Ligeramente más pequeña que la Luna de la Tierra , Europa está hecha de roca de silicato y tiene una corteza de hielo de agua [15] y probablemente un núcleo de hierro y níquel . Tiene una atmósfera muy fina, compuesta principalmente de oxígeno. Su superficie geológicamente joven, de color blanco- beige , está estriada por grietas y vetas de color canela claro , con muy pocos cráteres de impacto. Además de las observaciones con telescopios desde la Tierra, Europa ha sido examinada mediante una sucesión de sobrevuelos de sondas espaciales, la primera de las cuales tuvo lugar a principios de los años setenta. En septiembre de 2022, la nave espacial Juno voló a unos 320 km (200 millas) de Europa para obtener una vista más cercana de cerca. [dieciséis]
Europa tiene la superficie más lisa de cualquier objeto sólido conocido en el Sistema Solar. La aparente juventud y suavidad de la superficie han llevado a la hipótesis de que debajo de la superficie existe un océano de agua que posiblemente podría albergar vida extraterrestre . [17] El modelo predominante sugiere que el calor de la flexión de las mareas hace que el océano permanezca líquido e impulsa el movimiento del hielo de manera similar a la tectónica de placas , absorbiendo sustancias químicas de la superficie hacia el océano. [18] [19] La sal marina de un océano subterráneo puede estar cubriendo algunas características geológicas en Europa, lo que sugiere que el océano está interactuando con el fondo marino. Esto puede ser importante para determinar si Europa podría ser habitable. [20] Además, el Telescopio Espacial Hubble detectó columnas de vapor de agua similares a las observadas en Encélado , la luna de Saturno , que se cree que son causadas por criogeysers en erupción . [21] En mayo de 2018, los astrónomos proporcionaron evidencia que respalda la actividad de la columna de agua en Europa, basándose en un análisis actualizado de los datos obtenidos de la sonda espacial Galileo , que orbitó Júpiter de 1995 a 2003. Dicha actividad de la columna podría ayudar a los investigadores en la búsqueda de vida desde el subsuelo del océano europeo sin tener que aterrizar en la luna. [22] [23] [24] [25]
La misión Galileo , lanzada en 1989, proporciona la mayor parte de los datos actuales sobre Europa. Ninguna nave espacial ha aterrizado todavía en Europa, aunque se han propuesto varias misiones de exploración. El Júpiter Icy Moon Explorer (JUICE) de la Agencia Espacial Europea es una misión a Ganímedes lanzada el 14 de abril de 2023 e incluirá dos sobrevuelos de Europa. [26] [27] Se espera que Europa Clipper de la NASA se lance en octubre de 2024, [28] [29] con un módulo de aterrizaje complementario posible según sus hallazgos.
Descubrimiento y denominación
Europa, junto con las otras tres grandes lunas de Júpiter, Ío , Ganímedes y Calisto , fue descubierta por Galileo Galilei el 8 de enero de 1610, [2] y posiblemente de forma independiente por Simón Marius . La primera observación de Ío y Europa fue realizada por Galileo el 7 de enero de 1610 utilizando un telescopio refractor de 20 aumentos en la Universidad de Padua . Sin embargo, en esa observación, Galileo no pudo separar Ío y Europa debido al bajo aumento de su telescopio, por lo que los dos quedaron registrados como un solo punto de luz. Al día siguiente, 8 de enero de 1610 (utilizado como fecha del descubrimiento de Europa por la IAU ), Io y Europa fueron vistos por primera vez como cuerpos separados durante las observaciones de Galileo del sistema de Júpiter. [2]
Europa es el homónimo de Europa , hija del rey de Tiro , una noble fenicia en la mitología griega . Como todos los satélites galileanos, Europa lleva el nombre de un amante de Zeus , la contraparte griega de Júpiter . Europa fue cortejada por Zeus y se convirtió en reina de Creta . [30] El esquema de nomenclatura fue sugerido por Simon Marius, [31] quien atribuyó la propuesta a Johannes Kepler : [31] [32]
Los poetas culpan mucho a Júpiter por sus amores irregulares. Se menciona especialmente a tres doncellas que fueron cortejadas clandestinamente por Júpiter con éxito. Io, hija del río Ínaco, Calisto de Licaón, Europa de Agenor. Luego estaba Ganímedes, el hermoso hijo del rey Tros, a quien Júpiter, habiendo tomado la forma de un águila, transportó al cielo sobre su espalda, como cuentan fabulosamente los poetas... Pienso, por tanto, que no habría hecho mal si la Primera es llamada por mí Io, la Segunda Europa, la Tercera, por su majestuosidad de luz, Ganímedes, la Cuarta Calisto... [33] [34]
Los nombres cayeron en desgracia durante un tiempo considerable y no recuperaron su uso generalizado hasta mediados del siglo XX. [35] En gran parte de la literatura astronómica anterior , se hace referencia a Europa simplemente por su designación en números romanos como Júpiter II (un sistema también introducido por Galileo) o como el "segundo satélite de Júpiter". En 1892, el descubrimiento de Amaltea , cuya órbita estaba más cerca de Júpiter que las de las lunas galileanas, empujó a Europa a la tercera posición. Las sondas Voyager descubrieron tres satélites interiores más en 1979, por lo que ahora Europa se cuenta como el sexto satélite de Júpiter, aunque todavía se le conoce como Júpiter II . [35]
La forma adjetival se ha estabilizado como Europan . [5] [36]
Órbita y rotación
Animación de la resonancia de Laplace de Ío, Europa y Ganímedes (las conjunciones se resaltan mediante cambios de color)
Europa orbita a Júpiter en poco más de tres días y medio, con un radio orbital de unos 670.900 km. Con una excentricidad orbital de sólo 0,009, la órbita en sí es casi circular y la inclinación orbital relativa al plano ecuatorial de Júpiter es pequeña, de 0,470°. [37] Al igual que sus compañeros satélites galileanos , Europa está bloqueada por mareas con Júpiter, con un hemisferio de Europa constantemente frente a Júpiter. Debido a esto, hay un punto subjoviano en la superficie de Europa, desde el cual Júpiter parecería colgar directamente sobre su cabeza. El primer meridiano de Europa es una línea que pasa por este punto. [38] Las investigaciones sugieren que el bloqueo de las mareas puede no ser total, ya que se ha propuesto una rotación no sincrónica : Europa gira más rápido de lo que orbita, o al menos lo hizo en el pasado. Esto sugiere una asimetría en la distribución de masa interna y que una capa de líquido subterráneo separa la corteza helada del interior rocoso. [11]
La ligera excentricidad de la órbita de Europa, mantenida por perturbaciones gravitacionales de los otros galileos, hace que el punto subjoviano de Europa oscile alrededor de una posición media. A medida que Europa se acerca ligeramente a Júpiter, la atracción gravitacional de Júpiter aumenta, lo que hace que Europa se alargue hacia él y se aleje de él. A medida que Europa se aleja ligeramente de Júpiter, la fuerza gravitacional de Júpiter disminuye, lo que hace que Europa se relaje y adopte una forma más esférica y cree mareas en su océano. La excentricidad orbital de Europa se ve impulsada continuamente por su resonancia de movimiento medio con Io. [39] Por lo tanto, la flexión de las mareas amasa el interior de Europa y le proporciona una fuente de calor, posiblemente permitiendo que su océano permanezca líquido mientras impulsa procesos geológicos subterráneos. [18] [39] La fuente última de esta energía es la rotación de Júpiter, que es aprovechada por Io a través de las mareas que genera en Júpiter y es transferida a Europa y Ganímedes por la resonancia orbital. [39] [40]
El análisis de las grietas únicas que recubren Europa arrojó evidencia de que probablemente giró alrededor de un eje inclinado en algún momento. De ser correcto, esto explicaría muchas de las características de Europa. La inmensa red de grietas entrecruzadas de Europa sirve como un registro de las tensiones causadas por mareas masivas en su océano global. La inclinación de Europa podría influir en los cálculos de qué parte de su historia está registrada en su capa helada, cuánto calor generan las mareas en su océano e incluso cuánto tiempo ha estado líquido el océano. Su capa de hielo debe estirarse para adaptarse a estos cambios. Cuando hay demasiada tensión, se resquebraja. Una inclinación en el eje de Europa podría sugerir que sus grietas pueden ser mucho más recientes de lo que se pensaba anteriormente. La razón de esto es que la dirección del polo de giro puede cambiar hasta unos pocos grados por día, completando un período de precesión durante varios meses. Una inclinación también podría afectar las estimaciones de la edad del océano de Europa. Se cree que las fuerzas de marea generan el calor que mantiene líquido el océano de Europa, y una inclinación en el eje de giro provocaría que las fuerzas de marea generen más calor. Ese calor adicional habría permitido que el océano permaneciera líquido durante más tiempo. Sin embargo, aún no se ha determinado cuándo podría haber ocurrido este supuesto cambio en el eje de giro. [41]
Características físicas
Comparación del tamaño de Europa ( abajo a la izquierda ) con la Luna ( arriba a la izquierda ) y la Tierra ( derecha )
Europa es ligeramente más pequeña que la luna de la Tierra . Con poco más de 3.100 kilómetros (1.900 millas) de diámetro , es la sexta luna más grande y el decimoquinto objeto más grande del Sistema Solar . Aunque por un amplio margen es el menos masivo de los satélites galileanos, es sin embargo más masivo que todas las lunas conocidas del Sistema Solar más pequeñas que él juntas. [42] Su densidad aparente sugiere que es similar en composición a los planetas terrestres , ya que está compuesto principalmente de roca de silicato . [43]
Se estima que Europa tiene una capa exterior de agua de unos 100 km (62 millas) de espesor: una parte congelada como corteza y otra como océano líquido debajo del hielo. Datos recientes sobre el campo magnético del orbitador Galileo mostraron que Europa tiene un campo magnético inducido a través de la interacción con el de Júpiter, lo que sugiere la presencia de una capa conductora bajo la superficie. [44] Es probable que esta capa sea un océano de agua líquida salada. Se estima que partes de la corteza experimentaron una rotación de casi 80°, casi volteándose (ver verdadero desplazamiento polar ), lo que sería poco probable si el hielo estuviera sólidamente adherido al manto. [45] Europa probablemente contiene un núcleo de hierro metálico . [46] [47]
Características de la superficie
Europa es el objeto más liso conocido del Sistema Solar y carece de características a gran escala como montañas y cráteres. [48] Pero según un estudio, el ecuador de Europa puede estar cubierto de picos de hielo llamados penitentes , que pueden tener hasta 15 metros de altura, debido a la luz solar directa sobre el ecuador, lo que hace que el hielo se sublime y forme grietas verticales. [49] [50] [51] Aunque las imágenes disponibles del orbitador Galileo no tienen la resolución necesaria para su confirmación, los datos térmicos y de radar son consistentes con esta especulación. [51] Las marcas prominentes que atraviesan Europa parecen ser principalmente características de albedo que enfatizan la topografía baja. En Europa hay pocos cráteres porque su superficie tectónicamente es demasiado activa y, por tanto, joven. [52] [53] Su corteza helada tiene un albedo (reflectividad de la luz) de 0,64, uno de los más altos de cualquier luna. [37] [53] Esto indica una superficie joven y activa: según estimaciones de la frecuencia de bombardeo cometario que experimenta Europa, la superficie tiene entre 20 y 180 millones de años. [54] No existe consenso científico sobre la explicación de las características de la superficie de Europa. [55]
El nivel de radiación ionizante en la superficie de Europa equivale a una dosis diaria de aproximadamente 5,4 Sv (540 rem ), [56] una cantidad que causaría enfermedades graves o la muerte en seres humanos expuestos durante un solo día terrestre (24 horas). [57] Un día europeo dura aproximadamente 3,5 veces más que un día terrestre. [58]
Las características superficiales más llamativas de Europa son una serie de rayas oscuras que atraviesan todo el globo, llamadas lineae (inglés: líneas ). Un examen minucioso muestra que los bordes de la corteza de Europa a ambos lados de las grietas se han movido entre sí. Las bandas más grandes tienen más de 20 km (12 millas) de ancho, a menudo con bordes exteriores oscuros y difusos, estrías regulares y una banda central de material más claro. [61]
La hipótesis más probable es que las líneas en Europa fueron producidas por una serie de erupciones de hielo cálido a medida que la corteza de Europa se abre lentamente para exponer capas más cálidas debajo. [62] El efecto habría sido similar al observado en las dorsales oceánicas de la Tierra . Se cree que estas diversas fracturas fueron causadas en gran parte por la flexión de marea ejercida por Júpiter. Debido a que Europa está bloqueada por mareas con Júpiter y, por lo tanto, siempre mantiene aproximadamente la misma orientación hacia Júpiter, los patrones de tensión deberían formar un patrón distintivo y predecible. Sin embargo, sólo las fracturas más jóvenes de Europa se ajustan al patrón previsto; otras fracturas parecen ocurrir en orientaciones cada vez más diferentes a medida que envejecen. Esto podría explicarse si la superficie de Europa gira ligeramente más rápido que su interior, un efecto que es posible debido a que el océano subterráneo desacopla mecánicamente la superficie de Europa de su manto rocoso y los efectos de la gravedad de Júpiter tirando de la corteza de hielo exterior de Europa. [63] Las comparaciones de las fotografías de las naves espaciales Voyager y Galileo sirven para poner un límite superior a este hipotético deslizamiento. Una revolución completa de la capa rígida exterior con respecto al interior de Europa tarda al menos 12.000 años. [64] Los estudios de imágenes de la Voyager y Galileo han revelado evidencia de subducción en la superficie de Europa, lo que sugiere que, así como las grietas son análogas a las dorsales oceánicas, [65] [66] las placas de corteza helada análogas a las placas tectónicas de la Tierra se reciclan. hacia el interior fundido. Esta evidencia de expansión de la corteza en bandas [65] y convergencia en otros sitios [66] sugiere que Europa puede tener placas tectónicas activas , similares a las de la Tierra. [19] Sin embargo, no es probable que la física que impulsa estas placas tectónicas se parezca a la que impulsa la tectónica de placas terrestres, ya que las fuerzas que resisten posibles movimientos de placas similares a las de la Tierra en la corteza de Europa son significativamente más fuertes que las fuerzas que podrían impulsarlas. [67]
Caos y lentículas
Izquierda: características de la superficie indicativas de flexión de marea : líneas, lentículas y la región del Caos de Conamara (primer plano, derecha) donde se mezclan picos escarpados de 250 m de altura y placas lisas.
Otras características presentes en Europa son las lentículas circulares y elípticas ( en latín, "pecas"). Muchas son cúpulas, algunas son hoyos y otras son puntos lisos y oscuros. Otros tienen una textura desordenada o áspera. Las cimas de las cúpulas parecen piezas de las llanuras más antiguas que las rodean, lo que sugiere que las cúpulas se formaron cuando las llanuras fueron empujadas hacia arriba desde abajo. [68]
Una hipótesis afirma que estas lentículas se formaron por diapiros de hielo cálido que se elevaban a través del hielo más frío de la corteza exterior, de forma muy parecida a las cámaras de magma de la corteza terrestre. [68] Las manchas suaves y oscuras podrían formarse por el agua de deshielo liberada cuando el hielo caliente atraviesa la superficie. Las lentículas ásperas y desordenadas (llamadas regiones del "caos"; por ejemplo, Conamara Chaos ) se formarían entonces a partir de muchos pequeños fragmentos de corteza, incrustados en un material oscuro y accidentado, que parecerían icebergs en un mar helado. [69]
Una hipótesis alternativa sugiere que las lentículas son en realidad pequeñas áreas de caos y que los supuestos pozos, manchas y cúpulas son artefactos resultantes de la sobreinterpretación de las primeras imágenes de Galileo de baja resolución. La implicación es que el hielo es demasiado delgado para soportar el modelo convectivo de formación de características del diapiro. [70] [71]
En noviembre de 2011, un equipo de investigadores de la Universidad de Texas en Austin y de otros lugares presentó evidencia en la revista Nature que sugería que muchas características del " terreno caótico " en Europa se asientan sobre vastos lagos de agua líquida. [72] [73] Estos lagos estarían completamente encerrados en la capa exterior helada de Europa y distintos de un océano líquido que se cree que existe más abajo debajo de la capa de hielo. La confirmación completa de la existencia de los lagos requerirá una misión espacial diseñada para explorar la capa de hielo, ya sea física o indirectamente, por ejemplo mediante un radar. [73]
El trabajo publicado por investigadores del Williams College sugiere que el terreno caótico puede representar sitios donde los cometas impactaron penetraron a través de la corteza de hielo hasta un océano subyacente. [74] [75]
Océano subterráneo
Modelo de la posible estructura interior de Europa, con una fina corteza de hielo y un océano subterráneo sobre un manto rocoso y un núcleo metálico.
El consenso científico es que existe una capa de agua líquida debajo de la superficie de Europa y que el calor de la flexión de las mareas permite que el océano subterráneo permanezca líquido. [18] [76] La temperatura de la superficie de Europa promedia alrededor de 110 K (−160 °C ; −260 °F ) en el ecuador y solo 50 K (−220 °C; −370 °F) en los polos, lo que mantiene la corteza helada de Europa. tan duro como el granito. [13] Los primeros indicios de un océano subterráneo provinieron de consideraciones teóricas sobre el calentamiento de las mareas (una consecuencia de la órbita ligeramente excéntrica de Europa y de la resonancia orbital con las otras lunas galileanas). Los miembros del equipo de imágenes de Galileo defienden la existencia de un océano subterráneo a partir del análisis de imágenes de las Voyager y Galileo . [76] El ejemplo más dramático es el "terreno del caos", una característica común en la superficie de Europa que algunos interpretan como una región donde el océano subterráneo se ha derretido a través de la corteza helada. Esta interpretación es controvertida. La mayoría de los geólogos que han estudiado Europa favorecen lo que comúnmente se llama el modelo de "hielo espeso", en el que el océano rara vez, o nunca, ha interactuado directamente con la superficie actual. [77] La mejor evidencia del modelo de hielo espeso es un estudio de los grandes cráteres de Europa. Las estructuras de impacto más grandes están rodeadas de anillos concéntricos y parecen estar llenas de hielo fresco relativamente plano; Con base en esto y en la cantidad calculada de calor generado por las mareas europeas, se estima que la corteza exterior de hielo sólido tiene aproximadamente de 10 a 30 km (6 a 20 millas) de espesor, [78] incluida una capa dúctil de "hielo cálido" , lo que podría significar que el océano líquido que hay debajo puede tener unos 100 km (60 millas) de profundidad. [79] Esto lleva a un volumen de los océanos de Europa de 3×10 18 m 3 , entre dos o tres veces el volumen de los océanos de la Tierra. [80] [81]
El modelo de hielo fino sugiere que la capa de hielo de Europa puede tener sólo unos pocos kilómetros de espesor. Sin embargo, la mayoría de los científicos planetarios concluyen que este modelo considera sólo aquellas capas superiores de la corteza de Europa que se comportan elásticamente cuando son afectadas por las mareas de Júpiter. [ cita necesaria ] Un ejemplo es el análisis de flexión, en el que la corteza de Europa se modela como un plano o esfera ponderada y flexionada por una carga pesada. Modelos como este sugieren que la porción elástica exterior de la corteza de hielo podría tener un espesor de hasta 200 metros (660 pies). Si la capa de hielo de Europa tiene realmente sólo unos pocos kilómetros de espesor, este modelo de "hielo fino" significaría que el contacto regular del líquido interior con la superficie podría producirse a través de crestas abiertas, provocando la formación de zonas de terreno caótico. [82] Los grandes impactos que atraviesen completamente la corteza de hielo también serían una forma de exponer el océano subterráneo. [74] [75]
Composición
Vistas de primer plano de Europa obtenidas el 26 de septiembre de 1998; Las imágenes en el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda muestran ubicaciones de norte a sur como se indica en la parte inferior izquierda.
El orbitador Galileo descubrió que Europa tiene un momento magnético débil , que es inducido por la parte variable del campo magnético joviano. La intensidad del campo en el ecuador magnético (alrededor de 120 nT ) creado por este momento magnético es aproximadamente una sexta parte de la intensidad del campo de Ganímedes y seis veces el valor del de Calisto. [83] La existencia del momento inducido requiere una capa de un material altamente conductor de electricidad en el interior de Europa. El candidato más plausible para este papel es un gran océano subterráneo de agua salada líquida. [46]
Primer plano de Europa (9 de septiembre de 2022)
Desde que la nave espacial Voyager sobrevoló Europa en 1979, los científicos han trabajado para comprender la composición del material de color marrón rojizo que recubre las fracturas y otras características geológicamente jóvenes en la superficie de Europa. [84] La evidencia espectrográfica sugiere que las rayas y características más oscuras y rojizas de la superficie de Europa pueden ser ricas en sales como el sulfato de magnesio , depositado por la evaporación del agua que emergió del interior. [85] El hidrato de ácido sulfúrico es otra posible explicación para el contaminante observado espectroscópicamente. [86] En cualquier caso, debido a que estos materiales son incoloros o blancos cuando están puros, algún otro material también debe estar presente para explicar el color rojizo, y se sospecha que hay compuestos de azufre . [87]
Otra hipótesis para las regiones coloreadas es que están compuestas de compuestos orgánicos abióticos llamados colectivamente tolinas . [89] [90] [91] La morfología de los cráteres de impacto y las crestas de Europa sugiere que el material fluidizado brota de las fracturas donde tienen lugar la pirólisis y la radiólisis . Para generar tolinas coloreadas en Europa, debe haber una fuente de materiales (carbono, nitrógeno y agua) y una fuente de energía para que se produzcan las reacciones. Se supone que las impurezas en la corteza de hielo de agua de Europa emergen del interior como eventos criovolcánicos que resurgen el cuerpo y se acumulan desde el espacio como polvo interplanetario. [89] Las tolinas traen importantes implicaciones astrobiológicas , ya que pueden desempeñar un papel en la química prebiótica y la abiogénesis . [92] [93] [94]
La presencia de cloruro de sodio en el océano interno ha sido sugerida por una característica de absorción de 450 nm, característica de los cristales de NaCl irradiados, que ha sido detectada en observaciones del HST de las regiones del caos, que se presume son áreas de reciente afloramiento subsuperficial. [95] El océano subterráneo de Europa contiene carbono Los científicos entusiasmados al descubrir que el océano de una de las lunas de Júpiter contiene carbono y se observó en la superficie del hielo como una concentración de dióxido de carbono dentro de Tara Regio, un terreno geológicamente resurgido recientemente. [96]
Una serie de imágenes de Europa en diferentes longitudes de onda tomadas por el Telescopio Espacial James Webb. Las diferentes longitudes de onda muestran la presencia de diferentes formas de dióxido de carbono en Europa.
Fuentes de calor
Europa recibe energía térmica del calentamiento de las mareas , que se produce a través de los procesos de fricción y flexión de las mareas provocados por la aceleración de las mareas : la energía orbital y rotacional se disipa en forma de calor en el núcleo de la luna, el océano interno y la corteza de hielo. [97]
Fricción de marea
Las mareas oceánicas se convierten en calor por las pérdidas por fricción en los océanos y su interacción con el fondo sólido y con la corteza de hielo superior. A finales de 2008, se sugirió que Júpiter podría mantener calientes los océanos de Europa generando grandes maremotos planetarios en Europa debido a su oblicuidad pequeña pero distinta de cero. Esto genera las llamadas ondas de Rossby , que viajan bastante lentamente, a unos pocos kilómetros por día, pero que pueden generar una energía cinética significativa. Para la estimación actual de inclinación axial de 0,1 grados, la resonancia de las ondas de Rossby contendría 7,3 × 1018 J de energía cinética, que es dos mil veces mayor que la del flujo excitado por las fuerzas de marea dominantes. [98] [99] La disipación de esta energía podría ser la principal fuente de calor del océano de Europa. [98] [99]
Flexión de marea
La flexión de las mareas amasa el interior y la capa de hielo de Europa, que se convierte en una fuente de calor. [100] Dependiendo de la cantidad de inclinación, el calor generado por el flujo del océano podría ser de 100 a miles de veces mayor que el calor generado por la flexión del núcleo rocoso de Europa en respuesta a la atracción gravitacional de Júpiter y las otras lunas que giran alrededor de ella. planeta. [101] El fondo marino de Europa podría calentarse por la flexión constante de la luna, lo que genera una actividad hidrotermal similar a la de los volcanes submarinos en los océanos de la Tierra. [97]
Los experimentos y los modelos de hielo publicados en 2016 indican que la disipación por flexión de las mareas puede generar un orden de magnitud más de calor en el hielo de Europa de lo que los científicos habían asumido anteriormente. [102] [103] Sus resultados indican que la mayor parte del calor generado por el hielo en realidad proviene de la estructura cristalina del hielo (red) como resultado de la deformación, y no de la fricción entre los granos de hielo. [102] [103] Cuanto mayor es la deformación de la capa de hielo, más calor se genera.
Desintegración radioactiva
Además del calentamiento de las mareas, el interior de Europa también podría calentarse por la desintegración de material radiactivo ( calentamiento radiogénico ) dentro del manto rocoso. [97] [104] Pero los modelos y valores observados son cien veces superiores a los que podrían producirse únicamente mediante calentamiento radiogénico, [105] lo que implica que el calentamiento de las mareas tiene un papel destacado en Europa. [106]
penachos
Foto compuesta de supuestas columnas de agua en Europa [107]
El Telescopio Espacial Hubble adquirió una imagen de Europa en 2012 que se interpretó como una columna de vapor de agua que brotaba cerca de su polo sur. [108] [107] La imagen sugiere que la columna puede tener 200 km (120 millas) de altura, o más de 20 veces la altura del Monte Everest, [21] [109] [110] aunque observaciones y modelos recientes sugieren que Las plumas típicas de Europa pueden ser mucho más pequeñas. [111] [112] [113] Se ha sugerido que, si existen columnas, son episódicas [114] y es probable que aparezcan cuando Europa esté en su punto más alejado de Júpiter, de acuerdo con las predicciones de los modelos de fuerza de marea . [115] En septiembre de 2016 se presentó evidencia de imágenes adicionales del Telescopio Espacial Hubble. [116] [117]
En mayo de 2018, los astrónomos proporcionaron evidencia que respalda la actividad de la columna de agua en Europa, basándose en un análisis crítico actualizado de los datos obtenidos de la sonda espacial Galileo , que orbitó Júpiter entre 1995 y 2003. Galileo pasó por Europa en 1997 a 206 km (128 millas). ) de la superficie de la luna y los investigadores sugieren que pudo haber volado a través de una columna de agua. [22] [23] [24] [25] Esta actividad de la columna podría ayudar a los investigadores en la búsqueda de vida en el subsuelo del océano europeo sin tener que aterrizar en la luna. [22]
Las fuerzas de marea son aproximadamente 1.000 veces más fuertes que el efecto de la Luna sobre la Tierra . La única otra luna en el Sistema Solar que exhibe columnas de vapor de agua es Encelado . [21] La tasa de erupción estimada en Europa es de aproximadamente 7000 kg/s [115] en comparación con aproximadamente 200 kg/s para las columnas de Encelado. [118] [119] Si se confirma, abriría la posibilidad de un sobrevuelo a través de la columna y obtener una muestra para analizar in situ sin tener que utilizar un módulo de aterrizaje y perforar kilómetros de hielo. [116] [120] [121]
En noviembre de 2020, se publicó un estudio en la revista científica revisada por pares Geophysical Research Letters que sugiere que las columnas pueden originarse en el agua dentro de la corteza de Europa en lugar de en su océano subterráneo. El modelo del estudio, utilizando imágenes de la sonda espacial Galileo, propuso que una combinación de congelación y presurización puede dar como resultado al menos parte de la actividad criovolcánica. La presión generada por las bolsas de agua salada migratorias eventualmente atravesaría la corteza, creando así estas columnas. La teoría de que el criovulcanismo en Europa podría desencadenarse por la congelación y presurización de bolsas de líquido en la corteza helada fue propuesta por primera vez por Sarah Fagents de la Universidad de Hawai'i en Mānoa, quien en 2003 fue la primera en modelar y publicar un trabajo sobre este tema. proceso. [122] Un comunicado de prensa del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA que hace referencia al estudio de noviembre de 2020 sugirió que las columnas provenientes de bolsas de líquido migratorias podrían ser potencialmente menos acogedoras para la vida. Esto se debe a la falta de energía sustancial para que los organismos prosperen, a diferencia de los respiraderos hidrotermales propuestos en el fondo del océano subterráneo. [123] [124]
Atmósfera
La atmósfera de Europa se puede clasificar como delgada y tenue (a menudo llamada exosfera), compuesta principalmente de oxígeno y trazas de vapor de agua. [125] Sin embargo, esta cantidad de oxígeno se produce de forma no biológica. Dado que la superficie de Europa es helada y, por tanto, muy fría; A medida que la radiación ultravioleta solar y las partículas cargadas (iones y electrones) del entorno magnetosférico joviano chocan con la superficie de Europa, se crea vapor de agua que se separa instantáneamente en componentes de oxígeno e hidrógeno. A medida que continúa moviéndose, el hidrógeno es lo suficientemente ligero como para atravesar la gravedad superficial de la atmósfera dejando solo oxígeno. [126] La atmósfera limitada a la superficie se forma mediante radiólisis, la disociación de moléculas mediante radiación. [127] Esta atmósfera de oxígeno acumulado puede alcanzar una altura de 190 km (120 millas) sobre la superficie de Europa. El oxígeno molecular es el componente más denso de la atmósfera porque tiene una larga vida útil; después de regresar a la superficie, no se pega (congela) como una molécula de agua o peróxido de hidrógeno , sino que se desorbe de la superficie e inicia otro arco balístico . El hidrógeno molecular nunca llega a la superficie, ya que es lo suficientemente ligero como para escapar de la gravedad de la superficie de Europa. [128] [129] Europa es una de las pocas lunas de nuestro sistema solar con una atmósfera cuantificable, junto con Titán , Ío , Tritón , Ganímedes y Calisto . Europa es también una de las tres formaciones, entre planetas y lunas, que contiene oxígeno dentro de su atmósfera. [130] Europa es también una de varias lunas de nuestro sistema solar con grandes cantidades de hielo (volátiles) , también conocidas como "lunas heladas". [131]
Campo magnético alrededor de Europa. La línea roja muestra la trayectoria de la nave espacial Galileo durante un sobrevuelo típico (E4 o E14).
Europa también se considera geológicamente activa debido a la constante liberación de mezclas de hidrógeno y oxígeno al espacio. Como resultado de la ventilación de partículas de la luna, la atmósfera requiere un reabastecimiento continuo. [126] Europa también contiene una pequeña magnetosfera (aproximadamente el 25% de la de Ganímedes). Sin embargo, esta magnetosfera varía de tamaño a medida que Europa orbita a través del campo magnético de Júpiter. Esto confirma que es probable que haya un elemento conductor, como un gran océano, debajo de su superficie helada. [132] Como se han realizado múltiples estudios sobre la atmósfera de Europa, varios hallazgos concluyen que no todas las moléculas de oxígeno se liberan a la atmósfera. Este porcentaje desconocido de oxígeno puede ser absorbido por la superficie y hundirse en el subsuelo. Debido a que la superficie puede interactuar con el océano subterráneo (teniendo en cuenta la discusión geológica anterior), este oxígeno molecular puede llegar al océano, donde podría ayudar en los procesos biológicos. [133] [134] Una estimación sugiere que, dada la tasa de renovación inferida de la edad máxima aparente de ~0,5 Gyr del hielo superficial de Europa, la subducción de especies oxidantes generadas radiolíticamente bien podría conducir a concentraciones de oxígeno libre oceánico comparables a las terrestres. océanos profundos. [135]
Mediante la lenta liberación de oxígeno e hidrógeno, se forma un toro neutro alrededor del plano orbital de Europa. Esta "nube neutra" ha sido detectada tanto por la nave espacial Cassini como por Galileo , y tiene un mayor contenido (número de átomos y moléculas) que la nube neutra que rodea la luna interior de Júpiter, Io. [136] Este toro fue confirmado oficialmente utilizando imágenes de Átomo Neutro Energético (ENA). El toro de Europa se ioniza mediante el proceso de partículas neutras que intercambian electrones con sus partículas cargadas. Dado que el campo magnético de Europa gira más rápido que su velocidad orbital, estos iones quedan en el camino de la trayectoria de su campo magnético, formando un plasma. Se ha teorizado que estos iones son responsables del plasma dentro de la magnetosfera de Júpiter. [137]
Descubrimiento de la atmósfera
La atmósfera de Europa fue descubierta por primera vez en 1995 por Hall Al y el espectrógrafo de alta resolución Goddard del telescopio Hubble . Esta observación fue confirmada en 1997 por la sonda Galileo, construida por Hughes Aircraft Company y operada por la NASA. La sonda Galileo voló sólo tres millas por encima de la línea atmosférica máxima estimada (a 190 km de la superficie de Europa). Aún así, luego cambió de rumbo para chocar con la atmósfera de Júpiter y evitar un impacto no deseado en la superficie de Europa. Se ha especulado que habrá varias misiones futuras a Europa con la esperanza de estudiar más a fondo la atmósfera, la composición química y la posibilidad de vida extraterrestre debajo de la superficie helada. [ cita necesaria ]
Clima y tiempo
A pesar de la presencia de un toroide de gas , Europa no tiene clima que produzca nubes. En general, Europa no tiene viento, precipitaciones ni presencia de color de cielo, ya que su gravedad es demasiado baja para mantener una atmósfera lo suficientemente sustancial para esas características. La gravedad de Europa es aproximadamente el 13% de la de la Tierra. La temperatura en Europa varía desde -160 °C en el ecuador hasta -220 °C en cualquiera de sus polos. [138] Sin embargo , se cree que el océano subterráneo de Europa se calentará posteriormente [ se necesita aclaración ] . Se teoriza que debido al calentamiento radiactivo y de las mareas (como se mencionó en las secciones anteriores), hay puntos en las profundidades del océano de Europa que pueden ser sólo un poco más fríos que los océanos de la Tierra. Los estudios también han concluido que el océano de Europa habría sido bastante ácido al principio, con grandes concentraciones de sulfato, calcio y dióxido de carbono. Pero en el transcurso de 4.500 millones de años, se llenó [ se necesita aclaración ] de cloruro , asemejándose así a nuestros océanos de la Tierra con un 1,94% de cloruro.
Exploración
La exploración de Europa comenzó con los sobrevuelos de Júpiter de las Pioneer 10 y 11 en 1973 y 1974, respectivamente. Las primeras fotografías en primer plano eran de baja resolución en comparación con misiones posteriores. Las dos sondas Voyager viajaron a través del sistema joviano en 1979, proporcionando imágenes más detalladas de la superficie helada de Europa. Las imágenes hicieron que muchos científicos especularan sobre la posibilidad de que hubiera un océano líquido debajo. A partir de 1995, la sonda espacial Galileo orbitó Júpiter durante ocho años, hasta 2003, y proporcionó el examen más detallado de las lunas galileanas hasta la fecha. Incluía la "Misión Galileo Europa" y la "Misión Galileo Milenio", con numerosos sobrevuelos cercanos a Europa. [139] En 2007, New Horizons tomó imágenes de Europa, mientras pasaba por el sistema joviano en su camino hacia Plutón . [140] En 2022, el orbitador Juno sobrevoló Europa a una distancia de 352 km (219 millas). [16] [141]
En 2012, la Agencia Espacial Europea ( ESA ) seleccionó el Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) como misión planificada. [27] [142] Esa misión incluye dos sobrevuelos de Europa, pero está más centrada en Ganímedes . [143] Fue lanzado en 2023 y se espera que llegue a Júpiter en julio de 2031 después de cuatro asistencias gravitacionales y ocho años de viaje. [144]
Misiones futuras
Las conjeturas sobre vida extraterrestre han asegurado un alto perfil para Europa y han llevado a un constante lobby para futuras misiones. [145] [146] Los objetivos de estas misiones van desde examinar la composición química de Europa hasta la búsqueda de vida extraterrestre en sus supuestos océanos subterráneos. [147] [148] Las misiones robóticas a Europa deben soportar el entorno de alta radiación alrededor de Júpiter. [146] Debido a que está profundamente incrustada dentro de la magnetosfera de Júpiter , Europa recibe alrededor de 5,40 Sv de radiación por día. [149]
En 2011, el Planetary Science Decadal Survey de EE. UU. recomendó una misión a Europa . [150] En respuesta, la NASA encargó estudios conceptuales del módulo de aterrizaje Europa en 2011, junto con conceptos para un sobrevuelo de Europa ( Europa Clipper ) y un orbitador Europa. [151] [152] La opción del elemento orbitador se concentra en la ciencia "oceánica", mientras que el elemento de sobrevuelo múltiple ( Clipper ) se concentra en la ciencia química y energética. El 13 de enero de 2014, el Comité de Asignaciones de la Cámara de Representantes anunció un nuevo proyecto de ley bipartidista que incluye 80 millones de dólares en financiación para continuar los estudios conceptuales de la misión Europa. [153] [154]
Europa Clipper : en julio de 2013, el Jet Propulsion Laboratory (JPL) y el Applied Physics Laboratory (APL) presentaronun concepto actualizado para una misión de sobrevuelo a Europa llamada Europa Clipper . [155] En mayo de 2015, la NASA anunció que había aceptado el desarrollo de la misión Europa Clipper y reveló los instrumentos que utilizaría. [156] El objetivo de Europa Clipper es explorar Europa para investigar su habitabilidad y ayudar a seleccionar sitios para un futuro módulo de aterrizaje. El Europa Clipper no orbitaría Europa, sino que orbitaría Júpiter y realizaría 45 sobrevuelos a baja altitud de Europa durante su misión prevista. La sonda llevaría un radar de penetración de hielo, un espectrómetro infrarrojo de onda corta, un generador de imágenes topográficas y un espectrómetro de iones y masas neutras. El lanzamiento de la misión está previsto para octubre de 2024 a bordo de un Falcon Heavy . [157]
Europa Lander es una misión conceptual reciente de la NASA que se está estudiando. La investigación de 2018 sugiere que Europa puede estar cubierta de picos de hielo altos y dentados, lo que presenta un problema para cualquier posible aterrizaje en su superficie. [158] [159]
Viejas propuestas
Concepto artístico del criobot y su sumergible "hidrobot" desplegado.
Jovian Europa Orbiter fue un estudio conceptual de la Visión Cósmica de la ESA de 2007. Otro concepto fue Ice Clipper , [163] que habría utilizado un impactador similar a la misión Deep Impact : realizaría un choque controlado contra la superficie de Europa, generando una columna de humo. de escombros que luego serían recogidos por una pequeña nave espacial que volaría a través de la columna. [163] [164]
Jupiter Icy Moons Orbiter (JIMO) era una nave espacial parcialmente desarrollada propulsada por fisión con propulsores de iones que fue cancelada en 2006. [146] [165] Era parte del Proyecto Prometheus . [165] La Misión Europa Lander propuso un pequeño módulo de aterrizaje Europa de propulsión nuclear para JIMO. [166] Viajaría con el orbitador, que también funcionaría como relevo de comunicación con la Tierra. [166]
Europa Orbiter – Su objetivo sería caracterizar la extensión del océano y su relación con el interior más profundo. La carga útil del instrumento podría incluir un subsistema de radio, un altímetro láser , un magnetómetro , una sonda Langmuir y una cámara cartográfica. [167] [168] El Europa Orbiter recibió el visto bueno en 1999, pero fue cancelado en 2002. Este orbitador presentaba un radar especial de penetración de hielo que le permitiría escanear debajo de la superficie. [48]
Se han propuesto ideas más ambiciosas, incluido un impactador en combinación con un taladro térmico para buscar firmas biológicas que podrían estar congeladas en el subsuelo poco profundo. [169] [170]
Otra propuesta presentada en 2001 exige una gran "sonda de fusión" ( criobot ) de propulsión nuclear que derretiría el hielo hasta alcanzar un océano debajo. [146] [171] Una vez que alcanzara el agua, desplegaría un vehículo submarino autónomo ( hidrobot ) que recopilaría información y la enviaría de regreso a la Tierra. [172] Tanto el criobot como el hidrobot tendrían que someterse a alguna forma de esterilización extrema para evitar la detección de organismos terrestres en lugar de vida nativa y para evitar la contaminación del océano subterráneo. [173] Este enfoque sugerido aún no ha alcanzado una etapa de planificación conceptual formal. [174]
Habitabilidad
Europa: posible efecto de la radiación sobre las sustancias químicas de firma biológica
Hasta ahora, no hay evidencia de que exista vida en Europa, pero Europa se ha convertido en uno de los lugares del Sistema Solar con mayor probabilidad de habitabilidad potencial. [135] [175] La vida podría existir en su océano bajo el hielo, tal vez en un ambiente similar a los respiraderos hidrotermales de las profundidades del océano de la Tierra . [147] [176] Incluso si Europa carece de actividad hidrotermal volcánica, un estudio de la NASA de 2016 encontró que se podrían producir niveles de hidrógeno y oxígeno similares a los de la Tierra a través de procesos relacionados con la serpentinización y los oxidantes derivados del hielo, que no involucran directamente el vulcanismo . [177] En 2015, los científicos anunciaron que la sal de un océano subterráneo probablemente podría estar cubriendo algunas características geológicas en Europa, lo que sugiere que el océano está interactuando con el fondo marino. Esto puede ser importante para determinar si Europa podría ser habitable. [20] [178] La probable presencia de agua líquida en contacto con el manto rocoso de Europa ha estimulado llamadas para enviar una sonda allí. [179]
La energía proporcionada por las fuerzas de marea impulsa procesos geológicos activos dentro del interior de Europa, tal como lo hacen en un grado mucho más obvio en su luna hermana Io. Aunque Europa, al igual que la Tierra, puede poseer una fuente de energía interna procedente de la desintegración radiactiva, la energía generada por la flexión de las mareas sería varios órdenes de magnitud mayor que la de cualquier fuente radiológica. [180] La vida en Europa podría existir agrupada alrededor de respiraderos hidrotermales en el fondo del océano, o debajo del fondo del océano, donde se sabe que habitan los endolitos en la Tierra. Alternativamente, podría existir adherido a la superficie inferior de la capa de hielo de Europa, como las algas y bacterias en las regiones polares de la Tierra, o flotar libremente en el océano de Europa. [181] Si los océanos de Europa fueran demasiado fríos, no podrían tener lugar procesos biológicos similares a los conocidos en la Tierra. Si es demasiado salado, sólo los halófilos extremos podrían sobrevivir en ese ambiente. [181] En 2010, un modelo propuesto por Richard Greenberg de la Universidad de Arizona propuso que la irradiación del hielo en la superficie de Europa podría saturar su corteza con oxígeno y peróxido, que luego podría ser transportado mediante procesos tectónicos al océano interior. Un proceso así podría hacer que el océano de Europa esté tan oxigenado como el nuestro en tan sólo 12 millones de años, permitiendo la existencia de formas de vida complejas y multicelulares. [182]
La evidencia sugiere la existencia de lagos de agua líquida completamente encerrados en la capa exterior helada de Europa y distintos de un océano líquido que se cree que existe más abajo debajo de la capa de hielo, [72] [73] así como bolsas de agua que forman hielo en forma de M. crestas cuando el agua se congela en la superficie, como en Groenlandia. [183] Si se confirma, los lagos y bolsas de agua podrían ser otro hábitat potencial para la vida. La evidencia sugiere que el peróxido de hidrógeno abunda en gran parte de la superficie de Europa. [184] Debido a que el peróxido de hidrógeno se descompone en oxígeno y agua cuando se combina con agua líquida, los autores sostienen que podría ser un importante suministro de energía para formas de vida simples.
En la corteza helada de Europa se han detectado minerales parecidos a la arcilla (específicamente, filosilicatos ), a menudo asociados con la materia orgánica de la Tierra. [185] La presencia de los minerales puede haber sido el resultado de una colisión con un asteroide o cometa. [185] Algunos científicos han especulado que la vida en la Tierra podría haber sido lanzada al espacio por colisiones de asteroides y haber llegado a las lunas de Júpiter en un proceso llamado litopanspermia . [186]
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Otras lecturas
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Rothery, David A. (1999). Satélites de los planetas exteriores: mundos por derecho propio . Prensa de la Universidad de Oxford EE. UU. ISBN 978-0-19-512555-9.
enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Europa (luna).
Perfil de Europa en la NASA
Datos de Europa en Los Nueve Planetas
Datos de Europa en vistas del sistema solar
Prevención de la contaminación directa de Europa – Junta de Estudios Espaciales de EE. UU. (2000)
Imágenes de Europa en el fotoperiodismo planetario del JPL
Película de la rotación de Europa de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica
Mapa de Europa con nombres de características de Planetary Photojournal
Nomenclatura de Europa y mapa de Europa con nombres de características de la página de nomenclatura planetaria del USGS
las imágenes en 3D y los vídeos de sobrevuelo de Europa y otros satélites exteriores del Sistema Solar de Paul Schenk; ver también
Grandes mosaicos de imágenes de Galileo de alta resolución del terreno europeo de Jason Perry en el JPL: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
Montaje de imágenes de Europa de la nave espacial Galileo NASA
Vista de Europa desde los sobrevuelos de Galileo
Google Europa 3D, mapa interactivo de la luna
Animación de alta resolución realizada por Kevin M. Gill de un paso elevado de Europa; ver álbum para más
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