futuro

Sábado, 22 de febrero de 2014

El agua de dos mundos

 Por Mariano Ribas

En estos últimos meses, dos notables descubrimientos han vuelto a demostrar que el Sistema Solar es una inagotable caja de sorpresas. Y sus protagonistas son nada menos que Europa, esa helada y cada vez más fascinante luna de Júpiter, y Ceres, el mayor habitante del Cinturón de Asteroides, que en 2006 fuera promovido a la nada despreciable categoría de “planeta enano”. La primera curiosidad de este doble caso es que, más allá de las múltiples diferencias que hay entre Europa y Ceres, el motivo que los ha vuelto a colocar en lo alto en las carteleras astronómicas es el mismo: la detección de masas de vapor de agua brotando desde sus gélidas superficies. Algo que, a su vez, sugiere poderosamente que, debajo de sus gélidas cortezas, estos dos mundos vecinos esconden, como mínimo, depósitos de agua líquida. Ambos hallazgos científicos fueron publicados, en forma independiente, en Science y Nature. Y están cargados de interesantes detalles e implicancias. Al punto tal que, en el caso de Europa, las emanaciones de vapor confirman aún más la necesidad científicamente imperiosa de enviar una sonda espacial a explorarla más en detalle. Y en el caso de Ceres, pues bien, esto ha disparado las expectativas de cara al año próximo, cuando el planeta enano será visitado por la misión DAWN, de la NASA.

EUROPA: HIELO Y OCEANO

Desde hace años, Europa, una de las cuatro grandes lunas de Júpiter, ha pasado a ser una de las máximas atracciones científicas de nuestra comarca solar. Ya desde los tiempos de las Voyager 1 y 2 (que visitaron el reino del planeta gigante en 1979) sabemos que se trata de un mundo envuelto por una gruesa corteza de agua congelada. Una corteza que además luce extremadamente joven (cosa que se deduce por su escasa presencia de cráteres) y cambiante. En épocas más cercanas, entre 1995 y 2003, la sonda Galileo (también de NASA) la examinó en varias oportunidades en mucho mayor detalle. Y no sólo confirmó que Europa es una suerte de bola de hielo con un corazón de roca, sino que ese hielo superficial se renueva regularmente. ¿Cómo? La respuesta es fascinante: aparentemente, hay agua líquida y “sucia” que brota del interior de Europa hacia fuera, a través de un enorme sistema de grietas que, cual si fueran venas, recorren buena parte de esa blanca superficie. En pocas palabras: a esta altura, los científicos están casi convencidos de que debajo de su gruesa corteza de hielo (de decenas de kilómetros de espesor), Europa escondería un profundísimo océano global de agua líquida “templada” (gracias al calor interno de la luna), con sales minerales y materia orgánica disueltas (de ahí lo de “sucia”). Agua, sales, materia orgánica y calor. Lisa y llanamente, un ambiente potencialmente apto para la vida. Nada menos.

VAPOR: DE LA SOSPECHA A LA BUSQUEDA

Y justamente lo que hoy nos ocupa, no sólo está temáticamente relacionado con lo anterior, sino que, además, agrega una evidencia más para sostener ese fascinante modelo de una luna que es hielo por fuera y océano por dentro. A decir verdad, la posible existencia de chorros de vapor emanando de la superficie de Europa es una vieja sospecha de la astronomía. De hecho, tanto las Voyager como la Galileo transmitieron ciertos datos e imágenes (como alguna foto sobreexpuesta y data térmica) que sugirieron algún posible “estallido” de vapor en la luna joviana. Pero nada de eso pudo confirmarse por entonces.

El camino a la confirmación –y a la novedad actual– comenzó a construirse en 2009, cuando un grupo de científicos encabezado por el Dr. Lorenz Roth (Instituto de Investigación del Sudoeste, en San Antonio, Texas) recurrió al imbatible Telescopio Espacial Hubble para iniciar una meticulosa campaña de observación de Europa. Una pesquisa destinada a detectar, justamente, posibles emanaciones de vapor de agua. Y, para eso, “sintonizaron” al Hubble para tomar imágenes en luz ultravioleta, utilizando su instrumento STIS (por Space Telescope Imaging Spectrograph). Roth y su equipo lograron ciertos datos que, en principio, apuntaban a una posible detección positiva de “plumas” de vapor de agua. Pero eran observaciones aisladas, confusas e incompletas. Por eso, más tarde, volvieron a la carga.

LA DETECCION

En noviembre y diciembre de 2012, Roth y sus colegas volvieron a clavar la mirada del Hubble en Europa. Y esta vez los resultados fueron mucho más firmes. Lo que detectaron, concretamente, fue la débil emisión ultravioleta de iones de hidrógeno y oxígeno, ubicadas por encima de la región polar sur del satélite. La detección no fue nada fácil, no sólo por lo raquítico de la señal (“llevamos al Hubble a sus límites”, dicen estos investigadores), sino también porque los científicos tuvieron que “limpiar” datos y señales propias de complejísimo medio ambiente magnético de Júpiter (repleto de partículas cargadas que recorren, a velocidades enormes, las líneas del poderoso campo magnético del planeta). Pero cuando comprobaron que las emisiones de hidrógeno y oxígeno estaban fijas sobre el limbo austral de Europa, se dieron cuenta de que tenían algo firme en sus manos: según ellos, claros signos delatores de moléculas de agua “desarmadas” por los electrones que fluyen a lo largo de las líneas del campo magnético joviano. Moléculas de agua liberadas por la propia Europa hacia el espacio. Vapor. “Por lejos, la explicación más simple para todo ese vapor de agua que hemos observado es que provenga de plumas lanzadas desde la superficie de Europa”, dice Roth, autor principal del paper publicado en Science el 12 de diciembre de 2013 (que lleva el muy explícito título de “Transient Water Vapor at Europa’s South Pole”). El mismo día que en el hallazgo también era anunciado en un encuentro de la Unión Geofísica Americana, celebrado en San Francisco, California.

VARIACIONES: UN JUEGO DE GRAVEDAD Y DISTANCIAS

Eso en cuanto a lo macro. Vamos a los detalles: una de las cosas más curiosas descubiertas por Roth y los suyos fue que las emanaciones de vapor de agua de Europa no son parejas, sino que parecen seguir un ciclo, que alterna picos de emisión con niveles prácticamente nulos. Un ciclo que, según estos expertos, estaría directamente ligado a las variaciones de distancias entre la luna y su planeta. Europa da una vuelta alrededor de Júpiter cada tres días y medio. Y en cada vuelta alcanza un punto de máxima distancia y uno de mínima distancia. Resulta que las observaciones ultravioletas del Hubble mostraron que en el punto de máxima distancia Europa-Júpiter, las líneas de emisión de los átomos de oxígeno eran tres veces más brillantes que el promedio. Y las del hidrógeno, nueve veces. Por el contrario, en el momento de mínima distancia, las señales de ambos elementos constitutivos del agua brillaron por su ausencia. ¿Cuál es la explicación de esta aparente correlación entre distancias e emisiones? Según Roth, la respuesta estaría en las fuerzas de marea que ejerce Júpiter sobre Europa. En pocas palabras: cuando la luna está a su mínima distancia del planeta, sufriría una mayor contracción, y sus fisuras superficiales (de las que se supone brotan los chorros de vapor de agua) se cerrarían. En cambio, a mayor distancia, estas grietas se “relajarían”, permitiendo la salida del vapor hacia el espacio. Kurt Retherford, colega de Ruth, y coautor del paper antes mencionado, pone las cosas en perspectiva y hace hincapié en un punto crucial: “en realidad, la variabilidad de las plumas de vapor de agua no hace más que apoyar la idea clave de que Europa debería flexionarse del modo en que lo hace si tiene en su interior un océano subsuperficial”. Todo encajaría.

LA COMPARACION CON ENCELADO

A decir verdad, estas variaciones no son del todo sorprendentes: desde hace varios años que un fenómeno similar se viene observando en Encelado, una increíble lunita de Saturno (de sólo 500 km de diámetro) que, al igual que Europa, está envuelta en una coraza de agua congelada. Y que, en algún modo, les sugirió a los científicos lo que también podía pasar en Europa. Desde 2005 a esta parte, la sonda espacial Cassini (NASA/ESA) ha fotografiado varias veces, y en rico detalle, múltiples “plumas” de vapor de agua brotando desde varias grietas de la superficie de Encelado. Y no sólo agua. Esos chorros también contienen polvo y hasta materia orgánica. Encelado también parece esconder cosas muy interesantes debajo de su corteza. Y fue la primera luna del Sistema Solar donde se descubren eyecciones de vapor de agua. Ahora, todo indica que Europa es la segunda.

Tanto en Europa como en Encelado, el mecanismo liberador de vapor de agua sería esencialmente el mismo: fracturas en la corteza de hielo (cuyos ciclos de contracción y relajación siguen ritmos orbitales y gravitacionales) que, al abrirse, exponen nichos subsuperficiales de agua líquida al espacio, causando su inmediata evaporación, en forma de “plumas” temporarias. Sin embargo, el tenor y la evolución de esas emanaciones no sería la misma. Según Roth, las “plumas” de la región polar sur de Europa lanzan unas siete toneladas de vapor por segundo, a una velocidad de 2500 km/hora, alcanzando una altura de unos 200 kilómetros. Aun así, este material no logra vencer la gravedad de la gran luna joviana (3200 km de diámetro) y vuelve a caer, congelándose de inmediato al tocar la superficie, que está a unos 150 grados bajo cero. Los chorros de vapor de Encelado no sólo lanzan 30 o 40 veces menos material, sino que, además, logran escapar al espacio, porque sus velocidades les permiten vencer su mucho más débil gravedad (a punto tal que esas emanaciones habrían formado el anillo “E” de Saturno). A todas luces, Europa es una suerte de lejana hermana mayor de Encelado. Y por todo lo dicho no resulta nada raro que ambas sean objetivos científicos de altísima prioridad para futuras misiones espaciales.

LAS “PLUMAS”, EL AGUA Y LA VIDA

Sí, una vez más, Europa vuelve a mostrarse como uno de los grandes candidatos potencialmente biológicos del Sistema Solar. “Aún no sabemos si las plumas de vapor de agua provienen del océano subsuperficial de Europa o si sólo es material eyectado por el calentamiento del hielo superficial por fricción gravitatoria”, dice Roth. Y agrega: “Si efectivamente las plumas están conectadas con el océano, futuras investigaciones podrían apuntar directamente a su composición química, permitiendo conocer más de ese medio ambiente potencialmente habitable, sin tener que perforar las capas de hielo... y eso es tremendamente apasionante. Necesitamos una misión espacial dedicada a Europa”, concluye el científico. Y quién puede dudarlo: Europa pide a gritos una nueva visita. Pero de eso nos ocuparemos en la contratapa de esta edición. Ya es hora de hablar de Ceres, que pacientemente ha esperado su turno...

CERES, EL “PLANETA ENANO”

Ahora, Ceres se sube al escenario de Futuro: ahí esta su foto (una de las mejores que existen al día de hoy, tomada por el Hubble en 2004). Con sus casi 1000 kilómetros de diámetro, esta rara criatura es, por lejos, el mayor habitante del Cinturón de Asteroides, una errática y multimillonaria colección de bizarros cuerpos de roca, metal, o ambas cosas, que deambulan entre las órbitas de Marte y Júpiter. Hasta hace no mucho tiempo, parecía que este anillo de escombros primitivos –que nunca llegaron a formar un planeta verdadero– era un terreno literalmente “seco”. Sin embargo, en los últimos años, los astrónomos han detectado la presencia de varios cuerpos que sí contienen respetables cantidades de hielo en su superficie, y que se comportan casi como cometas, liberando gases y polvo en ciertos momentos de sus órbitas en torno al Sol. Se los conoce como la familia de Cometas del Cinturón Principal. En general, son muy pequeños. Pero ahora se sabe que también hay grandes asteroides que muestran claras señales espectrales de hielo en sus superficies (como 24 Themis y 65 Cybele, de unos 200 y 300 km de diámetro, respectivamente). Y en el caso puntual de Ceres (que desde 2006 ha sido recategorizado como “planeta enano” por la Unión Astronómica Internacional) existían ciertas pistas en el mismo sentido. Entre ellas, observaciones espectrales que se remontan a más de veinte años atrás. Pero hasta ahora nunca se habían obtenido evidencias directas de “sublimación” del agua (pasaje directo de hielo a gas) en la gélida de Ceres.

HALLAZGO DEL PROGRAMA MACH-11

El descubrimiento de vapor de agua en Ceres no es un hecho aislado, sino que forma parte de todo un programa de investigación de la Agencia Espacial Europea (ESA), conocido como MACH11. Una juguetona sigla en inglés que significa algo así como Mediciones de 11 Asteroides y Cometas usando el Herschel. Sí, el Observatorio Espacial Herschel, ese magnífico telescopio insignia de la ESA (con aportes de NASA), que fuera lanzado en 2009, y que dejó de funcionar en abril del año pasado, tras agotar sus reservas de helio líquido (que le permitían mantener sus sensibles instrumentos infrarrojos a 271 grados bajo cero). Aun así, el Herschel (que lleva el nombre del astrónomo amateur que descubrió a Urano) ha

realizado tantas y tan extraordinarias observaciones infrarrojas del universo que los astrónomos aún hoy siguen analizando sus datos. Entre ellos, claro, los que han revelado esta buena nueva sobre Ceres.

Entre 2011 y 2013, el programa MACH 11 estudió a Ceres en cuatro oportunidades. Y en tres de esas ventanas observaciones este programa científico liderado por el doctor Lawrence O’Rouke (ESA) detectó claros indicios de la “señal de absorción del agua” (ver gráfico) mediante el espectrómetro infrarrojo del Herschel. O, dicho de otro modo, O’Rouke y su equipo dicen haber encontrado nubes de vapor de agua alrededor de Ceres (gases que, dicho sea de paso, absorben el propio calor irradiado por el planeta enano hacia el espacio). Finalmente, tras largos análisis, y cuando estuvieron completamente seguros, los investigadores del MACH 11 dieron a conocer la novedad en un paper publicado en Nature el pasado 22 de enero. “Es la primera vez que se ha detectado vapor de agua con total certeza en Ceres, o en cualquier otro objeto del Cinturón de Asteroides”, dice Michael Küppers (ESA), que forma parte de MACH-11 y es uno de los autores principales del paper. Por otra parte, esta inédita detección “provee una prueba de que Ceres tiene una superficie de hielo y una (fina) atmósfera (de vapor agua)”, agrega el científico.

CERES: VARIACIONES Y “ZONAS OSCURAS”

Al parecer, la producción de vapor de agua de Ceres no es pareja. Y aunque seguramente obedece a mecanismos diferentes, también muestra variaciones, como ocurre en Europa. Por un lado, las emanaciones de vapor parecen depender de la distancia del planeta enano al Sol, lo cual resulta comprensible: si bien su temperatura promedio ronda los 110 grados bajo cero, cuando alcanza su “perihelio” (mínima distancia al Sol) puede ser unas decenas de grados más “caliente”. Por el contrario, en su “afelio” (máxima distancia al Sol) es considerablemente más frío. Pero además, O’Rouke, Küppers y los demás científicos del MACH-11 descubrieron que casi todo el vapor de Ceres parece brotar de dos “zonas oscuras” bien específicas (y previamente identificadas con el Telescopio Espacial Hubble): se trata de Piazzi (el apellido del descubridor de Ceres) y la Región A (el gráfico muestra ambos puntos y las mediciones del vapor). En realidad, estos dos parches de Ceres son apenas un 5 por ciento más oscuros que el promedio de su superficie, pero eso alcanzaría para que sean apreciablemente más “calientes” que el resto (dado que los materiales oscuros absorben más radiación solar que los claros). Y eso favorecería la sublimación de pequeños reservorios de hielo de agua. No estamos hablando de mucho vapor: “Estimamos que esas zonas liberan unos 6 kilogramos de vapor por segundo, lo que requiere que sólo una fracción de la superficie de Ceres esté cubierta de agua congelada”, explica O’Rouke.

La detección de vapor de agua en el gigante del Cinturón de Asteroides es otra noticia de peso en el tablero de la astronomía contemporánea. De todos modos, quedan varias cuestiones pendientes, entre ellas, las causas del proceso. Podría tratarse de algún tipo de “criovulcanismo”. O quizá de un mero proceso de “sublimación”, al estilo cometario. Afortunadamente, y a diferencia de Europa (que deberá esperar mucho tiempo), el año que viene una sonda espacial llegará a Ceres (ver contratapa). Será la primera vez en la historia que lo veremos bien de cerca. Y entonces, seguramente, sus arrebatos de vapor de agua encontrarán una clara explicación. Y quién sabe cuántas cosas más saldrán a la luz.

Vapor de agua en Europa y Ceres. Y por detrás, posibles nichos ocultos de agua líquida. Son dos anuncios casi simultáneos que vuelven a demostrarnos el inagotable potencial de nuestro querido Sistema Solar para mantenernos siempre en vilo. Apasionados, pensando, y soñando con nuestros mundos hermanos.

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Plumas de vapor de agua en Europa (Fotomontaje).
 
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