Las señales de radio de gran alcance que Júpiter genera podrían utilizarse para ayudar a los investigadores a explorar los océanos de sus lunas gigantes que podrían ser el hogar de la vida extraterrestre, según un estudio reciente presentado a la revista Icarus.
Júpiter, el planeta más grande del Sistema Solar, posee 67 lunas conocidas, entre ellas tres lunas heladas gigantes que podrían poseer océanos líquidos debajo de sus superficies heladas. Los astrobiólogos quieren investigar Europa, Ganímedes y Calisto, ya que existe la vida virtualmente dondequiera que haya agua líquida en la Tierra.
De las tres grandes lunas heladas de Júpiter, Europa, que es aproximadamente del tamaño de la Luna de la Tierra, se ve favorecida por tener el mayor potencial para sostener la vida. Lecturas magnéticas capturadas por la nave espacial Galileo de la NASA proporcionaron indicios convincentes de que tiene un océano, y las exploraciones de radio de la sonda sugieren una capa rica en agua bajo la superficie entre 50 y 105 millas (80 a 170 kilometros) de espesor. Hallazgos recientes sugieren incluso su océano podría estar cargado con suficiente oxígeno para soportar millones de toneladas por valor de la vida marina.
A los científicos les gustaría analizar el océano de Europa directamente, tal vez con misiones en la corteza helada de Europa con el uso de calor para derretir el hielo, girando cuchillas para eliminar piedras y unos submarinos robot explorarían el océano. Sin embargo, sigue siendo incierto qué tan gruesa es esta capa, lo que complica los planes de penetrar en ella. Modelos de su espesor, sobre la base de la cantidad de calor del shell recibe del Sol y de la propia Europa, predicen que sea de unas 18 millas (30 kilómetros) de espesor.
Por el contrario, los análisis de los datos de la nave espacial Galileo sugieren que la corteza es más de 9 millas (15 kilómetros) de espesor, y tal vez tan sólo 2,5 millas (4 kilómetros) de espesor.
El Radar de penetración de hielo es actualmente la técnica más prometedora para confirmar directamente la existencia de cualquier océano oculto dentro de las lunas heladas de Júpiter. Este radar funciona transmitiendo señales de radio, la detección de señales de radio que reflejan de vuelta, y el análisis de estas señales para deducir detalles sobre lo que se refleja fuera de, al igual que la forma en que una persona puede usar una linterna para iluminar los objetos escondidos en la oscuridad.
Sistemas de hielo y de radar de penetración en la Tierra buscan señales que indican los objetos y los límites enterrados entre capas. En el caso de Europa, esto significa buscar los límites entre la corteza helada y cualquier océano escondido, y entre un océano y tal núcleo rocoso de Europa.
Para detectar estos océanos con el radar de penetración de hielo, se necesitan señales de baja frecuencia de menos de 30 megahercios para superar la absorción de la onda de radio por el hielo, así como la dispersión impredecible de las ondas de radio por las superficies arrugadas de estas lunas. Las ondas de radio de baja frecuencia que desean utilizar los investigadores son decamétricas, lo que significa que tienen longitudes de onda de decenas de metros de longitud.
Un problema con el intento de radar decamétrico de penetración de hielo en las lunas de Júpiter tiene que ver con las poderosas explosiones de radio decamétricas procedente del Júpiter mismo. En conjunto, estas señales son más de 3.000 veces más fuerte que cualquier fuga en el Sistema Solar desde el resto de la galaxia.
Ondas decamétricas de Júpiter vienen de nubes de partículas eléctricamente cargadas atrapadas en el campo magnético de Júpiter. Para superar las señales de radio fuertes de Júpiter, una misión de sondeo lunas de Júpiter necesitaría un transmisor relativamente fuerte, un dispositivo masivo que podría ser difícil de poder y adaptarse a bordo de los confines limitados de una nave espacial.
«Si uno fuera a tratar a la fuente de emisión decamétrica de Júpiter como un transmisor, que está produciendo aproximadamente el equivalente de un megavatio», dijo el autor principal del estudio Andrew Romero-Wolf, un físico del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. «Es ciertamente posible generar una señal de que la fuerza en la Tierra, pero hacerlo en las cercanías de Júpiter es un reto completamente diferente.»
En lugar de llevar un transmisor a bordo de una nave espacial para dominar a las señales de radio de Júpiter, los investigadores sugieren ahora mediante ondas de radio decamétricas del planeta gigante escanear sus lunas.
«Podemos construir nuestros propios transmisores para buscar océanos subsuperficiales con radar de penetración de hielo, pero cuando Júpiter está activo, la emisión de radio está cegando a los radares de penetración de hielo», dijo Romero-Wolf. «La técnica que estamos desarrollando no sólo podría proporcionar una solución a ese problema, sino que podría convertirlo en una fortaleza.»
Toda la misión entonces necesita sistemas de muy baja potencia para detectar señales de radio reflejadas por las lunas y cualquier océano en su interior.
«La gran fortaleza de esta técnica es que no necesita de un transmisor, sólo de un receptor», dijo Romero-Wolf. «Un sistema de exploración de los océanos bajo la superficie de las lunas heladas potencialmente ya existe. Todo lo que tenemos que hacer es ir allí y escuchar.»
La estrategia que Romero-Wolf y sus colegas desarrollaron consiste en colocar una nave espacial entre Júpiter y una de sus lunas heladas. La sonda entonces controlaría las emisiones decamétricas de Júpiter, así como ecos de las señales reflejadas por la luna helada.
«La tecnología para hacer esto es fácilmente disponible y no requiere de grandes acontecimientos», dijo Romero-Wolf.
Mediante la comparación de las señales procedentes de Júpiter, con los ecos de su luna, los investigadores pueden determinar el espesor de la corteza helada de la luna y la profundidad de su océano.
«Creo que este es uno de esos casos en los que una confluencia de efectos naturales nos proporciona una sonda para la gran ciencia», dijo Romero-Wolf. «Júpiter no sólo aloja lunas heladas que podrían contener océanos del subsuelo, también es un emisor de radio extremadamente brillante en longitudes de onda decamétricas. En estas longitudes de onda, pasa a ser bastante hielo transparente, proporcionando una ventana para ver los océanos del subsuelo.»
Esta estrategia, en donde se analiza tanto las emisiones de radio distantes y sus ecos, es conocida como reflectometría interferométrica. Se aplicó por primera vez por el observatorio de radio Dover Heights, cerca de Sydney, Australia, en la década de 1940 y fue concebida debido a los limitados recursos que los astrónomos tenían disponibles cuando el observatorio primero comenzó, no muy diferente a la situación que enfrentan los diseñadores de las sondas del espacio profundo.
La atmósfera de la Tierra puede interferir con la astronomía óptica tradicional que se centra en la luz visible que la gente puede ver con sus ojos. Sin embargo, las atmósferas de estas lunas heladas son delgadas y no se espera que atenúen la señal de radio decamétrica significativamente.
«Europa tiene una ionósfera, una capa de electrones libres, que pueden distorsionar la señal de radio», dijo Romero-Wolf. «Sin embargo, esto también es bastante pequeño, y no espera que tenga un gran impacto en nuestra capacidad para sondear la capa de hielo.»
Los científicos planean ahora realizar estimaciones más detalladas de lo bien que su estrategia de radio podría detectar océanos ocultos en las lunas heladas de Júpiter.
Por ejemplo, ellos son la esperanza de hacer observaciones desde la Tierra de las emisiones de radio decamétricas de Júpiter, ya que se reflejan en las superficies de la luna helada.
«Nuestras estimaciones iniciales indican que esto puede ser posible – las mediciones estarían cerca de la sensibilidad de los observatorios de radio actuales basados en tierra», dijo Romero-Wolf. «Si podemos conseguir que esto funcione, podría proporcionar información valiosa sobre las propiedades de la superficie de las lunas.»
Agregó que hay limitaciones a la técnica.
«La observación ambigua de un océano bajo la superficie o líquidos en el hielo de Europa es sólo el primer paso hacia la identificación de la posibilidad de la vida», dijo. «Lo que estamos proponiendo no será capaz de decirnos si hay organismos que viven en Europa, pero podría proporcionar pruebas sólidas de esa posibilidad.»
