Crédito de imagen: NASA
La evidencia está acumulando que Europa, una de las lunas de Júpiter, tiene un océano de agua cubierto por una capa de hielo. Los científicos ahora especulan sobre qué tan grueso es ese hielo midiendo el tamaño y la profundidad de 65 cráteres de impacto en la superficie de la luna; por lo que pueden decir, son 19 km. El espesor del hielo de Europa tendrá un impacto en la posibilidad de encontrar vida allí: demasiado espeso y la luz solar tendrá problemas para llegar a los organismos fotosintéticos.
El mapeo detallado y las mediciones de los cráteres de impacto en los grandes satélites helados de Júpiter, informados en la edición del 23 de mayo de 2002 de la revista Nature, revelan que la capa de hielo flotante de Europa puede tener al menos 19 kilómetros de espesor. Estas mediciones, realizadas por el científico del personal y geólogo Dr. Paul Schenk, en el Instituto Lunar y Planetario de Houston, indican que los científicos e ingenieros tendrán que desarrollar medios nuevos e inteligentes para buscar vida en el mundo helado con un interior cálido.
El gran debate sobre la pizza en Europa: "¿corteza delgada o corteza gruesa?"
La evidencia geológica y geofísica de Galileo respalda la idea de que existe un océano de agua líquida debajo de la superficie helada de Europa. El debate ahora se centra en qué tan grueso es este caparazón helado. Un océano podría derretirse a través de una delgada capa de hielo de solo unos pocos kilómetros de espesor, exponiendo el agua y cualquier cosa que nade en ella a la luz solar (y la radiación). Una fina capa de hielo podría derretirse, exponiendo el océano a la superficie y permitiendo un fácil acceso de los organismos fotosintéticos a la luz solar. Sería muy poco probable que se derritiera una gruesa capa de hielo de decenas de kilómetros de espesor.
¿Por qué es importante el grosor de la capa de hielo de Europa?
El grosor es una medida indirecta de cuánto calor de marea está recibiendo Europa. El calentamiento de las mareas es importante para estimar cuánta agua líquida hay en Europa y si hay volcanismo en el fondo marino de Europa, pero debe derivarse; No se puede medir. La nueva estimación de un espesor de 19 kilómetros es consistente con algunos modelos para el calentamiento de las mareas, pero requiere mucho estudio adicional.
El grosor es importante porque controla cómo y dónde el material biológicamente importante en el océano de Europa puede moverse a la superficie, o regresar al océano. La luz del sol no puede penetrar más de unos pocos metros en la capa de hielo, por lo que los organismos fotosintéticos requieren un fácil acceso a la superficie de Europa para sobrevivir. Más sobre este tema más adelante.
El grosor también determinará en última instancia cómo podemos explorar el océano de Europa y buscar evidencia de cualquier vida o química orgánica en Europa. No podemos perforar o muestrear el océano directamente a través de una corteza tan gruesa y debemos desarrollar formas inteligentes de buscar material oceánico que pueda haber estado expuesto en la superficie.
¿Cómo estimamos el grosor de la capa de hielo de Europa?
Este estudio de los cráteres de impacto en los grandes satélites helados galileanos de Europa se basa en una comparación de la topografía y la morfología del cráter de impacto en Europa con los de sus satélites helados hermanos Ganímedes y Calisto. El Dr. Schenk midió más de 240 cráteres, 65 de ellos en Europa, utilizando análisis estéreo y topográfico de imágenes adquiridas de la nave espacial Voyager y Galileo de la NASA. Galileo está actualmente orbitando a Júpiter y se dirige hacia su última zambullida en Júpiter a fines de 2003. Aunque se cree que tanto Ganímedes como Calisto tienen océanos de agua líquida en el interior, también se infiere que son bastante profundos (aproximadamente 100-200 kilómetros). Esto significa que la mayoría de los cráteres no se verán afectados por los océanos y se pueden usar para comparar con Europa, donde la profundidad del océano es incierta pero es probable que sea mucho más superficial.
La estimación del grosor de la capa de hielo de Europa se basa en dos observaciones clave. La primera es que las formas de los cráteres más grandes de Europa difieren significativamente de los cráteres de tamaño similar en Ganímedes y Calisto. Las mediciones del Dr. Schenk muestran que los cráteres de más de 8 kilómetros de diámetro son fundamentalmente diferentes de los de Ganímedes o Calisto. Esto se debe al calor de la parte inferior de la capa de hielo. La resistencia del hielo es muy sensible a la temperatura y el hielo cálido es suave y fluye bastante rápido (piense en los glaciares).
La segunda observación es que la morfología y la forma de los cráteres en Europa cambian dramáticamente a medida que los diámetros de los cráteres superan los ~ 30 kilómetros. Los cráteres de menos de 30 kilómetros tienen varios cientos de metros de profundidad y tienen bordes reconocibles y elevaciones centrales (estas son características estándar de los cráteres de impacto). Pwyll, un cráter de 27 kilómetros de diámetro, es uno de los más grandes.
Los cráteres en Europa de más de 30 kilómetros, por otro lado, no tienen bordes ni elevaciones y tienen una expresión topográfica insignificante. Más bien están rodeados por conjuntos de canales concéntricos y crestas. Estos cambios en la morfología y la topografía indican un cambio fundamental en las propiedades de la corteza helada de Europa. El cambio más lógico es de sólido a líquido. Los anillos concéntricos en los grandes cráteres de Europan probablemente se deban al colapso total del piso del cráter. A medida que el agujero del cráter originalmente profundo se derrumba, el material subyacente a la corteza helada se apresura para llenar el vacío. Este material de arrastre se arrastra sobre la corteza suprayacente, fracturándola y formando los anillos concéntricos observados.
¿De dónde viene el valor de 19 a 25 kilómetros?
Los cráteres de impacto más grandes penetran más profundamente en la corteza de un planeta y son sensibles a las propiedades en esas profundidades. Europa no es la excepción. La clave es el cambio radical en la morfología y la forma a ~ 30 kilómetros de diámetro del cráter. Para usar esto, debemos estimar qué tan grande era el cráter original y qué tan superficial debe ser una capa líquida antes de que pueda afectar la forma final del cráter de impacto. Esto se deriva de cálculos numéricos y experimentos de laboratorio en mecánica de impacto. Este? Modelo de colapso de cráter? luego se usa para convertir el diámetro de transición observado a un grosor para la capa. Por lo tanto, los cráteres de 30 kilómetros de ancho detectan o detectan capas de 19-25 kilómetros de profundidad.
¿Cuán ciertas son estas estimaciones del espesor de la capa de hielo de Europa?
Existe cierta incertidumbre sobre el grosor exacto utilizando estas técnicas. Esto se debe principalmente a las incertidumbres en los detalles de la mecánica de cráteres de impacto, que son muy difíciles de duplicar en el laboratorio. Sin embargo, las incertidumbres probablemente solo oscilan entre el 10 y el 20%, por lo que podemos estar razonablemente seguros de que la capa de hielo de Europa no tiene unos pocos kilómetros de espesor.
¿Podría la capa de hielo haber sido más delgada en el pasado?
Existe evidencia en la topografía del cráter de que el espesor del hielo en Ganímedes ha cambiado con el tiempo, y lo mismo podría ser cierto para Europa. La estimación del espesor de la capa de hielo de 19 a 25 kilómetros es relevante para la superficie helada que ahora vemos en Europa. Se ha estimado que esta superficie es de 30 a 50 millones de años más o menos. La mayoría de los materiales de superficie más antiguos que este han sido destruidos por el tectonismo y el revestimiento. Esta corteza helada más antigua podría haber sido más delgada que la corteza de hoy, pero actualmente no tenemos forma de saberlo.
¿Podría la capa de hielo en Europa tener manchas finas ahora?
Los cráteres de impacto que estudió el Dr. Schenk se dispersaron por la superficie de Europa. Esto sugiere que la capa de hielo es gruesa en todas partes. Podría haber áreas locales donde la cubierta es delgada debido al mayor flujo de calor. Pero el hielo en la base del caparazón es muy cálido y, como vemos en los glaciares aquí en la Tierra, el hielo caliente fluye con bastante rapidez. Como resultado, ¿hay? Agujeros? en la capa de hielo de Europa se llenará rápidamente con hielo que fluye.
¿Una gruesa capa de hielo significa que no hay vida en Europa?
¡No! Dado lo poco que sabemos sobre los orígenes de la vida y las condiciones dentro de Europa, la vida sigue siendo plausible. La probable presencia de agua debajo del hielo es uno de los ingredientes clave. Una gruesa capa de hielo hace que la fotosíntesis sea altamente improbable en Europa. Los organismos no tendrían acceso rápido o fácil a la superficie. Si los organismos dentro de Europa pueden sobrevivir sin luz solar, entonces el grosor de la concha es de importancia secundaria. Después de todo, a los organismos les va bastante bien en el fondo de los océanos de la Tierra sin luz solar, sobreviviendo con energía química. Esto podría ser cierto en Europa si es posible que los organismos vivos se originen en este entorno en primer lugar.
Entonces también, la capa de hielo de Europa podría haber sido mucho más delgada en el pasado distante, o tal vez no existía en algún momento y el océano estaba expuesto desnudo al espacio. Si eso fuera cierto, podría evolucionar una variedad de organismos, dependiendo de la química y el tiempo. Si el océano comenzara a congelarse, los organismos sobrevivientes podrían evolucionar a cualquier ambiente que les permitiera sobrevivir, como los volcanes en el fondo del océano (si es que se forman volcanes).
¿Podemos explorar la vida en Europa si la capa de hielo es gruesa?
Si la corteza es realmente tan gruesa, ¡no sería práctico perforar o derretir el hielo con robots atados! No obstante, podemos buscar química oceánica orgánica o vida en otros lugares. El desafío para nosotros será idear una estrategia inteligente para explorar Europa que no contamine lo que hay y que, sin embargo, lo encuentre. La perspectiva de una gruesa capa de hielo limita la cantidad de sitios probables donde podríamos encontrar material oceánico expuesto. Lo más probable es que el material oceánico tenga que estar incrustado como pequeñas burbujas o bolsas o como capas dentro del hielo que ha sido llevado a la superficie por otros medios geológicos. Tres procesos geológicos podrían hacer esto:
1. Los cráteres de impacto excavan material de la corteza desde la profundidad y lo expulsan a la superficie, donde podríamos recogerlo (hace 50 años pudimos recoger fragmentos de meteoritos de hierro en los flancos del cráter Meteor en Arizona, pero la mayoría ya se han encontrado ) Desafortunadamente, el cráter más grande conocido en Europa, Tiro, excavó material de solo 3 kilómetros de profundidad, no lo suficientemente profundo como para acercarse al océano (debido a la geometría y la mecánica, los cráteres excavan desde la parte superior del cráter, no desde la inferior). Si una bolsa o capa de material oceánico se congelara en la corteza a poca profundidad, podría ser muestreada por un cráter de impacto. De hecho, el piso de Tire tiene un color que es ligeramente más naranja que la corteza original. Sin embargo, aproximadamente la mitad de Europa fue bien vista por Galileo, por lo que un cráter más grande podría estar presente en el lado mal visto. Tendremos que volver para averiguarlo.
2. Hay pruebas contundentes de que el caparazón helado de Europa es algo inestable y se ha (o está) convenciendo. Esto significa que las gotas de material de la corteza profunda se elevan hacia la superficie donde a veces están expuestas como cúpulas de varios kilómetros de ancho (piense en Lava Lamp, excepto que las gotas son material sólido blando como Silly Putty). Cualquier material oceánico incrustado dentro de la corteza inferior podría quedar expuesto a la superficie. ¡Este proceso podría tomar miles de años, y la exposición a la radiación letal de Júpiter sería hostil por decir lo menos! Pero al menos podríamos investigar y probar lo que queda atrás.
3. Rejuvenecimiento de amplias áreas de la superficie de Europa donde la cubierta helada literalmente se ha desgarrado y se ha separado. Estas áreas no están vacías, pero se han llenado con material nuevo desde abajo. Estas áreas no parecen haber sido inundadas por material oceánico, sino más bien por hielo suave y cálido del fondo de la corteza. A pesar de esto, es muy posible que se pueda encontrar material oceánico dentro de este nuevo material cortical.
Nuestra comprensión de la superficie y la historia de Europa sigue siendo muy limitada. Podrían ocurrir procesos desconocidos que traigan material oceánico a la superficie, pero solo un retorno a Europa lo dirá.
¿Qué sigue para Europa?
Con la reciente cancelación de un Europa Orbiter propuesto debido a sobrecostos, este es un buen momento para reexaminar nuestra estrategia para explorar el océano de Europa. Los submarinos atados y las sondas de perforación profunda son poco prácticas en una corteza tan profunda, pero los aterrizadores de superficie podrían ser muy importantes. Antes de enviar un módulo de aterrizaje a la superficie, debemos enviar una misión de reconocimiento, ya sea en la órbita de Júpiter o Europa, para buscar exposiciones de material oceánico y puntos delgados en la corteza, y explorar los mejores sitios de aterrizaje. Dicha misión utilizaría capacidades de mapeo infrarrojo muy mejoradas para la identificación de minerales (después de todo, los instrumentos Galileo tienen casi 25 años). Se utilizarían instrumentos estéreo y láser para el mapeo topográfico. Junto con los estudios de gravedad, estos datos podrían usarse para buscar regiones relativamente delgadas de la corteza helada. Finalmente, Galileo observó menos de la mitad de Europa con resoluciones suficientes para el mapeo, incluidos los cráteres de impacto. Los cráteres en este hemisferio mal visto, por ejemplo, podrían indicar si la capa de hielo de Europa era más delgada en el pasado.
¿Un Lander para Europa?
Un módulo de aterrizaje con un sismómetro podría escuchar los terremotos de Europa generados por las fuerzas de marea diarias ejercidas por Júpiter e Io. Las ondas sísmicas se pueden usar para mapear con precisión la profundidad hasta el fondo de la capa de hielo, y posiblemente también el fondo del océano. Los analizadores químicos a bordo buscarían moléculas orgánicas u otros trazadores biológicos y potencialmente determinarían la química oceánica, uno de los indicadores fundamentales de las perspectivas de Europa como "habitadas". planeta. Tal aterrizador probablemente necesitaría perforar varios metros para atravesar la zona de daño por radiación en la superficie. Solo después de que estas misiones estén en marcha, podemos comenzar la verdadera exploración de esta tentadora luna del tamaño de un planeta. Parafraseando a Monty Python, "¿Todavía no está muerto?"
Fuente original: Comunicado de prensa de la USRA
