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Europa (luna)

Europa / j ʊ ˈ r oʊ p ə / ⓘ , oJúpiter II, es la más pequeña de las cuatrolunas galileanasque orbitan alrededorde Júpiter, y la sexta más cercana al planeta delas 95 lunas conocidas de Júpiter. También es lasexta luna más grandedelSistema Solar. Europa fue descubierta independientemente porSimon MariusyGalileo Galilei[2]y fue nombrada (por Marius) en honor aEuropa, lafeniciadel reyMinosdeCretay amante deZeus(el equivalente griego del dios romanoJúpiter).

Un poco más pequeña que la Luna de la Tierra , Europa está formada por roca de silicato y tiene una corteza de hielo de agua [16] 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 terrestres, Europa ha sido examinada por una sucesión de sobrevuelos de sondas espaciales, el primero de los cuales tuvo lugar a principios de la década de 1970. En septiembre de 2022, la nave espacial Juno voló a unos 320 km (200 millas) de Europa para una vista más cercana más reciente. [17]

Europa tiene la superficie más lisa de cualquier objeto sólido conocido en el Sistema Solar. La aparente juventud y suavidad de la superficie se debe a un océano de agua debajo de la superficie, que posiblemente podría albergar vida extraterrestre , aunque lo más probable es que se trate de organismos unicelulares y criaturas similares a bacterias . [18] 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 de abajo. [19] [20] La sal marina de un océano subterráneo puede estar cubriendo algunas características geológicas de Europa, lo que sugiere que el océano está interactuando con el fondo marino. Esto puede ser importante para determinar si Europa podría ser habitable. [21] Además, el telescopio espacial Hubble detectó columnas de vapor de agua similares a las observadas en la luna Encélado de Saturno , que se cree que son causadas por criogéiseres en erupción . [22] En mayo de 2018, los astrónomos proporcionaron evidencia de la actividad de columnas de agua en Europa, basándose en un análisis actualizado de los datos obtenidos de la sonda espacial Galileo , que orbitó Júpiter entre 1995 y 2003. Dicha actividad de columnas podría ayudar a los investigadores en la búsqueda de vida en el océano subsuperficial de Europa sin tener que aterrizar en la luna. [23] [24] [25] [26] En marzo de 2024, los astrónomos informaron que la superficie de Europa puede tener mucho menos oxígeno de lo que se había inferido anteriormente. [27] [28]

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. La Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) de la Agencia Espacial Europea es una misión a Ganímedes que se lanzará el 14 de abril de 2023 e incluirá dos sobrevuelos de Europa. [29] [30] Se espera que la Europa Clipper de la NASA se lance en octubre de 2024, [31] [32] con un módulo de aterrizaje complementario posible en función de 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 Simon Marius . El 7 de enero, Galileo había observado Ío y Europa juntas utilizando un telescopio refractor de aumento 20x en la Universidad de Padua , pero la baja resolución no pudo separar los dos objetos. La noche siguiente, vio Ío y Europa por primera vez como cuerpos separados. [2]

La luna debe su nombre a Europa , hija del rey fenicio de Tiro en la mitología griega . Como todos los satélites galileos, Europa recibe su nombre de una amante de Zeus , el homólogo griego de Júpiter . Europa fue cortejada por Zeus y se convirtió en la reina de Creta . [33] El esquema de denominación fue sugerido por Simon Marius, [34] quien atribuyó la propuesta a Johannes Kepler : [34] [35]

Los poetas censuran mucho a Júpiter por sus amores irregulares. Se mencionan especialmente tres doncellas que fueron cortejadas clandestinamente por Júpiter con éxito: Ío, hija del río Ínaco, Calisto de Licaón, Europa de Agenor. Luego estaba Ganimedes, 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... Creo, por tanto, que no habré obrado mal si llamo a la Primera Ío, a la Segunda Europa, a la Tercera, por la majestuosidad de su luz, Ganimedes, a la Cuarta Calisto... [36] [37]

Los nombres cayeron en desuso durante un tiempo considerable y no se recuperaron en uso general hasta mediados del siglo XX. [38] En gran parte de la literatura astronómica anterior , Europa simplemente se menciona 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 Europa ahora se cuenta como el sexto satélite de Júpiter, aunque todavía se lo conoce como Júpiter II . [38] La forma adjetival se ha estabilizado como Europan . [5] [39]

Órbita y rotación

Animación de la resonancia de Laplace de Ío, Europa y Ganímedes (las conjunciones se resaltan mediante cambios de color)

Europa orbita alrededor de Júpiter en poco más de tres días y medio, con un radio orbital de unos 670.900 km. Con una excentricidad orbital de solo 0,009, la órbita en sí es casi circular, y la inclinación orbital relativa al plano ecuatorial de Júpiter es pequeña, de 0,470°. [40] Al igual que sus compañeros satélites galileanos , Europa está bloqueada por mareas a Júpiter, con un hemisferio de Europa constantemente orientado hacia Júpiter. Debido a esto, hay un punto subjoviano en la superficie de Europa, desde el cual Júpiter parecería colgar directamente sobre su cabeza. El meridiano principal de Europa es una línea que pasa por este punto. [41] Las investigaciones sugieren que el bloqueo de marea puede no ser completo, 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 subsuperficial separa la corteza helada del interior rocoso. [11]

La ligera excentricidad de la órbita de Europa, mantenida por las perturbaciones gravitacionales de las otras galaxias galileanas, hace que el punto subjoviano de Europa oscile alrededor de una posición media. A medida que Europa se acerca ligeramente a Júpiter, la atracción gravitatoria 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 gravitatoria de Júpiter disminuye, lo que hace que Europa se relaje y vuelva a adoptar una forma más esférica, lo que crea mareas en su océano. La excentricidad orbital de Europa se ve impulsada continuamente por su resonancia de movimiento medio con Ío. [42] Por tanto, la flexión de las mareas amasa el interior de Europa y le proporciona una fuente de calor, lo que posiblemente permita que su océano permanezca líquido mientras impulsa los procesos geológicos subterráneos. [19] [42] La fuente última de esta energía es la rotación de Júpiter, que es aprovechada por Ío a través de las mareas que genera en Júpiter y se transfiere a Europa y Ganímedes por la resonancia orbital. [42] [43]

El análisis de las grietas únicas que recubren Europa ha demostrado que probablemente giró sobre un eje inclinado en algún momento. Si esto es correcto, explicaría muchas de las características de Europa. La inmensa red de grietas entrecruzadas de Europa sirve como registro de las tensiones provocadas por las mareas masivas en su océano global. La inclinación de Europa podría influir en los cálculos de cuánto de su historia está registrada en su capa helada, cuánto calor generan las mareas en su océano e incluso durante cuánto tiempo ha estado líquido el océano. Su capa de hielo debe estirarse para adaptarse a estos cambios. Cuando hay demasiada tensión, se agrieta. 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 en varios meses. Una inclinación también podría afectar a 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 haría que se generara más calor por las fuerzas de marea. Este calor adicional habría permitido que el océano permaneciera líquido durante más tiempo. Sin embargo, aún no se ha determinado cuándo pudo haber ocurrido este hipotético cambio en el eje de rotación. [44]

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 un poco más de 3100 kilómetros (1900 mi) de diámetro , es la sexta luna más grande y el decimoquinto objeto más grande del Sistema Solar . Aunque es por un amplio margen el menos masivo de los satélites galileanos, es sin embargo más masivo que todas las lunas conocidas en el Sistema Solar más pequeñas que ella juntas. [45] Su densidad aparente sugiere que es similar en composición a los planetas terrestres , estando compuesto principalmente de roca de silicato . [46]

Estructura interna

Mapa de Europa, del Servicio Geológico de los Estados Unidos

Se estima que Europa tiene una capa exterior de agua de unos 100 km (62 mi) de espesor: una parte congelada como corteza y otra como océano líquido debajo del hielo. Datos recientes del campo magnético del orbitador Galileo mostraron que Europa tiene un campo magnético inducido a través de la interacción con Júpiter, lo que sugiere la presencia de una capa conductora subsuperficial. [47] Es probable que esta capa sea un océano de agua líquida salada. Se estima que partes de la corteza han experimentado una rotación de casi 80°, casi volteándose (ver verdadero desplazamiento polar ), lo que sería poco probable si el hielo estuviera sólidamente adherido al manto. [48] Europa probablemente contiene un núcleo de hierro metálico . [49] [50]

Características de la superficie

Europa es el objeto más liso conocido en el Sistema Solar, sin características a gran escala como montañas y cráteres. [51] Las marcas prominentes que entrecruzan Europa parecen ser principalmente características de albedo que enfatizan la baja topografía. Hay pocos cráteres en Europa, porque su superficie es tectónicamente demasiado activa y, por lo 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. [40] [53] Esto indica una superficie joven y activa: según las estimaciones de la frecuencia del bombardeo cometario que experimenta Europa, la superficie tiene entre 20 y 180 millones de años. [54] No hay consenso científico sobre la explicación de las características de la superficie de Europa. [55]

Se ha postulado que el ecuador de Europa puede estar cubierto de picos helados llamados penitentes , que pueden tener hasta 15 metros de altura. Su formación se debe a la luz solar directa cerca del ecuador que hace que el hielo se sublime , formando grietas verticales. [56] [57] [58] Aunque las imágenes disponibles del orbitador Galileo no tienen la resolución para confirmarlo, los datos de radar y térmicos son consistentes con esta especulación. [58]

El nivel de radiación ionizante en la superficie de Europa es equivalente a una dosis diaria de aproximadamente 5,4  Sv (540  rem ), [59] una cantidad que causaría enfermedades graves o la muerte en seres humanos expuestos durante un solo día terrestre (24 horas). [60] Un día europeo es aproximadamente 3,5 veces más largo que un día terrestre. [61]

Líneas

Mosaico en color real de las numerosas líneas de Europa . La región de líneas en el centro de esta imagen es Annwn Regio [62] [63]

Las características superficiales más llamativas de Europa son una serie de rayas oscuras que atraviesan todo el globo, llamadas lineae (en español: 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 mi) de ancho, a menudo con bordes exteriores oscuros y difusos, estrías regulares y una banda central de material más claro. [64]

La hipótesis más probable es que las líneas de Europa se produjeron por una serie de erupciones de hielo cálido a medida que la corteza de Europa se abría lentamente para exponer capas más cálidas debajo. [65] 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 las mareas a 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, solo las fracturas más jóvenes de Europa se ajustan al patrón predicho; otras fracturas parecen ocurrir en orientaciones cada vez más diferentes cuanto más antiguas son. 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. [66] Las comparaciones de las fotos de las naves espaciales Voyager y Galileo sirven para poner un límite superior a este deslizamiento hipotético. Una revolución completa de la capa rígida exterior en relación con el interior de Europa lleva al menos 12.000 años. [67] Los estudios de las imágenes de Voyager y Galileo han revelado evidencia de subducción en la superficie de Europa, lo que sugiere que, al igual que las grietas son análogas a las dorsales oceánicas, [68] [69] las placas de corteza helada análogas a las placas tectónicas de la Tierra se reciclan en el interior fundido. Esta evidencia tanto de expansión de la corteza en bandas [68] como de convergencia en otros sitios [69] sugiere que Europa puede tener tectónica de placas activa , similar a la de la Tierra. [20] Sin embargo, no es probable que la física que impulsa estas tectónicas de placas se parezca a las que impulsan la tectónica de placas terrestre, ya que las fuerzas que resisten los posibles movimientos de las placas similares a los de la Tierra en la corteza de Europa son significativamente más fuertes que las fuerzas que podrían impulsarlas. [70]

Caos y lentículas

Izquierda: características de la superficie que indican flexión por mareas : líneas, lentículas y la región del Caos de Conamara (primer plano, a la 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 ( del latín "pecas"). Muchas son cúpulas, algunas son hoyos y algunas son manchas oscuras y lisas. Otras tienen una textura desordenada o áspera. Las cimas de las cúpulas parecen trozos 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. [71]

Una hipótesis sostiene que estas lentículas se formaron a partir de diapiros de hielo cálido que se elevaron a través del hielo más frío de la corteza exterior, de forma muy similar a las cámaras de magma en la corteza terrestre. [71] Las manchas lisas y oscuras podrían formarse por el agua de deshielo liberada cuando el hielo cálido rompe la superficie. Las lentículas ásperas y desordenadas (llamadas regiones de "caos"; por ejemplo, Conamara Chaos ) se formarían a partir de muchos fragmentos pequeños de corteza, incrustados en material oscuro y accidentado, que parecen icebergs en un mar helado. [72]

Una hipótesis alternativa sugiere que las lentículas son en realidad pequeñas áreas de caos y que los hoyos, manchas y domos que se afirman son artefactos resultantes de la sobreinterpretación de las primeras imágenes de baja resolución de Galileo. La implicación es que el hielo es demasiado delgado para sustentar el modelo de formación de características del diapiro convectivo. [73] [74]

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 sugiere que muchas características del " terreno caótico " de Europa se encuentran sobre grandes lagos de agua líquida. [75] [76] Estos lagos estarían completamente encerrados en la capa exterior helada de Europa y serían distintos de un océano líquido que se cree que existe más abajo de la capa de hielo. La confirmación completa de la existencia de los lagos requerirá una misión espacial diseñada para sondear la capa de hielo ya sea física o indirectamente, por ejemplo, utilizando un radar. [76]

Un trabajo publicado por investigadores del Williams College sugiere que el terreno caótico puede representar sitios donde los cometas impactantes penetraron a través de la corteza de hielo y entraron en un océano subyacente. [77] [78]

Océano subsuperficial

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. [19] [79] La temperatura superficial 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 dura como el granito. [14] Los primeros indicios de un océano subterráneo surgieron de consideraciones teóricas de calentamiento por mareas (una consecuencia de la órbita ligeramente excéntrica de Europa y la resonancia orbital con las otras lunas galileanas). Los miembros del equipo de imágenes de Galileo argumentan la existencia de un océano subterráneo a partir del análisis de imágenes de Voyager y Galileo . [79] 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 están a favor de lo que comúnmente se llama el modelo de "hielo grueso", en el que el océano rara vez, o nunca, ha interactuado directamente con la superficie actual. [80] La mejor evidencia del modelo de hielo grueso 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; en base a esto y a la cantidad calculada de calor generado por las mareas de Europa, se estima que la corteza exterior de hielo sólido tiene aproximadamente de 10 a 30 km (6 a 20 mi) de espesor, [81] incluyendo una capa dúctil de "hielo cálido", lo que podría significar que el océano líquido debajo puede tener unos 100 km (60 mi) de profundidad. [82] Esto da como resultado un volumen de los océanos de Europa de 3×10 18 m 3 , entre dos y tres veces el volumen de los océanos de la Tierra. [83] [84]

El modelo de hielo delgado sugiere que la capa de hielo de Europa puede tener solo unos pocos kilómetros de espesor. Sin embargo, la mayoría de los científicos planetarios concluyen que este modelo considera solo las capas superiores de la corteza de Europa que se comportan elásticamente cuando se ven afectadas por las mareas de Júpiter. [85] Un ejemplo es el análisis de flexión, en el que la corteza de Europa se modela como un plano o esfera lastrado y flexionado 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 solo unos pocos kilómetros de espesor, este modelo de "hielo delgado" significaría que el contacto regular del interior líquido con la superficie podría ocurrir a través de crestas abiertas, causando la formación de áreas de terreno caótico. [85] Los grandes impactos que atravesaran completamente la corteza de hielo también serían una forma de que el océano subterráneo pudiera quedar expuesto. [77] [78]

Composición

Imágenes de cerca de Europa obtenidas el 26 de septiembre de 1998; las imágenes en el sentido de las agujas del reloj desde la esquina superior izquierda muestran las ubicaciones de norte a sur, como se indica en la esquina inferior izquierda.

La sonda 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. [86] 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 esta función es un gran océano subterráneo de agua salada líquida. [49]

Primeros planos de Europa

Desde que la sonda espacial Voyager pasó volando por 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. [87] La ​​evidencia espectrográfica sugiere que las vetas y características más oscuras y rojizas en la superficie de Europa pueden ser ricas en sales como el sulfato de magnesio , depositado por la evaporación del agua que emergió desde adentro. [88] El hidrato de ácido sulfúrico es otra posible explicación para el contaminante observado espectroscópicamente. [89] En cualquier caso, debido a que estos materiales son incoloros o blancos cuando están puros, también debe estar presente algún otro material para explicar el color rojizo, y se sospecha de compuestos de azufre . [90]

Imagen NIR de Europa realizada por el telescopio espacial James Webb , que confirma la presencia de dióxido de carbono en la luna [91]

Otra hipótesis para las regiones coloreadas es que están compuestas de compuestos orgánicos abióticos colectivamente llamados tolinas . [92] [93] [94] La morfología de los cráteres y crestas de impacto de Europa sugiere material fluidizado que 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 ocurran las reacciones. Se presume que las impurezas en la corteza de hielo de agua de Europa emergen tanto del interior como eventos criovolcánicos que resurgen el cuerpo, como que se acumulan desde el espacio como polvo interplanetario. [92] Las tolinas tienen importantes implicaciones astrobiológicas , ya que pueden desempeñar un papel en la química prebiótica y la abiogénesis . [95] [96] [97]

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 se ha detectado en las observaciones del HST de las regiones de caos, que se presume son áreas de afloramientos recientes del subsuelo. [98] El océano subterráneo de Europa contiene carbono [99] y se observó en el hielo superficial como una concentración de dióxido de carbono dentro de Tara Regio, un terreno geológicamente recientemente renovado. [100]

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 causados ​​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. [101]

Fricción de las mareas

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 al generar grandes maremotos planetarios en Europa debido a su oblicuidad pequeña pero no nula. Esto genera las llamadas ondas de Rossby que viajan bastante lentamente, a solo unos pocos kilómetros por día, pero 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. [102] [103] La disipación de esta energía podría ser la principal fuente de calor del océano de Europa. [102] [103]

Flexión por mareas

La flexión de las mareas amasa el interior y la capa de hielo de Europa, que se convierte en una fuente de calor. [104] Dependiendo de la cantidad de inclinación, el calor generado por el flujo oceánico 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 gravitatoria de Júpiter y las otras lunas que giran alrededor de ese planeta. [105] El fondo marino de Europa podría calentarse por la flexión constante de la luna, lo que impulsa una actividad hidrotermal similar a los volcanes submarinos en los océanos de la Tierra. [101]

Experimentos y modelos de hielo publicados en 2016 indican que la disipación por flexión de marea puede generar un orden de magnitud más de calor en el hielo de Europa de lo que los científicos habían asumido previamente. [106] [107] 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. [106] [107] Cuanto mayor es la deformación de la capa de hielo, más calor se genera.

Desintegración radiactiva

Además del calentamiento por mareas, el interior de Europa también podría calentarse por la desintegración de material radiactivo ( calentamiento radiogénico ) dentro del manto rocoso. [101] [108] Pero los modelos y valores observados son cien veces más altos que los que podrían producirse solo por calentamiento radiogénico, [109] lo que implica que el calentamiento por mareas tiene un papel principal en Europa. [110]

Plumas

Composición fotográfica de supuestas columnas de agua en Europa [111]

El telescopio espacial Hubble obtuvo una imagen de Europa en 2012 que se interpretó como una columna de vapor de agua que brotaba cerca de su polo sur. [112] [111] La imagen sugiere que la columna puede tener 200 km (120 mi) de altura, o más de 20 veces la altura del monte Everest, [22] [113] [114] aunque observaciones y modelos recientes sugieren que las columnas típicas de Europa pueden ser mucho más pequeñas. [115] [116] [117] Se ha sugerido que si existen columnas, son episódicas [118] y es probable que aparezcan cuando Europa está en su punto más alejado de Júpiter, de acuerdo con las predicciones de modelos de fuerza de marea . [119] Evidencia de imágenes adicionales del telescopio espacial Hubble se presentó en septiembre de 2016. [120] [121]

En mayo de 2018, los astrónomos proporcionaron evidencia de apoyo de la actividad de columnas 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 sobrevoló Europa en 1997 a 206 km (128 mi) de la superficie de la luna y los investigadores sugieren que puede haber volado a través de una columna de agua. [23] [24] [25] [26] Tal actividad de columnas podría ayudar a los investigadores en la búsqueda de vida en el océano subsuperficial de Europa sin tener que aterrizar en la luna. [23]

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 Encélado . [22] La tasa de erupción estimada en Europa es de aproximadamente 7000 kg/s [119] en comparación con los aproximadamente 200 kg/s de las columnas de Encélado. [122] [123] 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 usar un módulo de aterrizaje y perforar kilómetros de hielo. [120] [124] [125]

En noviembre de 2020, se publicó un estudio en la revista científica revisada por pares Geophysical Research Letters que sugería que las columnas podrían tener su origen en el agua dentro de la corteza de Europa en lugar de en su océano subterráneo. El modelo del estudio, que utiliza imágenes de la sonda espacial Galileo, proponía que una combinación de congelación y presurización podría dar lugar al menos a parte de la actividad criovolcánica. La presión generada por la migración de bolsas de agua salada acabaría por atravesar la corteza, creando así estas columnas. La hipótesis 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 Hawái en Mānoa, quien en 2003 fue la primera en modelar y publicar trabajos sobre este proceso. [126] Un comunicado de prensa del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA que hace referencia al estudio de noviembre de 2020 sugería que las columnas procedentes de bolsas de líquido migratorias podrían ser potencialmente menos hospitalarias para la vida. Esto se debe a una falta de energía sustancial para que los organismos prosperen, a diferencia de los respiraderos hidrotermales propuestos en el fondo del océano subterráneo. [127] [128]

Atmósfera

Diagrama de cómo se crea la atmósfera de Europa mediante el bombardeo de partículas ionizadas

La atmósfera de Europa puede clasificarse como delgada y tenue (a menudo llamada exosfera), compuesta principalmente de oxígeno y trazas de vapor de agua. [129] Sin embargo, esta cantidad de oxígeno se produce de manera no biológica. Dado que la superficie de Europa es helada y, por lo 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 y se separa instantáneamente en constituyentes 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 atrás solo oxígeno. [130] La atmósfera limitada a la superficie se forma a través de radiólisis, la disociación de moléculas a través de la radiación. [131] Esta atmósfera de oxígeno acumulado puede llegar a una altura de 190 km (120 mi) sobre la superficie de Europa. El oxígeno molecular es el componente más denso de la atmósfera porque tiene una vida útil prolongada; Después de regresar a la superficie, no se pega (se congela) como una molécula de agua o peróxido de hidrógeno , sino que se desorbe de la superficie y comienza otro arco balístico . El hidrógeno molecular nunca llega a la superficie, ya que es lo suficientemente ligero como para escapar de la gravedad superficial de Europa. [132] [133] Europa es una de las pocas lunas de nuestro sistema solar con una atmósfera cuantificable, junto con Titán , Ío , Tritón , Ganímedes y Calisto . [134] Europa es también una de varias lunas de nuestro sistema solar con grandes cantidades de hielo (volátiles) , también conocidas como "lunas heladas". [135]

Campo magnético alrededor de Europa. La línea roja muestra la trayectoria de la sonda Galileo durante un sobrevuelo típico (E4 o E14).

Europa también se considera geológicamente activa debido a la liberación constante de mezclas de hidrógeno y oxígeno al espacio. Como resultado de la ventilación de partículas de la luna, la atmósfera requiere una reposición continua. [130] Europa también contiene una pequeña magnetosfera (aproximadamente el 25% de la de Ganímedes). Sin embargo, esta magnetosfera varía en tamaño a medida que Europa orbita a través del campo magnético de Júpiter. Esto confirma que es probable que un elemento conductor, como un gran océano, se encuentre debajo de su superficie helada. [136] 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 (considerando la discusión geológica anterior), este oxígeno molecular puede llegar al océano, donde podría ayudar en los procesos biológicos. [137] [138] Una estimación sugiere que, dada la tasa de recambio inferida a partir de la aparente edad máxima de ~0,5 mil millones de años del hielo superficial de Europa, la subducción de especies oxidantes generadas radiolíticamente bien podría conducir a concentraciones de oxígeno libre oceánico comparables a las de los océanos profundos terrestres. [139]

Mediante la liberación lenta de oxígeno e hidrógeno, se forma un toro neutro alrededor del plano orbital de Europa. Esta "nube neutra" ha sido detectada tanto por las sondas espaciales Cassini como Galileo , y tiene un mayor contenido (número de átomos y moléculas) que la nube neutra que rodea a la luna interior de Júpiter, Ío. [140] Este toro fue confirmado oficialmente mediante imágenes de átomos neutros energéticos (ENA). El toro de Europa se ioniza mediante el proceso de intercambio de electrones de partículas neutras 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 su trayectoria de campo magnético, formando un plasma. Se ha planteado la hipótesis de que estos iones son responsables del plasma dentro de la magnetosfera de Júpiter. [141]

El 4 de marzo de 2024, los astrónomos informaron que la superficie de Europa podría tener mucho menos oxígeno de lo que se había inferido anteriormente. [27] [28]

Descubrimiento de la atmósfera

La atmósfera de Europa fue descubierta por primera vez en 1995 por los astrónomos DT Hall y colaboradores utilizando el instrumento Goddard High Resolution Spectrograph del Telescopio Espacial Hubble . [142] Esta observación fue respaldada en 1997 por el orbitador Galileo durante su misión dentro del sistema joviano. El orbitador Galileo realizó tres eventos de ocultación por radio de Europa, donde el contacto por radio de la sonda con la Tierra fue bloqueado temporalmente al pasar detrás de Europa. Al analizar los efectos que la escasa atmósfera de Europa tuvo en la señal de radio justo antes y después de la ocultación, para un total de seis eventos, un equipo de astrónomos dirigido por AJ Kliore estableció la presencia de una capa ionizada en la atmósfera de Europa. [143]

Clima y tiempo

A pesar de la presencia de un toro de gas , Europa no tiene nubes que produzcan clima. En general, Europa no tiene viento, precipitaciones ni presencia de color en el 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 de -160 °C en el ecuador a -220 °C en cualquiera de sus polos. [144] Sin embargo , se cree que el océano subsuperficial de Europa es significativamente [ aclaración necesaria ] más cálido. Se plantea la hipótesis de 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 solo ligeramente 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 a lo largo de 4.500 millones de años, se llenó [ aclaración necesaria ] de cloruro , asemejándose así a nuestros océanos con 1,94% de cloruro en la Tierra.

Exploración

La exploración de Europa comenzó con los sobrevuelos de Júpiter de las sondas Pioneer 10 y 11 en 1973 y 1974, respectivamente. Las primeras fotografías de cerca fueron de baja resolución en comparación con las 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 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. Incluyó la "Misión Galileo Europa" y la "Misión Galileo Millennium", con numerosos sobrevuelos cercanos de Europa. [145] En 2007, New Horizons fotografió Europa, mientras volaba por el sistema joviano mientras se dirigía a Plutón . [146] En 2022, la sonda Juno pasó por Europa a una distancia de 352 km (219 mi). [17] [147]

En 2012, la Agencia Espacial Europea ( ESA ) seleccionó a Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) como una misión planificada. [30] [148] Esa misión incluye dos sobrevuelos de Europa, pero está más centrada en Ganímedes . [149] Se lanzó en 2023 y se espera que llegue a Júpiter en julio de 2031 después de cuatro asistencias gravitacionales y ocho años de viaje. [150]

Misiones futuras

Las conjeturas sobre la vida extraterrestre han asegurado un alto perfil para Europa y han llevado a un cabildeo constante para futuras misiones. [151] [152] Los objetivos de estas misiones han variado desde examinar la composición química de Europa hasta buscar vida extraterrestre en sus hipotéticos océanos subterráneos. [153] [154] Las misiones robóticas a Europa necesitan soportar el entorno de alta radiación alrededor de Júpiter. [152] Debido a que está profundamente incrustada dentro de la magnetosfera de Júpiter , Europa recibe alrededor de 5,40  Sv de radiación por día. [155]

En 2011, la Encuesta Decenal de Ciencia Planetaria de los Estados Unidos recomendó una misión a Europa . [156] En respuesta, la NASA encargó estudios conceptuales de un módulo de aterrizaje en Europa en 2011, junto con conceptos para un sobrevuelo de Europa ( Europa Clipper ) y un orbitador Europa. [157] [158] La opción del elemento orbitador se concentra en la ciencia del "océano", mientras que el elemento de sobrevuelo múltiple ( Clipper ) se concentra en la ciencia de la química y la energía. El 13 de enero de 2014, el Comité de Asignaciones de la Cámara anunció un nuevo proyecto de ley bipartidista que incluye $80 millones en fondos para continuar con los estudios conceptuales de la misión Europa. [159] [160]

Propuestas antiguas

Concepto artístico del criobot y su sumergible "hidrobot" desplegado.

A principios de la década de 2000, Jupiter Europa Orbiter liderado por la NASA y Jupiter Ganymede Orbiter liderado por la ESA se propusieron juntas como una Misión Insignia de Planetas Exteriores a las lunas heladas de Júpiter llamada Misión del Sistema Europa-Júpiter , con un lanzamiento planificado en 2020. [166] En 2009 se le dio prioridad sobre la Misión del Sistema Titán-Saturno . [167] En ese momento, hubo competencia de otras propuestas. [168] Japón propuso Jupiter Magnetospheric Orbiter .

El Orbitador Europa Jovian fue un estudio conceptual de la ESA Cosmic Vision de 2007. Otro concepto fue Ice Clipper , [169] que habría utilizado un impactador similar a la misión Deep Impact : haría un choque controlado en la superficie de Europa, generando una columna de escombros que luego sería recolectada por una pequeña nave espacial que volaría a través de la columna. [169] [170]

Jupiter Icy Moons Orbiter (JIMO) fue una nave espacial parcialmente desarrollada con propulsores iónicos y propulsada por fisión que fue cancelada en 2006. [152] [171] Fue parte del Proyecto Prometeo . [171] La misión Europa Lander propuso un pequeño módulo de aterrizaje Europa propulsado por energía nuclear para JIMO. [172] Viajaría con el orbitador, que también funcionaría como un relé de comunicación con la Tierra. [172]

Europa Orbiter – Su objetivo sería caracterizar la extensión del océano y su relación con el interior más profundo. La carga útil de instrumentos podría incluir un subsistema de radio, un altímetro láser , un magnetómetro , una sonda Langmuir y una cámara cartográfica. [173] [174] El Europa Orbiter recibió el visto bueno en 1999, pero fue cancelado en 2002. Este orbitador contaba con un radar especial que penetraba el hielo y que le permitiría escanear debajo de la superficie. [51]

Se han propuesto ideas más ambiciosas, incluido un impactador en combinación con un taladro térmico para buscar biofirmas que puedan estar congeladas en el subsuelo poco profundo. [175] [176]

Otra propuesta presentada en 2001 exige una gran "sonda de fusión" impulsada por energía nuclear ( cryobot ) que derretiría el hielo hasta llegar a un océano debajo. [152] [177] Una vez que llegara al agua, desplegaría un vehículo submarino autónomo ( hydrobot ) que recopilaría información y la enviaría de regreso a la Tierra. [178] Tanto el cryobot como el hydrobot tendrían que someterse a alguna forma de esterilización extrema para evitar la detección de organismos terrestres en lugar de vida nativa y para prevenir la contaminación del océano subterráneo. [179] Este enfoque sugerido aún no ha alcanzado una etapa formal de planificación conceptual. [180]

Habitabilidad

Europa: posible efecto de la radiación sobre las sustancias químicas de biofirma

Hasta el momento, no hay evidencia de que exista vida en Europa, pero la luna ha surgido como una de las ubicaciones más probables en el Sistema Solar para una habitabilidad potencial. [139] [181] La vida podría existir en su océano bajo el hielo, tal vez en un entorno similar a los respiraderos hidrotermales del océano profundo de la Tierra . [153] [182] Incluso si Europa carece de actividad hidrotermal volcánica, un estudio de la NASA de 2016 encontró que los niveles de hidrógeno y oxígeno similares a los de la Tierra podrían producirse a través de procesos relacionados con la serpentinización y oxidantes derivados del hielo, que no involucran directamente el vulcanismo . [183] ​​En 2015, los científicos anunciaron que la sal de un océano subterráneo probablemente esté cubriendo algunas características geológicas de Europa, lo que sugiere que el océano está interactuando con el fondo marino. Esto puede ser importante para determinar si Europa podría ser habitable. [21] [184] La probable presencia de agua líquida en contacto con el manto rocoso de Europa ha estimulado los llamados para enviar una sonda allí. [185]

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 Ío . Aunque Europa, como la Tierra, puede poseer una fuente de energía interna de desintegración radiactiva, la energía generada por la flexión de marea sería varios órdenes de magnitud mayor que cualquier fuente radiológica. [186] 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 endolitos en la Tierra. Alternativamente, podría existir adherida a la superficie inferior de la capa de hielo de Europa, al igual que las algas y bacterias en las regiones polares de la Tierra, o flotar libremente en el océano de Europa. [187] Si los océanos de Europa fueran demasiado fríos, no podrían ocurrir procesos biológicos similares a los conocidos en la Tierra; demasiado salados, solo los halófilos extremos podrían sobrevivir en ese entorno. [187] En 2010, un modelo propuesto por Richard Greenberg, de la Universidad de Arizona, proponía que la irradiación del hielo sobre la superficie de Europa podría saturar su corteza con oxígeno y peróxido, que luego podrían ser transportados por procesos tectónicos al océano interior. Tal proceso podría hacer que el océano de Europa estuviera tan oxigenado como el nuestro en tan sólo 12 millones de años, lo que permitiría la existencia de formas de vida multicelulares complejas. [188]

Las evidencias sugieren 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 de la capa de hielo, [75] [76] así como bolsas de agua que forman crestas de hielo en forma de M cuando el agua se congela en la superficie, como en Groenlandia. [189] Si se confirma, los lagos y las bolsas de agua podrían ser otro hábitat potencial para la vida. Las evidencias sugieren que el peróxido de hidrógeno es abundante en gran parte de la superficie de Europa. [190] Debido a que el peróxido de hidrógeno se descompone en oxígeno y agua cuando se combina con agua líquida, los autores argumentan que podría ser una fuente de energía importante para las formas de vida simples. No obstante, el 4 de marzo de 2024, los astrónomos informaron que la superficie de Europa puede tener mucho menos oxígeno de lo que se había inferido anteriormente. [27] [28]

Se han detectado minerales arcillosos (específicamente, filosilicatos ), a menudo asociados con la materia orgánica de la Tierra, en la corteza helada de Europa. [191] La presencia de los minerales puede haber sido el resultado de una colisión con un asteroide o un cometa. [191] Algunos científicos han especulado que la vida en la Tierra podría haber sido expulsada al espacio por colisiones de asteroides y haber llegado a las lunas de Júpiter en un proceso llamado litopanspermia . [192]

Véase también

Notas

  1. ^ La periapsis se deriva del semieje mayor ( a ) y la excentricidad ( e ): a (1 −  e ).
  2. ^ La apoapsis se deriva del semieje mayor ( a ) y la excentricidad ( e ): a (1 +  e ).
  3. ^ Área de superficie derivada del radio ( r ): 4 π r 2 .
  4. ^ Volumen derivado del radio ( r ): 4 / 3 π r 3 .
  5. ^ Gravedad superficial derivada de la masa ( m ), la constante gravitacional ( G ) y el radio ( r ): G m / r 2 .
  6. ^ Velocidad de escape derivada de la masa ( m ), la constante gravitacional ( G ) y el radio ( r ): .

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Further reading

External links

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