Hubble encuentra la primera evidencia de vapor de agua en Ganímedes, la luna de Júpiter

Por primera vez, los astrónomos han descubierto evidencia de vapor de agua en la atmósfera de Ganímedes, la luna de Júpiter. Este vapor de agua se forma cuando el hielo de la superficie de la luna se sublima, es decir, pasa de sólido a gas.

Los científicos utilizaron nuevos conjuntos de datos y de archivo del Telescopio Espacial Hubble de la NASA para hacer el descubrimiento, publicado en la revista Nature Astronomy.

Un conjunto de investigaciones realizadas previamente estimaron que Ganímedes, la luna más grande del sistema solar, contiene más agua que todos los océanos de la Tierra. Sin embargo, las temperaturas son tan frías que el agua en la superficie se congela. El océano de Ganímedes se ubica  aproximadamente a 160 kilómetros por debajo de la corteza; por lo tanto, el vapor de agua no compromete la evaporación de este océano.

Los astrónomos volvieron a examinar las observaciones del Hubble de las últimas dos décadas para encontrar esta evidencia de vapor de agua.

En 1998, el espectrógrafo de imágenes del telescopio espacial Hubble tomó las primeras imágenes ultravioleta (UV) de Ganímedes, que revelaron bandas aurorales (cintas de colores de gas electrificado) y proporcionó pruebas de que Ganímedes tiene un campo magnético débil.

Las similitudes en estas observaciones UV se explicaron por la presencia de oxígeno molecular (O2). Pero algunas características observadas no coincidieron con las emisiones esperadas de una atmósfera de O2 puro. Al mismo tiempo, los científicos concluyeron que esta discrepancia probablemente estaba relacionada con concentraciones más altas de oxígeno atómico (O).

Como parte de un gran programa de observación para apoyar la misión Juno de la NASA en 2018, Lorenz Roth del KTH Royal Institute of Technology en Estocolmo, Suecia, dirigió el equipo que se propuso medir la cantidad de oxígeno atómico con el Hubble. El análisis del equipo combinó los datos de dos instrumentos: el Cosmic Origins Spectrograph del Hubble en 2018 e imágenes de archivo del Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) de 1998 a 2010.

Para su sorpresa, y contrariamente a las interpretaciones originales de los datos de 1998, descubrieron que apenas había oxígeno atómico en la atmósfera de Ganímedes. Esto significa que debe haber otra explicación para las aparentes diferencias en las imágenes de auroras en UV.

Luego, Roth y su equipo observaron más de cerca la distribución relativa de la aurora en las imágenes UV. La temperatura de la superficie de Ganímedes varía mucho a lo largo del día, y alrededor del mediodía, cerca del ecuador, puede calentarse lo suficiente como para que la superficie del hielo libere (o sublime) algunas pequeñas cantidades de moléculas de agua. De hecho, las diferencias percibidas en las imágenes ultravioleta están directamente relacionadas con el lugar donde se esperaría encontrar agua en la atmósfera de la luna.

En 1998, el espectrógrafo de imágenes del telescopio espacial Hubble tomó estas primeras imágenes ultravioleta de Ganímedes, que revelaron un patrón particular de las emisiones observadas en la atmósfera de la luna. La luna muestra bandas de auroras que son algo similares a los óvalos de auroras observados en la Tierra y otros planetas con campos magnéticos. Esta fue una evidencia ilustrativa del hecho de que Ganímedes tiene un campo magnético permanente. Las similitudes en las observaciones ultravioleta se explicaron por la presencia de oxígeno molecular. Las diferencias se explican actualmente por la presencia de oxígeno atómico, que produce una señal que afecta más a un color UV que al otro.
Créditos: NASA, ESA, Lorenz Roth (KTH).

“Hasta ahora sólo se había observado el oxígeno molecular”, explicó Roth. “Esto se produce cuando las partículas cargadas erosionan la superficie del hielo. El vapor de agua que medimos ahora se origina por la sublimación del hielo causada por el escape térmico del vapor de agua de las regiones cálidas y heladas”.

Este hallazgo motiva a la próxima misión de la ESA (Agencia Espacial Europea) llamada JUICE, que significa JUpiter ICy moons Explorer. JUICE será la primera misión a gran escala del programa Cosmic Vision 2015-2025 de la ESA. El lanzamiento está programado para 2022 y su llegada a Júpiter en 2029. Pasará al menos tres años haciendo observaciones detalladas de Júpiter y tres de sus lunas más grandes, con especial énfasis en Ganímedes como hábitat potencial.

Ganímedes fue elegida para una investigación detallada ya que proporciona un laboratorio natural para el análisis de la naturaleza, la evolución y la habitabilidad potencial de los mundos helados, el papel que desempeña dentro del sistema de satélites galileanos y sus interacciones magnéticas y de plasma con Júpiter y su entorno.

“Nuestros resultados pueden proporcionar a los equipos de los instrumentos de JUICE información que se puede utilizar para afinar sus planes de observación para poder optimizar el uso de la nave espacial”, agregó Roth.

En este momento, la misión Juno de la NASA está observando de cerca a Ganímedes y recientemente obtuvo nuevas imágenes de la luna helada. Juno lleva estudiando Júpiter y su entorno, también conocido como sistema joviano, desde 2016.

Los astrónomos han utilizado conjuntos de datos nuevos y de archivo del Telescopio Espacial Hubble de la NASA para descubrir pruebas de vapor de agua en la atmósfera de Ganímedes, la luna de Júpiter. El vapor está presente debido a la excitación térmica de las moléculas de agua de la superficie helada de la luna. Investigaciones anteriores sugerían que la luna contiene más agua que todos los océanos de la Tierra. Sin embargo, las temperaturas son tan frías que el agua en la superficie se congela y el océano se encuentra aproximadamente a 160 kilómetros por debajo de la corteza.
Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA.

Comprender el sistema joviano y desentrañar su historia, desde su origen hasta la posible aparición de entornos habitables, nos proporcionará más información de cómo se forman y evolucionan los planetas gigantes gaseosos y sus satélites. Además, es de esperar que se encuentren nuevos conocimientos sobre la habitabilidad de los sistemas exoplanetarios similares a Júpiter.

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Space Telescope Science Institute (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo las operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Association of Universities for Research in Astronomy en Washington, D.C.

Versión en inglés de esta noticia.

Edición: R. Castro.