Europa, luna de océanos.

Mas allá de la zona habitable…

La zona habitable es comúnmente definida como el rango de distancias entre la estrella y el limite del sistema planetario donde las temperaturas tienen un rango adecuado para que exista agua cerca de la superficie planetaria en fase sustentable para la vida (no necesariamente agua liquida!).

Es por ello que las miradas de los científicos están puestas sobre planetas extrasolares pertenecientes a la zona habitable del sistema estudiado.

Sin embargo, esta definición no considera satélites naturales cuya fuente de calor no sea la estrella mas cercana. Consideremos, entonces, uno de los satélites naturales del planeta mas masivo de nuestro sistema solar y que se encuentra mas allá de la zona habitable, como posible cuna para la formación de organismos.

Generalidades de Europa

Mini resumen histórico

Europa es una de las 4 lunas mas grandes de Júpiter. Todas ellas fueron descubiertas por Galileo en el año 1610 quien uso un

telescopio casero. En su honor, estos satélites reciben el nombre de Satélites Galileanos.

No menos importante (aunque si menos conocido) fue Simon Marius quien, solo unas semanas antes, descubrió estas cuatro lunas y las nombro como a los favoritos del antiguo dios griego Júpiter (excepto

por Ganymede que fue un portador de copas de los dioses).

Algunos números

Radio 1560 + error 10 Km.

Aceleración gravitatoria en la superficie

1.31 m/seg2

Periodo de rotación 3.55 días

Distancia a Júpiter 670900 Km.

Masa de Júpiter 10905x1027 kg.

Excentricidad 0.0096

Tamaños y magnitudes de los Satélites Galileanos

A Júpiter y mas allá!• La misión Voyager fue la

primera en tomar imágenes de Europa. Esta misión alcanzo el sistema de Júpiter el 5 de Marzo de 1979 a una distancia de 349.000 km (Voyager 1) y el 9 de Julio de 1979 a una distancia de 722.000 km (Voyager 2).

• La misión Galileo orbito alrededor de Júpiter desde el 8 de Diciembre de 1995 hasta el 28 de Septiembre del 2003, por lo cual es responsable de la mayoría del material gráfico existente.

Superficie de Europa

GeneralidadesLa superficie de Europa esta compuesta por:

Una capa de agua congelada de 10 a 15 km de espesor (de acuerdo a espectros de reflexión)

Una capa de hielo de menor densidad. Ambas capas recorren aproximadamente 150 km hacia abajo.

Un océano (cuyos componentes no esta determinados aun) a una temperatura levemente mayor que la existente en la superficie.

Una capa de silicatos.

Un núcleo de hierro.

Como evidencia del cese de cráteres, podemos inferir que la superficie

que observamos es reciente!

Fina capa de HieloLa superficie mas externa se

encuentra congelada debido a enfriamiento por radiación En ella se pueden diferencia 2 tipos de terreno:

• Estructuras lineales largas, de color naranja y marrón que atraviesan la superficie. Estos patrones atraviesan decenas de cientos de kilómetros de superficie.

• Terreno caótico (zonas abundantes de relieve rugoso).

ZOOM X 1

Ahora, bien, que pasa si nos acercamos mas a la superficie?

• Las estructuras lineales muestran tener bandas oscurecidas en los costados y una banda central de color mas claro (se las comienza a llamar ´triple banda´).

• El terreno caótico muestra zonas oscurecidas que (desde aquí arriba) no se puede distinguir si son sombras o impurezas del terreno.

ZOOM X 2

A esta altura, comenzamos a distinguir que:

• Lo que antes pensábamos que era una estructura lineal, en realidad esta formada por muchas estructuras de grietas y terreno plegado (como ´arrugas´). Desde este punto empieza a distinguirse zonas de sombras y de oscurecimiento por la composición del terreno (distinguimos entre albedo y variación de color).

ZOOM X 3Finalmente, si nos acercamos un

poco mas todavía, (y con iluminación en dirección oblicua), vemos que en realidad, el terreno plegado que forma una estructura lineal esta compuesta por mas terreno plegado y grietas en dirección casi paralela y que comúnmente se cruzan entre si!

Existen áreas donde el terreno plegado se entrecruza repetidas veces. Esto aparece como una zona de terreno suave en las imágenes de menor zoom

Movimientos de la superficie

Al haber una superficie sólida y agrietada, bajo la cual hay un océano liquido e influenciada gravitacionalmente por Júpiter, la superficie sufre constantes movimientos y cambios en su morfología

Vamos a ver algunos de ellos...

Grietas Cicloidales

Fallas transformantes

Grietas cicloidales

Existen patrones extraños de grietas que recorren Europa. Estos son una fuerte evidencia de que existe un océano liquido bajo la superficie de hielo, ya que es necesario que este ejerza fuerzas de mareas que cambien con el tiempo de forma periódica para que estos patrones se formen.

Fallas Transformantes

Estas consisten en grietas profundas (atraviesan toda la superficie de hielo, inclusive la parte de hielo poco densa) que se deslizan

longitudinalmente debido a las fuerzas de marea. Estas fallas son comunes y suelen encontrarse a lo largo de terreno rugoso, lo cual

nos da evidencia de que las grietas están asociadas a terreno rugoso. También es un indicativo de la profundidad de la capa de

hielo

Las fallas transformantes también incluyen la apertura de grietas, las cuales se llenan con elementos del océano liquido que se frizan

inmediatamente. Esto genera que la superficie se regenere constantemente.

Estas fallas generan que pedazos de superficie entera se traslade de acuerdo con las mareas!

Terreno CaóticoSe lo llama así a una superficie de terreno

(asociada a una grieta) que es distorsionada termalmente por el océano de temperatura mas elevada y se resquebraja, generando así matrices de superficie grumosa que flotan momentáneamente hasta que el liquido que aparece en la superficie, se congela. Estas matrices son las responsables de la forma tan peculiar de estas regiones.

Usualmente es mas difícil identificar terreno caótico formado hace tiempo, por lo cual la mayoría de las evidencias observacionales son acerca de terreno caótico reciente. Este tipo de terreno se ha generado constantemente desde que se estabilizo la formación de la superficie del planeta.

Océanos

MareasEstas son responsables de la actividad superficial de Europa ya que

generan tensión global de forma periódica (debido a la orbita de Europa alrededor de Júpiter). Esta tensión es la que genera las grietas y el desplazamiento del hielo en direcciones tan peculiares. Veamos como...

Las mareas se encargan de mantener la temperatura (con fuerzas de fricción) que hace que la capa de hielo menos densa sea, en su mayoría, casi liquida. Esta misma temperatura permite que ciertas regiones de la superficie se derritan (en su totalidad o solo variando el espesor del hielo superficial)

Las mareas también generan un torque rotacional que tiende a no sincronizar los periodos rotacionales de Europa y Júpiter.

La orbita de Europa es forzada a mantenerse excéntrica gracias a la resonancia con los otros satélites. A largo plazo, las mareas deforman la relación de resonancia que presentan los 4 satélites Galileanos (Io, Ganymede, Calisto y Europa), haciendo que se modifique la orbita y esto contribuya a la variación en excentricidades y a la modificación en las amplitudes de los periodos de las mismas mareas! Inclusive, científicos sostienen que esta relación de resonancia pudo ser generada por efectos de marea que modificaron los periodos orbitales hasta quedar fijos en resonancia!!

La excentricidad en la orbita causa que las mareas de Europa cambien periódicamente en 3.6 días ya que en este periodo, Júpiter se aproxima y se aleja de Europa.

Entonces tenemos que las variaciones periódicas en las mareas son las responsables de la peculiar superficie del planeta ya que tensionan la superficie, causan grietas, promueven la fricción entre material y el calentamiento necesario para derretir hielo, inducen torque rotacional, responsable de la no sincronización entre periodos y modificando los patrones de tensión por mareas. Analizaremos estos fenómenos con mas detalle...

Torque de Mareas y Efectos Rotacionales

Existe un retraso entre la relacion gravitatoria de Jupiter y Europa y su consecuencia en mareas. Esta demora genera un torque en la

rotacion de los satelites que tiende a no sincronizar los periodos de rotacion.

A pesar de esto, la desincronizacion en los periodos no es evidencia fuerte de la existencia de un oceano, pero si, junto con la evidencia

de un oceano, prueba del calentamiento por mareas!

Tanto las misiones Voyager 2 y Galileo no mostraron variaciones detectables en la sincronicidad actual, por lo que se asume que estas

variaciones son muy pequeñas.

Una evidencia de estas pequeñas variaciones son las orientaciones de las grietas a lo largo del tiempo. Los patrones tectónicos observados contienen registros de esas orientaciones! Se han encontrado formaciones en dirección mucho mas oeste que sus posición de origen.

En fallas transformantes se ha observado superficies de hielo desacopladas del resto de la superficie, reorientadas en dirección al eje de rotación.

Torque de Mareas y Efectos Tectónicos

A escala global, los patrones de grietas se correlacionan con las direcciones de tensiones por mareas. Debido a que esta morfología de grietas involucran sistemas de terreno plegado a grande escala se piensa que el terreno plegado esta asociado a grietas.

GRIETAS CICLOIDALES:

La forma tan extraña que presentan las grietas cicloidales probablemente ocurre debido a cambios en la tensión de mareas dado por la excentricidad de la orbita de Europa.

Supongamos que se genera una grieta en un momento donde la tensión excede a la fuerza del hielo. Entonces esta grieta comenzara a propagarse a lo largo de la superficie en un arco hasta que la tensión disminuya lo suficiente. La propagación de la grieta queda pausada hasta que unas horas mas tarde, se reanuda la tensión (ahora en una dirección distinta). Es por ello que se generan una serie de arcos (cada uno correspondiente a una orbita).

Para que las grietas cicloideas sean formadas, se necesito de la existencia de un océano para que modifique la amplitud de los periodos de mareas.

Y es mas! Debido a que se observaron muchos cicloideos formados durante los últimos miles de años, esto prueba que el océano todavía existe!

Grietas Activas por MareasUna vez formada una grieta, es probable que no ocurran mas

resquebrajamientos en la superficie mientras la grieta siga 'activa', es decir, hasta que cese la actividad y pueda soportar nuevamente la tensión transversal.

Las grietas podrían abrirse y cerrarse de forma periódica Si eso pasara muchas veces, parte del hielo y agua de la capa de hielo no densa que forma el satélite, podría alcanzar la superficie, creando terreno rugoso... Entonces...

FORMACION DE TERRENO RUGOSO:

• Las mareas abren grietas, por las cuales el agua del océano se filtra y queda en contacto con la superficie, donde se congela debido a las bajas temperaturas.

• Unas horas mas tarde, las paredes de la grieta comienzan a cerrarse, trizando el hielo.

• Parte de este hielo trizado vuelve al océano y parte sube hacia la superficie.

• Se deposita hielo trizado a ambos costados de la grieta.

Dada la alta frecuencia de este proceso, la formación de terreno rugoso es muy frecuente. Es decir que diariamente la superficie es 'bañada' por agua liquida (y cualquier impureza que pueda contener el océano). Es por ello que se asocia el oscurecimiento hallado entre el terreno rugoso con sustancias del océano o residuos de procesos parecidos a geysers.

Existe otro modelo de formación de este tipo de terreno (aunque menos aceptado y veamos por que...). Este sostiene que 'burbujas' de material de la capa de hielo viscosa, de menor densidad se filtran por las grietas y salen a la superficie con cierta presion, depositando sus restos a los costados de la grieta. Pero como se observa terreno rugoso a lo largo de miles de kilómetros de superficie de grieta, cuesta creer que tantas burbujas hayan simultáneamente generado este peculiar terreno.

Pero el terreno rugoso no es el único responsable de llevar sustancias oceánicas a la superficie.

FALLAS TRANSFORMANTES

Se genera una grieta y ambas paredes que la conforman se mueven longitudinalmente en direcciones opuestas. Aquellas grietas que no son paralelas a la grieta en movimiento, son empujadas en otra dirección creando paralelogramos por los cuales se filtra material oceánico.

Estos procesos suelen crear 'platos' de hielo gigantes en movimiento a lo largo de la superficie. Este desplazamiento muestra a donde convergen las fuerzas de mareas!

Pero para que esto ocurra, necesitamos que las grietas penetren toda la superficie de hielo... Pero la tensión de mareas necesaria para la creación de grietas no es tan elevada, entonces se infiere que la capa de hielo superficial es relativamente fina.

Calentamiento por MareasOCEANO DE AGUA LIQUIDA CON SUPERFICIE HELADA

Como la morfología del satélite es deformada periódicamente por mareas, la fricción genera un calentamiento importante, responsable de mantener el agua en estado liquido.

La mayor parte de la fricción que genera este calor se produce entre el océano y el manto rocoso. A pesar de que este calentamiento es geofísicamente significante, no es detectable. =(

Pero como llega este calor a la superficie y modifica el terreno?

Convección: Requiere que la capa de hielo superficial sea gruesa (20 km para la cantidad de calor estimada)

Conducción: Transporta la misma cantidad de calor pero soportando una capa mas fina de hielo (10 km).

Hasta ahora, la hipótesis favorita es conducción y capa de hielo fina. Pero no es tan sencillo...

Si el nivel de calor incrementase respecto al valor supuesto (inducido por mediciones de la capa de hielo), tendríamos una capa gruesa de hielo y transporte convectivo. Pero si la temperatura disminuyera, la capa de hielo seria fina y tendríamos transporte conductivo (siempre suponiendo que la cantidad de calor que llega y modifica la superficie

es la misma!).

Como el calor es producido por la excentricidad de la orbita, el estudio de la misma es crucial!

FORMACION DE TERRENO CAOTICO

Este tipo de terreno se encontró en zonas donde la superficie se derritió desde abajo (consistente con el modelo de conducción y capa superficial fina).

Debido a las similaridades morfológicas encontradas entre terreno caótico y terreno rugoso, se acepta que en ambos casos, se filtraron componentes oceánicos (que se los vincula con los márgenes oscuros encontrados). Estas sustancias desconocidas no se han podido distinguir mediante espectros.

Se cree que son necesarias modestas concentraciones de calor para derretir parte de la corteza de hielo (Por ej: Incrementando en 1% el calor interno y concentrándolo en un área de 100 km cuadrados, bastarían pocos miles de años para derretir por completo la corteza superficial de hielo!!). Esta modesta concentración de calor, podría originarse mediante actividad volcánica y fosas termales...

… Um… quizás…

JA!

Cuales son las probabilidades…

?

Algo de Química

Que hacemos?

Tenemos 2 procesos (derretimiento del hielo y agrietamiento) que no solo destruyen el terreno existente sino que permiten intercambio de material con el océano...

Las condiciones físicas parecen apropiadas para la existencia de vida...

Ambos procesos requieren grandes escalas de tiempo, lo cual provee una estabilidad razonable para la vida e incluso para la evolución!

Entonces estudiemos un poco la parte química, que tiene mucho que ver con todo esto...

Atmosfera?

En 1995 se descubrió que Europa tiene una tenue atmosfera compuesta mayoritariamente por oxigeno molecular y ozono! También se han encontrado diversas moléculas, tales como H

2O

2,

H2SO

4 y CO

2. Una atmosfera con oxigeno? LISTO! Pero, este

oxigeno es producido por el desequilibrio de procesos como la fotolisis (producido por la radiación ultravioleta) y radiolisis (producido por partículas cargadas), no por procesos biológicos.

La presión atmosférica de Europa es mucho menor que la de tierra. También se ha identificado una tenue ionosfera creada por la radiación solar y llena de partículas cargadas (provenientes de la magnetosfera de Júpiter). Significantes cantidades de sulfuro y otros materiales son continuamente eyectados de Io y capturados por Europa...

Además, se cree que el impacto de meteoritos pudo ser origen de sustancias orgánicas.

Océano

El océano probablemente contenga sustancias como sales, componentes sulfúricos y orgánicos.

Mediante espectros en el visual, no se pudo saber de que estaban compuestas las zonas oscurecidas en la superficie (entre terreno rugoso), pero el infrarrojo cercano mostró restos de acido sulfúrico y componentes asociados. Las partes mas anaranjadas (entre terreno caótico y rugoso) muestran espectros de compuestos orgánicos.

No olvidemos que todo este material es 'reciclado' al océano mediante todos los procesos antes vistos. Para los compuestos oxidantes, esto es esencial para que no sean destruidos por la radiación en la superficie. De todas maneras, los materiales destruidos en la superficie son repuestos por materiales nuevos del océano depositados sobre el hielo!

Imaginemos Vida...

Ningún organismo podría sobrevivir en la superficie ya que seria constantemente bombardeado por partículas cargadas de la magnetosfera de Júpiter y estas destruirían moléculas a montones!

Por otro lado, la luz solar, necesaria para la fotosíntesis, no es capaz de penetrar mas que unos pocos metros (igualmente, necesarios para proteger a organismos de la intensa radiación).

Entonces... Y si pudieran vivir entre las grietas?

Estos organismos podrían desarrollar un método de 'anclaje' o regulación de la flotación, de forma tal que pudieran vivir a una profundidad adecuada. Entonces...

ORGANISMOS FOTOSINTETICOS: tendrían sistema de anclaje o regulación de la flotación para estar en un nivel adecuado para alcanzar la luz solar. Aunque también deberían de sobrevivir a la baja de temperatura producida por la noche.

ORGANISMOS NO FOTOSINTENTICOS: Podrían anclarse a profundidades distintas y aprovechar la marea que circula durante el día. De todas formas, su forma de anclaje podría ser precaria si el hielo se derritiese o derritiese el anclaje mismo. Una forma de sobrevivir para estos organismos podría ser fusionarse con el hielo derretido y volverse a congelar dentro del hielo.

Cualquiera de los organismos que perdieran su anclaje, se los llevaría la corriente. Un gran porcentaje de ellos podrían ser aplastados contra el hielo debido a la fuerza de las mareas!

Una grieta dada, puede estar activa por miles de años! Pero no hay bien que dure mil años... En algún momento esta actividad cesara y la grieta se cerrara. Y que pasa con nuestros amiguitos?

Cualquier organismo inmóvil se congelara en la grieta cerrada o será expulsado en el hielo al océano.

QUE NECESITAN PARA SOBREVIVIR?

• Deberían de tener la movilidad suficiente como para encontrar una grieta todavía activa (y formada recientemente).

• O la parte de la población que esta congelada en el hielo deberían ser capaz de sobrevivir en el hasta que por movimientos y creación de nuevas grietas, puedan ser capaces de liberarse. En cualquier lugar, los hielos tienden a derretirse en algunos millones de años nomás, liberando a los organismos para que puedan encontrar algún nicho habitable.

De todas formas, es probable que grietas nuevas se crucen con grietas ya cerradas y liberen a nuestros amiguitos. La supervivencia durante millones de años estando congelados es un hecho probable, ya que han encontrado evidencia de organismos en la Antártida que han sobrevivido en el hielo...

Esta forma de vida, parece permitir un acceso a elementos oxidantes que se encuentran en el océano...

Luego de todo esto, que podemos concluir??

Bueno, a ciencia cierta no hay registros de vida sobre Europa...

Pero la estadistica nos ha enseñado que no existe 'ciencia cierta'. Es un gran paso haber incrementar las probabilidades de que la vida pueda desarroyarse en un ambiente tan hostil...

HABRA QUE SEGUIR ESTUDIANDO!!!

Entonces, básicamente esto

es lo que pasa!

Bibliografía y donde obtener Información...

LA INFORMACION SE OBTUVO MAYORITARIAMENTE DE:

Mission Galileo, Voyager 1 y Voyager 2.

PARA LEER PAPERS:

Greenberg, Greeley, Lucchitta, Soderblom,Prockter, Hoppa, Sarid, Schubert, McCord, Reynolds, Carlson, Gaidos, etc...

FOTOS:

Planetary Image Research Laboratory of the Univiersity of Arizona.

Planificación de Futuras Misiones a

Europa...