Publicado: 
18 de noviembre de 2019

Científicos de la NASA confirman vapor de agua en Europa


Hace cuarenta años, la nave espacial Voyager tomó las primeras imágenes detalladas de Europa, una de las 79 lunas de Júpiter. Estas imágenes revelaron grietas de color amarronado en la superficie helada de esta luna, lo que le da a Europa la apariencia de un globo ocular venoso. Desde entonces, distintas misiones al sistema solar exterior en las décadas posteriores han acumulado la suficiente información adicional sobre Europa para convertirla en un objetivo prioritario de investigación de la NASA en la búsqueda de vida.

Lo que hace que Europa sea tan atractiva es la posibilidad de que posea todos los ingredientes necesarios para la vida. Los científicos tienen evidencia de que uno de estos ingredientes, el agua líquida, está presente debajo de la superficie helada y a veces puede irrumpir en el espacio en enormes géiseres. Sin embargo, nadie había podido hasta ahora confirmar la presencia de agua mediante la medición directa de sus moléculas (H2O). Hoy, un equipo internacional de investigación dirigido por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, acaba de publicar la primera medición de vapor de agua sobre la superficie de Europa. Para lograr este resultado, el equipo utilizó uno de uno de los telescopios más grandes del mundo, el Observatorio W. M. Keck en la cima del volcán inactivo Mauna Kea en Hawái.

La confirmación de que hay vapor de agua sobre Europa ayuda a los científicos a comprender mejor el funcionamiento interno de esta luna. Por ejemplo, avala una idea, de la cual los científicos están prácticamente seguros, de que hay un océano de agua líquida debajo de la capa de hielo en Europa, con una cantidad de agua que posiblemente dobla la de nuestro planeta Tierra. Algunos científicos sospechan que otra fuente para estos géiseres podría originarse en depósitos de agua derretida a poca profundidad, no muy lejanos a la superficie exterior de Europa. También es posible que el fuerte efecto del campo de radiación de Júpiter esté despojando partículas de agua de la capa de hielo de Europa aunque esta reciente investigación argumentó en contra de este mecanismo como el origen del agua observada.

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A la izquierda, una vista de Europa tomada desde 2,9 millones de kilómetros (1,8 millones de millas) el 2 de marzo de 1979 por la nave espacial Voyager 1. A continuación se muestra una imagen en color de Europa tomada por la nave espacial Voyager 2 durante su pase cercano el 9 de julio de 1979. A la derecha está una vista de Europa compuesta a partir de imágenes tomadas por la nave espacial Galileo a fines de la década de 1990. Fuente: NASA/JPL

"Determinados elementos químicos que son esenciales (como el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre) y fuentes de energía, dos de los tres requisitos para la vida, se encuentran en todo el sistema solar. Pero el tercero, el agua líquida, es algo difícil de encontrar más allá de la Tierra", dijo Lucas Paganini, un científico planetario de la NASA que dirigió la investigación de detección de agua en Europa. "Si bien los científicos aún no han detectado agua líquida directamente, hemos encontrado la siguiente mejor opción: agua en forma de vapor".

Paganini y su equipo informaron hoy en la revista Nature Astronomy que detectaron suficiente agua sobre la superficie de Europa (2.360 kilogramos, o 5.202 libras, por segundo) para llenar una piscina olímpica en cuestión de minutos. Sin embargo, los científicos también descubrieron que el agua aparece con poca frecuencia, al menos en cantidades lo suficientemente abundantes como para ser detectadas desde la Tierra, dijo Paganini: “Para mí, lo interesante de este trabajo no es solo la primera detección directa de agua sobre Europa, sino también la falta de detecciones dentro de los límites de nuestro método de medición".

De hecho, el equipo de Paganini detectó la débil pero distintiva señal del vapor de agua solo en una vez en 17 noches de observaciones entre los años 2016 y 2017. A través de estas mediciones con el Observatorio Keck, los científicos detectaron vapor de agua en el hemisferio de Europa que siempre está orientado en la dirección de órbita alrededor de Júpiter. Europa, como nuestra Luna, está gravitacionalmente acoplada a su planeta anfitrión (Júpiter), por lo que uno de sus hemisferios, el hemisferio adelantado, siempre mira hacia adelante en la dirección orbital, mientras que el llamado hemisferio retrasado siempre mira en la dirección opuesta.

Los científicos utilizaron un instrumento del Observatorio Keck llamado espectrógrafo, el cual puede medir la composición química de las atmósferas planetarias a través de la luz infrarroja que éstas emiten o absorben. Moléculas como las de agua emiten frecuencias específicas de luz infrarroja a medida que interactúan con la radiación solar que son detectadas por estos precisos instrumentos.

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Las moléculas de agua emiten frecuencias específicas de luz infrarroja cuando interactúan con la radiación solar. Crédito de imagen: Michael Lentz / NASA Goddard

Cada vez más evidencia de la presencia de agua
 
Antes de esta reciente detección de vapor de agua, han habido muchos hallazgos fascinantes en Europa. Uno de los primeros provino de la nave espacial Galileo de la NASA, que midió perturbaciones en el campo magnético de Júpiter cerca de Europa mientras orbitaba este gigante planeta gaseoso entre 1995 y 2003. Las mediciones sugirieron a los científicos que un fluido conductor de la electricidad, probablemente un océano salado debajo de la capa de hielo de Europa, estaba causando las perturbaciones magnéticas. Cuando los investigadores analizaronlas perturbaciones magnéticas más detenidamente en 2018, encontraron evidencia de posibles géiseres.

Mientras, en 2013, científicos anunciaron que habían utilizado el Telescopio Espacial Hubble de la NASA para detectar los elementos químicos hidrógeno (H) y oxígeno (O) — componentes del agua (H2O) — en forma de géiseres en la atmósfera de Europa. Y unos años más tarde, otros científicos usaron Hubble para reunir más evidencia de posibles erupciones cuando tomaron fotos de proyecciones similares a trazos que aparecieron en el perfil de Europa mientras transitaba delante de Júpiter.

"Esta primera identificación directa del vapor de agua en Europa es una confirmación muy importante de nuestras detecciones originales de especies atómicas, y destaca la aparente escasez de grandes erupciones en este mundo helado", dijo Lorenz Roth, astrónomo y físico del Real Instituto de Tecnología en Estocolmo, quien dirigió el estudio de Hubble en 2013 y es coautor de esta reciente investigación.

Los hallazgos anteriores en Europa, de Roth y otros científicos, sólo han medido componentes del agua sobre la superficie. El problema es que detectar vapor de agua en otros mundos es un desafío. Las misiones espaciales actuales tienen capacidades limitadas para detectar vapor de agua, y la búsqueda de agua en el espacio profundo con telescopios terrestres debe tener en cuenta el efecto distorsionador del agua presente en la atmósfera de la Tierra. Para minimizar este efecto, el equipo de Paganini utilizó complejos modelos matemáticos y computacionales para simular las condiciones de la atmósfera terrestre y así poder diferenciar el agua atmosférica de la Tierra de la de Europa en los datos obtenidos por el espectrógrafo de Keck.

"Realizamos controles de seguridad para eliminar minuciosamente posibles contaminantes en observaciones terrestres", dijo Avi Mandell, un científico planetario de Goddard en el equipo de Paganini. "Pero, eventualmente, tendremos que acercarnos más a Europa para ver qué está pasando realmente".

Los científicos pronto podrán acercarse lo suficiente a Europa para resolver preguntas que aún persisten sobre el funcionamiento interno y externo de este mundo posiblemente habitable. La próxima misión Europa Clipper, que se lanzará a mediados de la década de 2020,  completará medio siglo de descubrimiento científico que comenzó con una modesta foto de un globo ocular misterioso y venoso.

Cuando llegue a Europa, el orbitador Clipper llevará a cabo un estudio detallado de la superficie de Europa, su interior profundo, su delgada atmósfera, el océano debajo de la superficie, y, potencialmente, géiseres activos aún más pequeños de los que se pueden detectar hoy en día. Clipper intentará tomar imágenes de posibles erupciones y tomar muestras de las moléculas que encontrará en la atmósfera con sus espectrómetros de masas. También buscará un sitio fructífero en el que un futuro módulo de aterrizaje pueda recolectar una muestra de Europa.

Estos esfuerzos deberían desenmascarar aún más los secretos de Europa y su potencial para la vida.

Otros investigadores de Goddard en el equipo de Paganini incluyeron a Gerónimo Villanueva, Terry Hurford y Michael Mumma. Kurt Retherford, del Instituto de Investigación del Suroeste (o Southwest Research Institute en inglés), también contribuyó a la investigación.

Escrito por Lonnie Shekhtman, Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

Versión en inglés.