La investigación revela una nueva explicación de cómo la corteza helada de la luna Europa de Júpiter gira a un ritmo diferente al de su rotación interna. El Europa Clipper de la NASA echará un vistazo más de cerca.

Los científicos de la NASA tienen pruebas sólidas de que Europa, la luna de Júpiter, tiene un océano interior debajo de su capa exterior helada: un cuerpo masivo de agua salada que rodea el interior rocoso de la luna. Nuevos modelos informáticos sugieren que el agua puede estar empujando la corteza helada, posiblemente acelerando y desacelerando la rotación de la corteza helada de la luna con el tiempo.

Los científicos han sabido que la capa de Europa probablemente flota libremente, girando a un ritmo diferente al del océano debajo y el interior rocoso. El nuevo modelo es el primero en mostrar que las corrientes oceánicas en Europa pueden contribuir a la circulación de su criosfera.

Un componente clave del estudio involucró el cálculo de la resistencia: la fuerza horizontal que la circunferencia de la Luna ejerce sobre el hielo sobre ella. La investigación insinúa cómo la fuerza del flujo del océano y su atracción contra la capa de hielo podrían explicar parte de la geología que se observa en la superficie de Europa. Las grietas y las crestas pueden ser el resultado de que la corteza de hielo se estire y se derrumbe lentamente con el tiempo a medida que las corrientes oceánicas la empujan y la jalan.

“Antes de esto, se sabía a través de experimentos de laboratorio y modelos que el calentamiento y enfriamiento del océano de Europa podría impulsar las corrientes”, dijo Hamish Hay, investigador de la Universidad de Oxford y autor principal del estudio publicado en JGR: Planets. Hay realizó la investigación mientras era investigador asociado postdoctoral en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. “Ahora nuestros resultados destacan un acoplamiento entre el océano y la circulación de la corteza de hielo que no se había pensado antes”.

También puede ser posible, utilizando las mediciones recopiladas por la próxima misión Europa Clipper de la NASA, para determinar con precisión qué tan rápido está girando la corteza de hielo. Cuando los científicos comparen las imágenes recopiladas por Europa Clipper con las tomadas en el pasado por las misiones Galileo y Voyager de la NASA, podrán examinar las ubicaciones de las características de la superficie del hielo y posiblemente determinar si la ubicación de la corteza helada de la luna ha cambiado con el tiempo. .

Ilustración del problema y el cilindro de sombra. Una circunferencia de espesor uniforme, H, está intercalada entre dos superficies sólidas. Cuando la dinámica oceánica está restringida por la rotación, el espesor relevante se convierte en el espesor de la columna paralela al eje de rotación. Esto se caracteriza por una fuerte discontinuidad en el fondo del mar tropical. Las ondas convectivas de Rossby se ilustran a la derecha, lo que da como resultado una circulación superecuatorial en el caso de una convección casi lineal. NASA/JGR Planetas

Durante décadas, los científicos planetarios han debatido si la capa helada de Europa podría estar girando más rápido que en el interior de la Tierra. Pero en lugar de relacionarlo con el movimiento del océano, los científicos se centraron en una fuerza exterior: Júpiter. Ellos plantearon la hipótesis de que mientras la gravedad del gigante gaseoso está tirando de Europa, también está tirando de la corteza de la luna y haciendo que gire un poco más rápido.

“Para mí, fue completamente inesperado que lo que está sucediendo en la circulación oceánica pudiera ser suficiente para influir en la corteza de hielo. Fue una gran sorpresa”, dijo el coautor y científico del proyecto Europa Clipper, Robert Pappalardo, del JPL. que las grietas y las crestas que vemos en la superficie de Europa podrían estar relacionadas con el ciclo oceánico que se encuentra debajo; los geólogos no suelen pensar: “Tal vez sea el océano el que lo hace”.

El Europa Clipper, ahora en la fase de ensamblaje, prueba y lanzamiento en el JPL, está programado para su lanzamiento en 2024. La nave espacial comenzará a orbitar Júpiter en 2030 y utilizará su conjunto de instrumentos sofisticados para recopilar datos científicos mientras sobrevuela la luna. unas 50 veces. La misión tiene como objetivo determinar si Europa, con su océano interior profundo, tiene condiciones que podrían ser adecuadas para la vida.

Cortes lineales (norte-sur) del dominio de la velocidad del ancho de banda temporal y la media del ancho de banda de diferentes números de Rayleigh, Ra, que aumentan de arriba a la izquierda a abajo a la derecha. El campo de velocidad del área es simétrico alrededor del ecuador, por lo que solo se muestra el hemisferio norte. La barra de color se aplana a la máxima velocidad de flujo absoluta en la esquina de cada segmento. NASA/JGR

como una olla de agua

Usando técnicas desarrolladas para estudiar la circunferencia de la Tierra, los autores del artículo confiaron en las supercomputadoras de la NASA para hacer modelos a gran escala del océano de Europa. Exploraron las complejidades de cómo circula el agua y cómo el calentamiento y el enfriamiento afectan este movimiento.

Los científicos creen que el océano interior de Europa se calienta desde abajo, por la desintegración radiactiva y el calentamiento de las mareas dentro del núcleo rocoso de la luna. Como calentar agua en una olla sobre una estufa, el agua tibia de Europa sube a la superficie del océano.

En las simulaciones, la rotación inicialmente se movió verticalmente, pero la rotación de la luna en su conjunto provocó que el agua que fluía se desviara en una dirección más horizontal, en las corrientes este-oeste y este-oeste. Al incluir nubes en sus simulaciones, los investigadores pudieron determinar que si las corrientes son lo suficientemente rápidas, puede haber suficiente arrastre en el hielo de arriba para acelerar o disminuir la velocidad de giro de la envoltura. La cantidad de calentamiento interno y, por lo tanto, los patrones de circulación en el océano, pueden cambiar con el tiempo, acelerando o ralentizando potencialmente la circulación de la capa de hielo de arriba.

“El trabajo podría ser importante para comprender cómo han cambiado con el tiempo las velocidades de rotación de otros mundos oceánicos”, dijo Hay. “Ahora que sabemos sobre el posible acoplamiento de los océanos interiores con las superficies de estos cuerpos, podemos aprender más sobre su historia geológica y la de Europa”.

Más sobre la misión

El principal objetivo científico de Europa Clipper es determinar si hay lugares debajo de la superficie de la luna helada de Júpiter, Europa, que podrían albergar vida. Los tres objetivos científicos principales de la misión son comprender la naturaleza de la corteza de hielo y el océano debajo de ella, junto con su composición y geología. La exploración detallada de Europa por parte de la misión ayudará a los científicos a comprender mejor el potencial astrobiológico de los mundos habitables más allá de nuestro planeta.

Administrado por el Instituto de Tecnología de California en Pasadena, California, JPL está desarrollando la misión Europa Clipper en asociación con el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de Johns Hopkins en Laurel, Maryland, para la Dirección de Misión Científica de la NASA en Washington. APL diseñó el cuerpo principal de la nave espacial en colaboración con JPL y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. La Oficina del Programa de Misión Planetaria en el Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama, lleva a cabo la gestión del programa de misión Europa Clipper.

Puede encontrar más información sobre Europa aquí: europa.nasa.gov

Nubes turbulentas en la interfaz hielo-océano en Europa en una simulaciónIComponentes de convección rotatoria: implicaciones para la rotación asincrónica de una corteza de hieloPlanetas JGR (acceso abierto)

Astrobiología