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Imágenes de las lunas jovianas Europa (izquierda) y Ganímedes (derecha) captadas por el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral en Chile. (Crédito de la imagen: ESO/King & Fletcher)
Los astrónomos que utilizan el instrumento Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) del Very Large Telescope de ESO han obtenido imágenes de las lunas heladas de Júpiter, Europa y Ganímedes, en luz infrarroja.
Las lunas galileanas -Io, Europa, Ganímedes y Calisto- son las cuatro lunas más grandes de Júpiter.
En conjunto, forman un sistema solar en miniatura alrededor de Júpiter, con entornos que van desde la volcánica y rocosa Io hasta las heladas Europa, Ganímedes y Calisto.
Europa, la segunda luna galileana de Júpiter, es la más pequeña de las cuatro lunas. Tiene un núcleo de roca de silicato con una corteza exterior de agua líquida y hielo de agua que puede tener sólo 20 km de espesor.
La luna está bloqueada por las mareas, lo que significa que siempre presenta la misma cara a Júpiter, y el calentamiento por mareas es suficiente para mantener un océano líquido subterráneo entre la superficie y el interior de silicato.
La presencia del océano está respaldada por las mediciones del campo magnético inducido realizadas por la misión Galileo de la NASA. El océano subsuperficial y su contacto directo con el interior de silicato de Europa hacen que ésta sea una de las candidatas más probables del Sistema Solar para albergar condiciones de habitabilidad.
Europa es geológicamente activa, con plumas criovolcánicas transitorias de vapor de agua detectadas provisionalmente en las observaciones del Hubble. Tiene una superficie muy lisa, con pocos cráteres de impacto, lo que implica que la superficie es geológicamente muy joven, con una edad media de 50 millones de años.
La superficie de Europa está compuesta principalmente por hielo de agua y está cubierta por una serie de rasgos lineales que se entrecruzan, los más grandes de los cuales tienen más de 1.000 km de longitud. Se cree que estas lineas son causadas por las tensiones de las mareas en la superficie de Europa que abren fisuras, exponiendo las capas de hielo más cálidas que hay debajo.
Ganímedes, la mayor de las lunas galileanas de Júpiter, es la mayor luna del Sistema Solar, con un radio de 2.631 km.
Tiene un interior fuertemente diferenciado y un campo magnético intrínseco, probablemente causado por la convección en su núcleo de hierro.
Se cree que Ganímedes tiene un océano subterráneo, probablemente entre múltiples capas de hielo.
La corteza lunar está compuesta principalmente por hielo de agua, con una importante contaminación de materiales no helados en la superficie.
Gran parte de los conocimientos actuales sobre la composición de la superficie de Ganímedes proceden de la misión Galileo, que orbitó Júpiter entre 1995 y 2003, con repetidos sobrevuelos de los satélites galileanos.
Las observaciones realizadas con el Espectrómetro de Mapeo en el Infrarrojo Cercano de Galileo y las cámaras pancromáticas identificaron una superficie compuesta por un terreno oscuro y otro claro que cubren aproximadamente 1/3 y 2/3 de la superficie, respectivamente.
El terreno oscuro está muy craterizado, lo que sugiere que tiene más de 4.000 millones de años y parece estar cubierto por una fina capa de material oscuro.
El terreno claro es mucho más joven, con menos cráteres y hielo expuesto más limpio, lo que sugiere que las regiones claras fueron causadas por eventos tectónicos, potencialmente a través de la formación de grietas o el resurgimiento criovolcánico.
"Mientras que Europa tiene un tamaño bastante similar al de nuestra Luna, Ganímedes es la luna más grande de todo el Sistema Solar, incluso más grande que el planeta Mercurio", explican Oliver King, investigador de la Universidad de Leicester, y sus colegas.
"Sus órbitas alrededor de Júpiter son ligeramente elípticas, por lo que se acercan y alejan del planeta a medida que lo orbitan".
"Esto hace que las lunas sean estiradas y apretadas por la atracción gravitatoria de Júpiter a intervalos periódicos".
"Esto crea calor por fricción, calentando el interior de las lunas, lo que las ha hecho geológicamente activas".
"Europa, en particular, es probable que tenga plumas activas y géiseres que salen de los océanos de agua líquida bajo la gruesa capa de hielo que compone la superficie".
Las lunas de Júpiter Europa y Ganímedes en su órbita. (Crédito de la imagen: ESO/King & Fletcher. Imagen de fondo de Júpiter: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center), y M. H. Wong (University of California, Berkeley) y el equipo OPAL)
Para estimar las abundancias de especies químicas en las superficies de Europa y Ganímedes, los autores analizaron nuevas imágenes y espectros obtenidos por el instrumento SPHERE del Very Large Telescope de ESO.
Encontraron evidencias de una alta abundancia de ácidos y de granos de hielo más grandes en el hemisferio posterior de Europa, así como de una variedad de posibles sales hidratadas.
"Los estudios futuros ayudarán a restringir aún más la composición de la superficie de Europa ampliando la cobertura espacial y espectral y la resolución de las observaciones en el infrarrojo cercano", dijeron.
"Las observaciones de mayor resolución espectral (por ejemplo, Webb y ELT/HARMONI) y las mediciones de espectros de referencia de laboratorio ayudarán a restringir las abundancias de sal mediante la identificación de rasgos característicos estrechos en los espectros, mientras que las observaciones de alta resolución espacial de las naves espaciales permitirán la geolocalización precisa de los rasgos de composición".
Los investigadores también descubrieron que las regiones brillantes de Ganímedes están formadas principalmente por agua en forma de hielo con toques de diversas sales, y que se han formado más recientemente que las manchas más antiguas y oscuras, cuya composición sigue siendo un misterio.
"Nuestros resultados muestran cómo la superficie de Ganímedes está formada por dos tipos principales de terreno: las zonas jóvenes tienen grandes cantidades de hielo de agua, mientras que las zonas antiguas están formadas principalmente por un material gris oscuro que no pudimos identificar", dijeron.
"Detectamos ácido sulfúrico cerca de los polos de Ganímedes, que probablemente se origina en los gases que rodean a Júpiter".
"Se detectó una serie de sales diferentes, algunas de las cuales pueden proceder del propio Ganímedes".
"Estos mapas de composición de la superficie serán útiles para entender los procesos que ocurren en, y bajo, la superficie de Ganímedes".
"También ayudarán a planificar las misiones espaciales robóticas que deben explorar Ganímedes de cerca en las próximas décadas".
Fuentes, créditos y referencias:
Oliver King et al, Global Modeling of Ganymede's Surface Composition: Near-IR Mapping from VLT/SPHERE, JGR: Planets (2022). doi.org/10.1029/2022JE007323
Fuentes: Universidad de Leicester, SciNews