículo. Solo añadir que en cuanto a las misiones propuestas, aquí: http://danielmarin.naukas.com/2015/04/12/una-mision-europea-a-europa/ hay información actualizada y parece que la JUICE europea ya está aprobada. Además hay novedades importantes porque la NASA ha ofrecido llevar en su misión Europa Clipper un lander de la ESA: http://danielmarin.naukas.com/2015/04/12/una-mision-europea-a-europa/

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  6. Paco Català

    En 2013 fue noticia que el Hubble había detectado en imágenes UV rastros de vapor de agua. Se interpretaron como géiseres similares a los de Encélado. Se intentó confirmar en posteriores rastreos pero parece que no se han vuelto a detectar. ¿Se sabe algo más?

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  7. que bonito es este satelite pero donde esta la temperatura de Europa

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