La luna de Júpiter Ganimedes es la luna más grande del sistema solar y podría tener un mar entre dos capas de nieve. ¿Pero qué cálido es ese mar? Crédito de la imagen: NASA / JPL
Los científicos están descubriendo que cada vez más objetos del Sistema Solar tienen bajo su superficie helados océanos cálidos. Las dos lunas más conocidas son Encelado y Europa, pero es posible que en otras como Ganímedes y Calisto también las tengan. Incluso el planeta enano Ceres puede que tenga un océano. ¿Pero puede albergar vida alguno de estos océanos? La temperatura del agua, que tiene un gran impacto en la química, es un factor importante en esto.
En los próximos años, es posible que podamos visitar Europa y experimentar por nuestra cuenta la temperatura de su océano. Es posible que nunca visitemos a las demás lunas enumeradas. Sin embargo, es posible que no tengamos que hacerlo.
Científicos de la Universidad de Cornell están investigando cómo medir el espesor de la capa de hielo de un mundo helado para determinar la temperatura de su océano. La investigación fue publicada en la revista JGR Planets. Justin Lawrence, un académico visitante en el Centro Cornell de Astrofísica y Ciencias Planetarias, es el autor principal del artículo titulado «Las interacciones hielo-océano en los mundos oceánicos influyen en la topografía de las capas de hielo». Lawrence también ocupa el cargo de director de programas en Honeybee Robotics, una subsidiaria de Blue Origin que trabaja en el desarrollo de tecnologías de exploración espacial.
Su investigación se basa en el fenómeno conocido como bombeo de hielo, que ocurre bajo el hielo de la Antártida
Los investigadores afirman que la composición, la textura y el espesor del hielo pueden verse afectados por una bomba de hielo, un proceso de intercambio de fusión y congelación. Descubrimos que el bombeo de hielo es probable que ocurra debajo de las capas de hielo de varios mundos oceánicos dentro de nuestro sistema solar.
El nombre más común para el bombeo de hielo es «termohalino», donde «termo» significa calor y «halino» significa básicamente «salado». Sin embargo, la halina se refiere al agua del océano, mientras que la solución salina se refiere al agua dulce.
El bombeo a gran escala de hielo termohalino proporciona agua caliente a las regiones polares norte y sur de la Tierra. Afecta la cantidad de hielo que se forma en la parte inferior de una capa de hielo en una escala más pequeña porque el hielo se forma a partir de agua que no contiene sal o con muy poca sal. La sal del agua que forma el hielo se concentra entonces en el agua debajo del hielo. Debido a que el agua concentrada en sal está tan cerca del hielo, el agua debajo del hielo tiene más sal y es más fría. Debido a esto, se emplea el término termohalino.
El agua de plataforma de alta salinidad (HSSW) que se forma debajo del hielo se hunde porque es más densa que el agua cercana. Dado que la presión del agua disminuye el punto de congelación, se vuelve más cálida a medida que se hunde. Por lo tanto, el HSSW se calienta y se derrite en la parte inferior de la plataforma de hielo. Luego, el agua de plataforma de hielo (ISF) más fría y flotante se produce al mezclar HSSW con agua de deshielo de baja salinidad. En la parte inferior de la plataforma de hielo, el ISF sube y forma hielo blando conocido como hielo frágil. La técnica puede generar capas de hielo de cientos de metros de espesor.
La interacción entre el océano y el hielo es crucial. Según los investigadores, podrían controlar la temperatura del agua remotamente si pudieran medir el espesor del hielo. La publicación de los hallazgos se denomina «realizar oceanografía desde el espacio».
Lawrence dijo: «En cualquier lugar donde exista esa dinámica, se espera que hubiera bombeo de hielo». «Dependiendo de la topografía, se puede predecir lo que ocurre en la interfaz hielo-océano: dónde el hielo es grueso o delgado y dónde se está congelando o derritiendo».
Existe incertidumbre sobre qué cuerpos del Sistema Solar tienen bombeo de hielo y en qué medida el bombeo de hielo en la Tierra es similar al de otros cuerpos. Por ejemplo, si el espesor de la capa de hielo en Europa supera los 35 kilómetros (22 millas) y su contenido de sal es bajo, es posible que no haya bombeo de hielo. En su investigación, los autores señalan que, debido a que la mayoría de las predicciones sobre el espesor de la capa de hielo de Europa sugieren que la interfaz cae en el régimen marino, las plataformas de hielo de la Tierra pueden servir como sistemas análogos para informar las interacciones entre el hielo y el océano en Europa.
Los autores afirman que es posible que se produzca el bombeo de hielo en Ganímedes y Titán, siempre y cuando la salinidad del océano general no sea extremadamente baja. Por otro lado, es casi seguro que haya bombeo de hielo en Encelado. Sin embargo, se prevé que el bombeo de hielo en Encelado sea más débil, mientras que en Europa se prevé que sea significativamente más fuerte.
¿Por qué se relaciona todo esto?
Britney Schmidt, profesora asociada de astronomía y ciencias de la Tierra y la atmósfera en la Facultad de Artes y Ciencias e Ingeniería de Cornell, dijo: «Si podemos medir la variación del espesor a través de estas capas de hielo, entonces podremos obtener restricciones de temperatura en los océanos, algo que realmente no hay otra manera de lograr sin perforarlos». Esto nos ofrece una herramienta adicional para investigar cómo funcionan estos océanos. Schmidt pregunta: «Y la gran pregunta es: ¿hay cosas viviendo allí o podrían hacerlo?»
Solo podemos responder a esa pregunta a medida que aumentamos los estudios. Para lograrlo, debemos comprender la capa de hielo, la temperatura y cómo están conectados.
Schmidt afirmó que la forma de la capa de hielo y la temperatura del océano están relacionadas. Esta es una nueva forma de obtener información adicional a partir de las mediciones de las capas de hielo que esperamos poder adquirir para Europa y otros continentes.
En la actualidad, se estima que el espesor de la capa de hielo en Europa es de 10 a 30 km (6 a 20 millas). Las estimaciones para Encelado oscilan entre 20 y 25 km (12 a 16 millas), aunque el hielo del polo sur es mucho más delgado, solo de 1 a 5 km (1/2 milla a 3 millas).
Por extraño que parezca, las capas y los océanos subyacentes de los mundos helados del Sistema Solar pueden ser más similares a la Tierra que a cualquier otro planeta o luna. Los investigadores observan en la plataforma de hielo Ross en la Antártida las interacciones entre el hielo y el océano muy similares a la de la Luna Europa. En el 2019, Schmidt y otros investigadores vieron el bombeo de hielo en la parte inferior de la plataforma con el robot Icefin.
La gravedad es otro factor importante en este caso. Los autores explican que el bombeo de hielo aumenta con la gravedad y puede tener un impacto significativo en la dinámica de las interfaces de la capa de hielo y el océano de otros mundos oceánicos igualmente masivos, como Ganímedes o Titán. Se espera que Encelado tenga un bombeo de hielo más débil debido a que su gravedad es diez veces inferior a la de Europa.
Este estudio es crucial porque ilustra cómo puede ocurrir el bombeo de hielo en varios mundos oceánicos del Sistema Solar, y cómo esto puede tener consecuencias para la vida.
Los autores afirman que el bombeo de hielo puede ocurrir para una variedad de espesores de hielo y salinidades oceánicas relevantes para los mundos oceánicos, y que el bombeo de hielo es un proceso crucial que conecta la dinámica de las capas de hielo, la circulación oceánica y la topografía basal de las capas de hielo. Demostramos que la relación entre las interacciones hielo-océano y la topografía del hielo establece una conexión entre la variabilidad en la temperatura del océano y el espesor de la capa de hielo, lo que potencialmente hace posible limitar las temperaturas del océano en ausencia de observaciones in situ del océano.
Es un avance significativo. Cuanta más información podamos obtener sobre estos mundos sin presenciarlos, mejor. A pesar de que ya existe una misión planificada: la Europa Clipper de la NASA, las misiones a las lunas heladas del Sistema Solar son costosas. Su lanzamiento está programado para finales de este año y tiene como objetivo llegar a Júpiter en 2030. Una combinación de métodos ayudará al Clipper a medir con mayor precisión el espesor del hielo de Europa.
Los autores llegan a la conclusión de que los conceptos que se describen aquí podrán controlar el estado térmico de la parte superior del océano de Europa en función del espesor de la capa de hielo.
REFERENCIAS
Ice-Ocean Interactions on Ocean Worlds Influence Ice Shell Topography. JGR Planets: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023JE008036
