Francis en #rosavientos: Oceános subterráneos en el Sistema Solar

Por Francisco R. Villatoro, el 15 marzo, 2015. Categoría(s): Astronomía • Ciencia • Eureka (La Rosa de los Vientos) • Nature • Noticias • Science ✎ 6

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Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos  de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

Varios cuerpos del Sistema Solar parecen contener océanos subterráneos. Encélado, uno de los satélites de Saturno, oculta un océano con fuentes termales que calientan sus aguas, según los datos recogidos por la sonda Cassini de la NASA. Este océano subterráneo tiene unos 10 kilómetros de espesor y está cubierto por una corteza de hielo que, con un grosor de entre 30 y 40 kilómetros, que presenta fracturas por donde escapan géiseres. Se publica en Nature la observación de nanopartículas de sílice asociadas a la actividad hidrotermal. La noticia nos lleva a hablar de otros cuerpos del sistema solar con posibles oceános subterráneos, como Ganímedes y Europa, o incluso océanos hipotéticos como Ceres y Caronte.

La nueva noticia sobre Encélado nos la cuenta Gabriel Tobie, “Planetary science: Enceladus’ hot springs,” Nature 519: 162-163, 12 Mar 2015, doi: 10.1038/519162a; que se hace eco del artículo de Hsiang-Wen Hsu et al., “Ongoing hydrothermal activities within Enceladus,” Nature 519: 207-210, 12 Mar 2015, doi: 10.1038/nature14262.

Se han hecho eco de la noticia muchos medios, incluido Daniel Marín, “Las fuentes hidrotermales de Encélado y el futuro de la exploración espacial,” Eureka, 12 Mar 2015; “El océano subterráneo de Encélado esconde aguas termales,” Agencia SINC, 11 Mar 2015; José Manuel Nieves, “Confirman actividad hidrotermal en el fondo de los océanos de Encelado,” Ciencia, ABC, 12 Mar 2015.

Dibujo20150311 enceladus - cassini

Varios planetas y lunas de planetas del Sistema Solar tienen océanos subterráneos con agua líquida. No están en la zona de habitabilidad  del Sol, donde se encuentran los planetas que pueden tener agua líquida en su superficie. Pero en la Tierra los fondos de los océanos son auténticos oasis de vida. ¿Podría haber vida en estos océanos subterráneos? Para la presencia de la vida similar a la que conocemos en la Tierra, que está basada en el carbono, es necesario que un planeta, además de agua líquida, tenga sustancias orgánicas complicadas. Saber si estas sustancias existen en el océano subterráneo de un planeta o de una luna de un planeta gaseoso es muy difícil. Esta semana ha sido noticia que Encélado, un satélite de Saturno descubierto en 1789 por William Herschel, muestra señales de actividad hidrotermal activa. Ya sabíamos que Encélado posee un océano subterráneo con agua líquida porque su superficie helada presenta grietas que dan lugar a géiseres activos en su polo sur y a la presencia de una tenue atmósfera. Pero ahora tenemos pruebas de actividad hidrotermal en el fondo de este océano subterráneo, la primera que hemos detectado fuera de la Tierra de este tipo de actividad geoquímica. Estas fuentes hidrotermales activas en el fondo de su océano indican que el interior de Encélado es mucho más caliente de lo que pensábamos.

El artículo científico se ha publicado en la revista Nature por el equipo de la misión espacial Cassini, un proyecto conjunto de la NASA y de la ESA que fue lanzado al espacio en 1997 y que está en órbita alrededor de Saturno desde junio de 2004. Encélado es un satélite de Saturno que se encuentra en el anillo más exterior de su sistema de anillos, el llamado anillo E. El instrumento Analizador de Polvo Cósmico (CDA por Cosmic Dust Analyser) a bordo de Cassini ha encontrado en el anillo E señales de sílice (dióxido de silicio). Se sabía que el anillo E estaba formado por partículas de hielo emitidas por los géiseres de Encélado. Pero se pensaba que estos granos estaban compuestos por silicio puro. El nuevo análisis de los datos de Cassini sugiere la presencia de granos de sílice de tamaño muy pequeño (su diámetro es menor de 10 nanómetros) por lo que los científicos creen que se han originado en reacciones hidrotermales con temperaturas superiores a los 90º C en el fondo del océano de Encélado.

Dibujo20150311 schematic Enceladus interior - nature14262-f3

Estos pequeños granos de sílice han llegado al anillo más exterior de Saturno gracias a los géiseres que se encuentran en el polo sur de Encélado. ¿Qué tienen de especial este granos para indicar actividad hidrotermal en su océano subterráneo? En la Tierra el proceso más común para formar pequeños granos nanométricos de sílice es mediante procesos hidrotermales con agua alcalina sobresaturada de sílice y con abundancia de sales. Estudios previos sugerían que el océano subterráneo de Encélado tenía un pH alcalino. Al tratarse de granos muy pequeños deben haber tardado poco tiempo, entre meses y años, en moverse desde el fondo del océano hasta su superficie, para luego abandonar Encélado hacia el anillo E a través de las fisuras de la corteza helada que hay en el polo sur (las llamadas ‘rayas de tigre’). En el polo sur la corteza de hielo tiene un espesor de unos diez kilómetros, mientras que en el resto del satélite alcanza los treinta o cuarenta kilómetros de grosor. Los científicos creen que los granos de sílice no provienen directamente del fondo del océano, sino que su origen es aún más profundo.

Los datos de la Cassini sugieren que el núcleo de Encélado es poroso, con una extensa región por debajo del océano de agua líquida en la que hay una mezcla entre  agua y roca. La hipótesis hidrotermal se ve reforzada por la detección de metano (un compuesto orgánico) y de sodio en los géiseres. El metano debe producirse por mecanismos hidrotermales porque en otro caso quedaría atrapado en los hielos con volátiles de la corteza y los géiseres mostrarían poca cantidad de este compuesto. Además, el sodio indica es señal de agua líquida con sales disueltas en ella. Por ello se cree que las partículas de sílice encontradas se han originado en el océano y no en la corteza de hielo superficial. Por ello las pruebas a favor de la actividad hidrotermal son bastante sólidas.

Dibujo20150313 enceladus orbit - Saturn E Ring - PIA03550 - wikipedia commons

Un gran actividad hidrotermal en el fondo de su océano subterráneo de la luna Encélado indica que su interior debe ser muy caliente. Pero Encélado es una luna de Saturno muy pequeña. ¿Cuál puede ser la fuente de calor interior en un cuerpo tan pequeño del Sistema Solar? La fuente de calor interior de Encélado es una de las muchas incógnitas que oculta esta luna de Saturno. Encélado se encuentra en una resonancia orbital 2:1 con otro satélite de Saturno llamado Dione, lo mismo que le ocurre a Io y Europa. Encélado completa dos órbitas a Saturno, cada una en unas 33 horas, por cada una que completa Dione. Esta resonancia proporciona una fuente de calor a la actividad geológica de Encélado. Además, las fuerzas de marea gravitatorias debidas a Saturno provocan que esta luna se estire y contraiga, calentándose en el proceso. Pero los cálculos indican que el calor producido por estos fenómenos no es suficiente para explicar la actividad observada en el polo sur de esta luna. Se requieren unos 16 megavatios y estos procesos podrían explicar sólo unos 2 megavatios. Por ello se cree que interior de Encélado debe contener más isótopos radactivos de lo esperado. La causa (o causas) del calentamiento de Encélado son un tema activo de investigación. Quedan muchas incógnitas por desvelar, pero el descubrimiento de actividad hidrotermal en Encélado es muy interesante desde el punto de vista astrobiológico. Hasta ahora, en el sistema solar exterior el lugar más sugerente era Europa, una luna de Júpiter, que tiene océano subterráneo más grande que el de Encélado, pero que mucho más difícil de estudiar. Una misión espacial hacia Encélado sería un apuesta muy firme para la búsqueda de posibles señales de vida en nuestro Sistema Solar.

Dibujo20150313 ganymedes - auroras- hubble space telescope

Europa es una luna de Júpiter que presenta una océano subterráneo de agua líquida y una tenue atmósfera de oxígeno. Carl Sagan en su serie Cosmos ya planteó hace años que Europa podría ser habitable por formas de vida más complejas que simples microorganismos. ¿Qué sabemos sobre la posible existencia de vida en esta luna de Júpiter? Gracias a la misión espacial Galileo de la NASA, que concluyó en septiembre de 2003, sabemos que Europa es una luna de Júpiter que alberga un océano de agua líquida de unos 100 km de espesor bajo una gruesa capa de hielo de entre 10 y 30 km de grosor. Las observaciones del Telescopio espacial Hubble indican que Europa tiene una atmósfera muy tenue compuesta de oxígeno, pero se cree que su origen no es biológico. La luz del Sol y los rayos cósmicos que chocan contra la superficie helada de Europa producen vapor de agua que se divide en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno escapa a la gravedad de Europa, pero no así el oxígeno. El agua del oceáno de Europa podría tener una elevada concentración de oxígeno, incluso mayor que en nuestros océanos. Pero a día de hoy no tenemos evidencia de actividad hidrotermal en este océano y dicha actividad geológica es necesaria en la Tierra para la presencia de vida en los fondos de los oceános.

Por cierto, esta semana también ha sido noticia que Ganímedes, otra luna galileana de Júpiter, también podría tener un océano subterráneo con más agua salada que toda la que hay en la superficie de la Tierra. El descubrimiento se ha publicado en la revista Journal of Geophysical Research: Space Physics se basa en observaciones de las auroras en Ganímedes mediante el telescopio espacial Hubble. Las auroras son controladas por el campo magnético de la luna y su comportamiento ofrece información sobre su interior. El movimiento oscilatorio de las dos auroras del satélite sugiere que existe una gran cantidad de agua salada bajo la superficie helada que está afectando al campo magnético. De hecho, la misión Galileo de la NASA ya midió el campo magnético de Ganímedes en 2002 y presentó indicios que apoyaban la existencia de un océano subterráneo. Las nuevas observaciones se han realizado con luz ultravioleta gracias al telescopio espacial Hubble y permiten estimar que se trata de un océano de unos 100 kilómetros de espesor, diez veces más profundos que los océanos de la Tierra, pero que está enterrado bajo una corteza helada de unos 150 kilómetros. La posibles existencia de vida en los océanos de Europa y Ganímedes será difícil de verificar, pues se trata de océanos muy profundos bajo una gruesa corteza helada.

El artículo es Joachim Saur et al., “The search for a subsurface ocean in Ganymede with Hubble Space Telescope observations of its auroral ovals,” Journal of Geophysical Research: Space Physics, AOP 12 Mar 2015, doi: 10.1002/2014JA020778. Nos lo cuenta Eric Hand, “Huge ocean confirmed underneath solar system’s largest moon,” Science News, 12 Mar 2015.

En español puedes leer a Teresa Guerrero, “Ganímedes, la mayor luna de Júpiter, alberga más agua líquida que la Tierra,” Ciencia, El Mundo, 12 Mar 2015.

Dibujo20150313 ceres - hypothetical ocean - nasa

Una misión especial para explorar estos océanos subterráneos que están cubiertos por una gruesa corteza será muy costosa pues habría que usar algún tipo de taladro para poderlos explorar. ¿Hay otros océanos subterráneos más cercanos a nosotros o más fáciles de explorar en busca de vida? Hay varios cuerpos del sistema solar que podrían tener un océano subterráneo de agua líquida que aún no está confirmado. Por ejemplo, la mayor luna de Saturno, Titán, posee en su superficie lagos y ríos de metano, junto a una densa atmósfera de nitrógeno y metano, muy rica en hidrocarburos complejos. La superficie de Titán es por tanto uno de los lugares más fascinantes del Sistema Solar. La órbita de Titán no es perfectamente circular y durante los 16 días que tarda en girar alrededor de Saturno hay fuerzas de marea gravitatorias que deforman esta luna. Las mediciones gravimétricas de Titán aún no han detectado un gran océano subterráneo, pero la sonda espacial Cassini de la NASA ha detectado una deformación de la superficie por culpa de las mareas del orden de unos 10 metros. Algunos geofísicos piensan que es una señal de la presencia de una capa interior líquida. Un océano subterráneo que además de agua tendría grandes cantidades de metano y amoniaco. Se necesitan nuevos estudios para confirmar su presencia.

También se ha sugerido la presencia de un océano en Ceres, el asteroide más grande que se encuentra en el cinturón de asteroides entre las órbitas de Marte y Júpier, que ahora tiene categoría de planeta enano como Plutón. Se han observado manchas brillantes en la superficie de Ceres desde 2005. Se trata de emisiones de vapor de agua, pero no se sabe si su origen es el impacto de pequeños cometas heladas, o bien son emisiones cuyo origen es un océano de agua líquida bajo la superficie. Lo cierto es que las estimaciones de la densidad de Ceres indican que un tercio de su volumen debe ser hielo. Este hielo no puede ser sólido y se debe haber ido separando en capas. Una de ellas podría ser líquida y ser la responsable de las emisiones que se observan como manchas brillantes (como la pareja de manchas brillantes que hace un par de semanas se observaron en el centro de un cráter). Esta hipótesis es muy atractiva para los astrobiólogos ya que Ceres se encuentra mucho más cerca que la luna Europa de Júpiter y la luna Encélado de Saturno. Ceres podría ser más fácil de explorar y está claro que planificar un aterrizaje en su superficie es mucho menos costoso.

La sonda espacial Dawn de la NASA, que el 6 de marzo empezará a orbitar a Ceres, debe aclarar este misterio. Nos lo cuentan Eric Hand, “Dawn probe to look for a habitable ocean on Ceres,” Science 347: 813-814, 20 Feb 2015, doi:10.1126/science.347.6224.813; y Michael Küppers et al., “Localized sources of water vapour on the dwarf planet (1) Ceres,” Nature 505: 525-527, 23 Jan 2014, doi:10.1038/nature12918.

Más información divulgativa en Daniel Marín, “Ceres a 83 000 kilómetros de distancia,” Eureka, 17 Feb 2015; “Ceres a 46 000 kilómetros de distancia,” Eureka, 25 Feb 2015. Recomiendo leer a Lee Billings, “La nave Dawn observa manchas sobre el misterioso Ceres,” Scientific American (Español), 03 Mar 2015.

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El planeta enano por excelencia es Plutón, que perdió la categoría de planeta en agosto de 2006. Este año la sonda espacial New Horizons de la NASA tomará órbita circular alrededor de Plutón para estudiarlo en detalle. ¿Podría haber algún océano subterráneo en Plutón o en alguna de sus lunas? Plutón es el planeta enano prototipo de la categoría de objetos transneptunianos denominada plutinos. Posee una órbita excéntrica y muy inclinada con respecto a la eclíptica, que incluso puede llegar al interior de la órbita de Neptuno (cuando se encuentra cerca de su perihelio). Que sepamos, Plutón posee cinco satélites: Caronte, Nix, Hidra, Cerbero y Estigia. Estos son cuerpos celestes que comparten la misma categoría. El satélite más grande de Plutón, Caronte, es la luna del sistema solar más grande en comparación con su planeta. Desde que se descubrió en 1978 se observó que, aunque Plutón tiene una masa siete veces mayor que Caronte, el baricentro de sus órbitas se encuentra fuera de Plutón; por ello se suele decir que forman un planeta binario o doble. Las fuerzas de marea gravitatorias entre ambos son muy intensas y de hecho Caronte y Plutón presentan siempre la misma cara el uno al otro. La superficie de Caronte presenta fracturas que parecen indicar que, al menos en el pasado, estuvo caliente y pudo albergar un océano de agua en estado líquido. La sonda espacial New Horizons de la NASA tomará órbita alrededor de Plutón en julio de este año y nos permitirá estudiar en detalle a Caronte y los otros satélites. Quizás se encuentre un oceáno líquido en su interior calentado por las fuerzas de marea gravitatoria. Hay muchos lugares del Sistema Solar que pueden tener océanos de agua líquida subterráneas o que los tuvieron en su pasado remoto, como el planeta Marte. Por ahora, Marte es el lugar más cercano en el que podría haber vida y el más fácil de estudiar. A día de hoy aún no podemos descartar la existencia de microorganismos. Marte sigue siendo una gran promesa para la exobiología.

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6 Comentarios

  1. Una entrada interesante. Sin embargo deberías corregir la parte de Plutón, ya que la New Horizons no orbitará el planeta enano, sino que pasará de largo, estando más o menos cuatro días en las cercanias de Plutón. Ojalá pudiese orbitarlo y quedarse allí.

  2. dijo :

    “La sonda espacial New Horizons de la NASA tomará órbita alrededor de Plutón en julio de este año y nos permitirá estudiar en detalle a Caronte y los otros satélites.”

    una corrección,la sonda New Horizon no entrará en órbita alrededor de Plutón sino hará un vuelo rasante “Fly by”,teniendo su máxima aproximación el 14 de julio del 2015 a una distancia de 12500 km del planeta ,para luego alejarse hacia el cinturón de Kuiper en donde tendrá otros 2 objetivos.

  3. Una entrada interesantísima y llena de de datos de mucho valor.

    Estaba pensando en los casos de Titán y Encéndalo. Es verdad que como objetivos para la astrobiología son muy atractivos. En el caso de Titán lleva a pensar inevitablemente en la posibilidad de una bioquímica hipotética que no utilice como solvente agua (en este caso en un espectro de temperaturas muy estrecho) una de las grandes preguntas de la Astrobiología.

    Más interesante (por ser un problema práctico) es el caso de Encéndalo (o llevado al extremo en Ganímedes) ¿Será que algún día podremos explorar sus océanos subterráneos?, Tecnológicamente que necesitaríamos algo para excavar ¿Un taladro? ¿cuáles serían sus cracterísticas?

    Biológicamente me pregunto ¿Cómo podría ser una vida cuya divergencia evolutiva no presente organismos fotosintéticos? la pregunta me parece de valor por que en nuestra cadena trófica son los actores imprescindibles pues hay niveles de complejidad que ciertamente son prescindibles (alguna vez leí que bien podrían existir otros tipos de “eslabón” en la cadena).

    Interesante también lo de Caronte… ¿Estuvo caliente alguna vez? ¿Hace cuánto?

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