Europa, la luna de Júpiter, es una de las principales candidatas en la búsqueda de vida. La luna congelada tiene un océano subterráneo, y la evidencia indica que es cálido, salado y rico en química que permite la vida.

Una nueva investigación muestra que la luna está lanzando oxígeno debajo de su capa helada, donde podría estar alimentando vida simple.

Si Europa puede o no mantener vida en su océano subterráneo es muy discutible, y el debate está esencialmente estancado hasta que la NASA envíe el Europa Clipper allí. La misión a Europa debe diseñarse meticulosamente, y la NASA basa parte del diseño en las preguntas específicas que los científicos quieren que aborde el Clipper. No podemos enviar una nave espacial a Europa y decirle que encuentre vida.

La NASA diseña misiones con grandes preguntas en mente, pero solo pueden responder preguntas más pequeñas y específicas. Así que los científicos están estudiando diferentes aspectos de Europa y realizando simulaciones para afinar las preguntas que necesitan que haga la misión.

El oxígeno está en el centro de una de esas preguntas. Podría ser la pieza final para comprender la habitabilidad de Europa.

Europa tiene, o creemos que tiene, la mayor parte de lo que la vida necesita para sostenerse. El agua es el ingrediente principal, y tiene una abundancia de agua en su océano subterráneo. Europa tiene más agua que los océanos de la Tierra. También tiene los nutrientes químicos necesarios. La vida necesita energía, y la fuente de energía de Europa es la flexión de las mareas de Júpiter, que calienta su interior y evita que el océano se congele. Estos son hechos bastante bien establecidos para la mayoría de los científicos.

La luna congelada también tiene oxígeno en su superficie, otro indicio intrigante de habitabilidad. El oxígeno se genera cuando la luz solar y las partículas cargadas de Júpiter golpean la superficie de la luna. Pero hay un problema: la gruesa capa de hielo de Europa es una barrera entre el oxígeno y el océano. La superficie de Europa está congelada, por lo que cualquier vida tendría que estar en su vasto océano.

¿Cómo puede llegar el oxígeno desde la superficie hasta el océano?

When charged particles strike Europa's surface, they split water molecules apart. The lighter hydrogen floats away into space, but the oxygen stays behind. If the oxygen somehow makes its way to the ocean, it could possibly provide chemical energy for microbial life. Image Credit: NASA
Cuando las partículas cargadas golpean la superficie de Europa, separan las moléculas de agua. El hidrógeno más liviano flota hacia el espacio, pero el oxígeno se queda ahí. Si el oxígeno de alguna manera llega al océano, podría proporcionar energía química para la vida microbiana. Créditos de la imagen: NASA

Según una nueva carta de investigación, las piscinas de agua salada en la capa helada de Europa podrían estar transportando el oxígeno desde la superficie hasta el océano. El artículo de investigación es “Downward Oxidant Transport Through Europa’s Ice Shell by Density-Driven Brine Percolation,”, publicado en la revista Geophysical Research Letters. El autor principal es Marc Hesse, profesor del Departamento de Ciencias Geológicas de la UT Jackson School of Geosciences.

Estas piscinas salobres existen en lugares de la corteza donde parte del hielo se derrite debido a las corrientes de convección en el océano. El famoso y fotogénico terreno caótico de Europa se forma sobre estas piscinas.

El terreno caótico cubre alrededor del 25% de la superficie helada de Europa y es donde se mezclan crestas, grietas, fallas y llanuras. No hay una comprensión clara de las causas exactas del caos del terreno, aunque es probable que esté relacionado con el calentamiento y derretimiento desigual del subsuelo. Algunas de las imágenes más icónicas de Europa destacan esta característica extrañamente hermosa.

Image of Europa’s ice shell, taken by the Galileo spacecraft, of fractured “chaos terrain.” A tunnelling robot would likely be sent to this type of surface area. Image Credit: NASA/JPL-Caltech
Imagen de la capa de hielo de Europa, tomada por la nave espacial Galileo, del “terreno caótico” fracturado. Las piscinas de agua salada debajo del terreno pueden estar transportando oxígeno al océano de la luna. Créditos de la imagen: NASA/JPL-Caltech

Los científicos creen que la capa de hielo de Europa tiene un espesor de unos 15 a 25 km (10 a 15 millas). Un estudio de 2011 encontró que el terreno caótico en Europa puede estar ubicado sobre grandes lagos de agua líquida a tan solo 3 km (1,9 millas) por debajo del hielo. Estos lagos no están conectados directamente con el océano subterráneo, pero pueden drenar hacia ellos. Según este nuevo estudio, los lagos salados pueden mezclarse con el oxígeno de la superficie y, con el tiempo, pueden entregar grandes cantidades de oxígeno al océano subterráneo más profundo.

This figure from the study shows how oxidants are generated and distributed in Europa's surface ice. Radiolysis sputters H2O into H2 and O, with O recombining into O2. Some of the O2 is released into the moon's atmosphere, but most of it returns to the icy regolith and is trapped in bubbles. The bubbles are the dominant near-surface reservoir for oxidants. Over thousands of years, the bubbles can make their way down to the ocean. Image Credit: Hesse et al. 2022.
Esta figura del estudio muestra cómo se generan y distribuyen los oxidantes en el hielo de la superficie de Europa. La radiólisis pulveriza H2O en H2 y O, y el O se recombina en O2. Parte del O2 se libera en la atmósfera de la luna, pero la mayor parte regresa al regolito helado y queda atrapado en burbujas. Las burbujas son el reservorio dominante cerca de la superficie para los oxidantes. Durante miles de años, las burbujas pueden llegar al océano. Créditos de la imagen: Hesse et al. 2022.

“Nuestra investigación pone este proceso en el ámbito de lo posible”, dijo Hesse. “Proporciona una solución a lo que se considera uno de los problemas pendientes de habitabilidad del océano subterráneo de Europa”.

Los investigadores mostraron cómo se transporta el oxígeno a través del hielo en su simulación. La salmuera cargada de oxígeno se mueve hacia el océano subterráneo en una ola de porosidad. Una ola de porosidad transporta la salmuera a través del hielo al ensanchar momentáneamente los poros en el hielo antes de volver a sellar rápidamente. Durante miles de años, estas ondas de porosidad transportan la salmuera rica en oxígeno al océano.

El modelo basado en la física construido por los investigadores muestra una onda de porosidad (forma esférica) que transporta salmuera y oxígeno en la superficie de Europa a través de la capa de hielo de la luna hasta el océano de agua líquida que se encuentra debajo. El gráfico muestra el tiempo (en miles de años) y la profundidad de la capa de hielo (en kilómetros). El rojo indica niveles más altos de oxígeno. El azul representa niveles más bajos de oxígeno. Créditos: Hesse et al. 2022

La relación entre el terreno caótico y el transporte de oxígeno no está del todo clara. Pero los científicos creen que los afloramientos convectivos causados ​​por el calentamiento de las mareas derriten parcialmente el hielo, manifestándose como un terreno caótico revuelto en la superficie. El hielo debajo de la salmuera debe estar fundido o parcialmente fundido para que la salmuera rica en oxígeno se drene hacia el océano.

“Para que estas salmueras se drenen, el hielo subyacente debe ser permeable y, por lo tanto, parcialmente fundido. Estudios previos muestran que el calentamiento de las mareas aumenta la temperatura de los afloramientos en la porción de convección de la capa de hielo de Europa hasta el punto de fusión del hielo puro”, escriben los autores.

“Dado que es probable que se formen terrenos caóticos sobre afloramientos diapíricos, es plausible que el hielo subyacente esté parcialmente derretido”, dice la carta. La presencia de NaCl en el hielo de conexión probablemente aumenta el derretimiento.

La superficie de Europa es terriblemente fría, pero no lo suficientemente fría como para volver a congelarse tan rápido que el oxígeno no puede transportarse en salmuera. En los polos de la luna, la temperatura nunca supera los 220 °C (370 °F) bajo cero, pero los resultados del modelo «… demuestran que volver a congelarse en la superficie es demasiado lento para detener el drenaje de la salmuera y evitar el suministro de oxidantes al océano interno». Aunque el hielo de la superficie de Europa está congelado, el hielo debajo es convectivo, lo que retrasa la congelación. Y algunas investigaciones muestran que el lecho marino puede ser volcánico.

This illustration shows how volcanism in Europa's interior might work to maintain a liquid ocean. Credit:  NASA/JPL-Caltech/Michael Carroll
Esta ilustración muestra cómo podría funcionar el vulcanismo en el interior de Europa para mantener un océano líquido. Créditos: NASA/JPL-Caltech/Michael Carroll

El estudio dice que alrededor del 86% del oxígeno absorbido en la superficie de Europa llega al océano. A lo largo de la historia de la luna, ese porcentaje podría haber cambiado ampliamente. Pero la estimación más alta producida por el modelo de los investigadores crea un océano rico en oxígeno muy similar al de la Tierra. ¿Podría algo estar viviendo bajo el hielo?

Artist's impression of a hypothetical ocean cryobot (a robot capable of penetrating water ice) in Europa. Credit: NASA
Impresión artística de un hipotético criobot oceánico (un robot capaz de penetrar el hielo de agua) en Europa. Créditos: NASA

«Es tentador pensar en algún tipo de organismos aeróbicos que viven justo debajo del hielo», dijo el coautor Steven Vance, científico investigador del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA y supervisor de su Grupo de Geofísica e Interiores Planetarios.

Kevin Hand es uno de los muchos científicos muy interesados ​​en Europa, su potencial para la vida y la próxima misión Europa Clipper. Hand es un científico de la NASA/JPL cuyo trabajo se centra en Europa. Tiene la esperanza de que Hesse y sus colegas investigadores hayan resuelto el problema del oxígeno en los océanos de la luna congelada.

«Sabemos que Europa tiene compuestos útiles como el oxígeno en su superficie, pero ¿llegan al océano debajo, donde la vida puede usarlos?» preguntó. “En el trabajo de Hesse y sus colaboradores, la respuesta parece ser sí”.

¿Qué preguntas puede hacer el Europa Clipper que podrían confirmar estos hallazgos?

El Clipper es la primera misión dedicada a Europa. Creemos saber muchas cosas sobre Europa que no hemos podido confirmar. El Clipper está diseñado para abordar tres objetivos más grandes:

  • Investigar la composición del océano para determinar si tiene los componentes necesarios para sustentar la vida.
  • Investigar la geología de la luna para comprender cómo se formó la superficie, incluido el terreno caótico.
  • Determina el grosor de la capa de hielo y si hay agua líquida dentro y debajo de ella. También determinarán cómo interactúa el océano con la superficie: ¿Hay algo en el océano que se eleve a través del caparazón hasta la parte superior? ¿Algún material de la superficie se abre camino hacia el océano?

Ese último punto habla del transporte potencial de oxígeno desde la superficie hasta el océano. El Europa Clipper llevará diez instrumentos que trabajarán juntos para abordar estas preguntas.

El espectrómetro MAss para exploración planetaria/Europa (MASPEX) es particularmente interesante cuando se trata del transporte de oxígeno en Europa.

“MASPEX obtendrá respuestas cruciales de los gases cerca de Europa, como la química de la superficie, la atmósfera y el océano sospechoso de Europa”, explica la página web del instrumento. “MASPEX estudiará cómo la radiación de Júpiter altera los compuestos de la superficie de Europa y cómo la superficie y el océano intercambian material”.

MASPEX, y el resto de los instrumentos de Europa Clipper, podrían confirmar el transporte de oxígeno desde la superficie hasta el océano, donde la vida podría usarlo si existe vida allí. Pero tendremos que esperar un tiempo. El lanzamiento de Europa Clipper está programado para octubre de 2024 y no llegará al sistema de Júpiter hasta 5,5 años después. Una vez allí, se espera que su fase científica dure cuatro años. Así que podría ser 2034 antes de que tengamos todos los datos.

Mientras tanto, investigaciones como esta nos abrirán el apetito.

Artículo con fines divulgativos basado en el artículo original en Inglés.
Créditos: Evan Gough, Universe Today
Salvo indicación contraria este trabajo está licenciado por el autor bajo la licencia International Creative Commons Attribution 4.0

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