Encontrando los océanos ocultos de las lunas usando campos magnéticos inducidos

Un análisis de componentes principales de modelos especulativos puede predecir con más seguridad que las técnicas anteriores la presencia de un océano subsuperficial en un objeto planetario.

Una nueva investigación simula líneas de campo magnético (en amarillo) alrededor de la luna de Neptuno Tritón. Las regiones rojas y azules indican el efecto añadido de un campo magnético inducido originándose por la combinación de la ionosfera y el océano salado subsuperficial debajo de una capa helada no conductiva. Crédito: Cortesía NASA/JPL-Caltech.

En el siglo XXI, los científicos planetarios se han hecho cada vez más conscientes de que los océanos subsuperficiales de agua existen dentro de los objetos a lo largo del Sistema Solar. Puesto que el agua es un requisito universal para la vida en la Tierra estos cuerpos, en su mayoría lunas, son objetivos atractivos para la búsqueda de vida extraterrestre.

Una primera forma de deducir la existencia de un océano invisible es a través de un campo magnético inducido. Estos campos se originan de una aplicación única de la ley de inducción de Faraday, que establece que un campo magnético variable en el tiempo crea una corriente eléctrica cuando se aplica a un circuito. El agua que es lo suficientemente salada para permanecer líquida en los ambientes fríos del espacio, es muy conductiva; al mismo tiempo, la órbita de una luna a través del campo magnético rotatorio de un planeta, expone a la luna a una fuerza de campo que varía en el tiempo. Estos efectos se combinan para inducir una corriente eléctrica dentro del océano, que, a su vez, genera un campo magnético inducido que emana de la luna.

Sin embargo, observar el campo magnético que resulta de este proceso es una tarea difícil. El campo inducido es mucho más débil que el campo planetario que permea los ambientes locales. Si una luna tiene una atmósfera tenue, su ionosfera puede generar otro campo magnético inducido, lo que puede llevar a una detección positiva falsa del océano. Y para las misiones de sobrevuelo con naves espaciales equipadas con un magnetómetro, los datos disponibles serán bastante limitados o incluso inexistentes si la nave espacial no pasa lo suficientemente cerca para detectar un campo inducido.

Cochrane et al. presentan un nuevo método para tratar estas dificultades basado en el modelado predictivo y un análisis de componentes principales. Seleccionaron solo un sobrevuelo cercano a la luna más grande de Neptuno, Tritón, desarrollado para el concepto de misión Trident propuesto bajo el Programa Discovery de la NASA. Este evento produciría solo 12 minutos de datos utilizables a partir de los cuales se extrapolaría la existencia de un océano subsuperficial.

La misión Trident propuesta por la NASA exploraría la luna más grande de Neptuno, Tritón, la cual alberga potencialmente un océano con agua líquida bajo su superficie helada. Crédito: Cortesía NASA/JPL-Caltech.

La técnica comienza usando un modelo informático para simular de forma especulativa las mediciones del magnetómetro hechas durante el sobrevuelo del sistema de Tritón con varias propiedades físicas potenciales, como la profundidad, grosor y conductividad del océano. Para cubrir el espacio de parámetros disponible, corren más de 130000 series del modelo, que incluyen campos magnéticos inducidos ya sea solo por la ionosfera de la luna o por la ionosfera sumada a un océano subsuperficial.

Después, un análisis de componentes principales de estos datos del modelo identifica las características que mejor explican la variabilidad en las observaciones del magnetómetro modelado. Esto crea una transformación simple de los datos provenientes de la nave espacial a una representación que distingue más claramente los escenarios de la ionosfera y los escenarios ionosfera-océano.

Los autores demuestran que este nuevo acercamiento es más sensible y más robusto al ruido en comparación a muchos acercamientos tradicionales. Es importante destacar que para la exploración del Sistema Solar exterior, el equipo muestra que un solo sobrevuelo puede ser suficiente para identificar la existencia de un océano bajo la superficie de una luna como Tritón. Y si un orbitador tiene múltiples sobrevuelos disponibles, la identificación se vuelve más robusta y permite la caracterización que proporciona información sobre la habitabilidad.

(Earth and Space Science, https://doi.org/10.1029/2021EA002034, 2022).

Fuente: Eos, Magazine of the American Geophysical Union.

Artículo original:Finding Moons’ Hidden Oceans with Induced Magnetic Fields‘. Morgan Rehnberg. March 9, 2022.

Material relacionado

Hay varios métodos utilizados para detectar un océano subsuperficial en las lunas heladas en el Sistema Solar exterior.

La imagen de Europa de mayor resolución disponible hasta la fecha. Si bien sabemos que la superficie es principalmente hielo de agua, aún se desconoce la composición del material rojizo. Más información.
Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech/Instituto SETI
.

El método descrito en el artículo de arriba detectando un campo magnético inducido en el circuito eléctrico formado por un océano salino, se usó para detectar por primera vez, el océano subsuperficial en Europa, una de las lunas de Júpiter. El artículo científico que trata este descubrimiento es un ‘paper’ clásico en astrofísica, del cual se hace una presentación para el público, en la siguiente publicación:

Concepción artística de las auroras en Ganímede, la luna de Júpiter. Más información. Créditos: NASAESA, and G. Bacon (STScI).

Un segundo método para la detección de un océano subsuperficial es la observación de la variación de las auroras. Ese fue el caso para el océano en Ganímedes, la luna de Júpiter siendo también la más grande del Sistema Solar y la única luna conocida con campo magnético propio. Las auroras por él generadas en los polos de Ganímedes, son en el ultravioleta. Estas auroras tiene una variación producida por la variación del campo magnético de Júpiter al rotar el planeta. Esta variación de las auroras, está a su vez influenciada por la presencia de un campo magnético inducido por un océano salino. La capacidad del Hubble de ver en el ultravioleta, permitió detectar esta última variación. El artículo a continuación lo presenta y contiene recursos y buenas ilustraciones.

Mosaico de veintiuna imágenes del polo sur de Encélado tomadas por la sonda Cassini el 14 de Julio de 2005. Se ven terrenos craterizados arriba a la derecha y abajo las llamadas rayas de tigre donde se originan los géiseres. Encélado es uno de los objetos más activos del Sistema Solar.
Crédito: NASA/JPL/Space Science Institute 

Un tercer método, no basado en el estudio de los campos electromagnéticos, es el del análisis de las libraciones, los pequeños bamboleos de una luna en el transcurso de su órbita. La prueba definitiva de la existencia de un océano subsuperficial global en Encélado, la luna de Saturno, se hizo con este método, que mostró libraciones que si bien eran pequeñas en magnitud, solo podían explicarse si el núcleo de la luna no estaba rígidamente unido a su corteza:

Ver también:

Sobre Tritón

Mosaico de colores global de Tritón, tomado en 1989 por la Voyager 2 durante su sobrevuelo del sistema de Neptuno. 
Crédito de la imagen:
NASA/JPL/USGS

Sobre el Agua y los Océanos subsuperficiales en las Lunas del Sistema Solar:

Sobre el Agua en el Sistema Solar y más allá, una excelente y concisa presentación se encuentra en:

Ocean Worlds. Specials / NASA.

Un análisis en profundidad lo presenta el siguiente trabajo:

Ocean worlds explorationJonathan I. LunineActa Astronautica,Volume 131, February 2017, Pages 123-130 .

Las Lunas Oceánicas de Saturno:

Sobre Encélado:

Sobre Titán y su océano subsuperficial:

El siguiente artículo contiene en el apartado ” Material relacionado” una selección de recursos sobre las Lunas de Saturno y en especial sobre Titán:

Sobre Dione y su océano subsuperficial:

Sobre la posibilidad de una océano subsuperficial en Mimas:

La Luna Océanica de Neptuno:

Las Lunas Océanicas de Júpiter:

Europa:

Un análisis en profundidad de Europa, su océano subsuperficial y sus caraterísticas se encuentra en los siguientes trabajos:

Calisto:

Ganímedes:

Marcar el enlace permanente.

Comentarios cerrados.