¿Tienen las lunas de Urano océanos subterráneos?

luna Titania de Urano

El extraño campo magnético del planeta ofrece una gran ventaja

El sistema solar está plagado de diminutos y helados mundos. Muchos de ellos son lunas de planetas gigantes gaseosos y se ha confirmado o se sospecha que tienen océanos líquidos debajo de capas de hielo congeladas.

La luna de Júpiter, Europa, y la luna de Saturno, Encelado, son dos de los ejemplos más famosos de tales mundos. ¿Por qué algunas de las lunas de Urano y Neptuno, los planetas gigantes de hielo del sistema solar, no tendrían también océanos subsuperficiales?

La mayoría de los científicos planetarios están de acuerdo en que no hay ninguna razón para no tenerlas, y un equipo de investigadores descubrió que un método probado y verdadero para confirmar la existencia de océanos subterráneos funcionaría especialmente bien para las lunas de Urano.

"La gran pregunta aquí es, ¿dónde están los ambientes habitables en el sistema solar?", dijo Benjamin Weiss, científico planetario del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge. Los descubrimientos de los océanos en Europa y Encelado "hacen que muchos de nosotros nos preguntemos si hay muchas lunas por ahí que, aunque son pequeñas, todavía pueden estar calientes". Weiss presentó esta investigación el 15 de diciembre en la reunión de otoño de 2020 de la AGU.

Corrientes oceánicas

Durante el sobrevuelo de la Voyager 2 sobre el sistema Urano en 1986, envió a la Tierra las primeras (y hasta ahora únicas) vistas en primer plano de las cinco lunas más grandes del planeta: Miranda, Ariel, Umbriel, Titania y Oberon. Esas imágenes revelaron que las lunas están formadas por una combinación aproximada de 50:50 de rocas y hielos y, como la mayoría de los satélites planetarios, tienen muchos cráteres. Sin embargo, las superficies de las lunas también muestran algunos de los signos clásicos del criovolcanismo, como material fresco sin cráteres y crestas, valles y pliegues.

Al igual que con Europa y Encelado, un océano subterráneo es una forma de crear esos signos de reciente actividad geológica. Weiss y su equipo querían saber si una futura nave espacial podría descubrir así un océano.

Haz clic, arrastra y amplía para explorar este modelo 3D interactivo de Miranda. Crédito: Aplicaciones y desarrollo de tecnología de visualización de la NASA

Los investigadores calcularon la fuerza del campo magnético que Urano induciría en el hipotético océano subterráneo de una luna y determinaron si una futura misión que orbitara el planeta sería capaz de detectar ese campo inducido. Esta es la misma técnica que los científicos de la misión Galileo de la NASA utilizaron en 1998 para confirmar la presencia de un océano subterráneo en Europa y también en la luna de Júpiter, Calisto.

Un campo magnético inducido funciona así: cuando una luna orbita un planeta, también viaja a través del campo magnético del planeta, que no tiene la misma fuerza o dirección en todas partes. La luna "siente" un campo magnético cambiante, que es un proceso que genera una corriente eléctrica. "Si hay agua líquida allí y es un poco salada como el agua del océano en la Tierra, entonces puede ser conductora, lo que significa que las corrientes pueden fluir en ella", dijo Weiss.

Esa corriente que fluye, a su vez, generará su propio campo magnético, un campo magnético inducido. Un campo inducido se vería muy diferente al campo magnético del planeta y, por lo tanto, podría ser detectado por un magnetómetro cercano.

Utilizando modelos teóricos del campo magnético de Urano, el equipo de Weiss calculó la fuerza de los campos inducidos en Miranda, Ariel, Umbriel, Titania y Oberon. El equipo descubrió que el campo magnético inducido de Miranda era el más fuerte, con 300 nanoteslas, y el de Oberon, el más débil, con solo 3 nanoteslas.

A modo de comparación, la misión Galileo midió un campo magnético inducido de aproximadamente 220 nanoteslas en Europa y aproximadamente 40 nanoteslas en Callisto. Un océano subterráneo en Miranda, Ariel, Umbriel y Titania estaría bien dentro de las capacidades de medición de la tecnología actual de naves espaciales, dijo Weiss, aunque el campo de Oberon podría estar al borde de la detectabilidad.

La fuerza de lo extraño

El campo magnético de Urano, como muchas otras cosas del planeta mismo, es bastante extraño en comparación con otros planetas del sistema solar: El campo está inclinado 59° desde el eje de rotación del planeta, y su centro se desplaza aproximadamente un tercio del radio del planeta desde el centro del planeta.

La inducción magnética confirmó la presencia de los océanos subsuperficiales de Europa y Calisto, pero el campo magnético muy simétrico de Júpiter hizo imposible que la misión Galileo averiguara la profundidad, el grosor o la salinidad de los océanos con su pequeño número de sobrevuelos. Lo mismo ocurre con el campo magnético de Saturno y el océano subsuperficial de Encelado. Pero las mediciones de esas propiedades podrían ser posibles para las lunas de Urano.

"La clave es que el campo de Urano no es simétrico de espín, a diferencia del de Saturno, y gira. Sabemos estas cosas, así que [la técnica] debería funcionar", dijo David Stevenson, científico planetario del Instituto de Tecnología de California en Pasadena y miembro del equipo de Galileo. Stevenson no participó en esta investigación. "La advertencia son los efectos magnetosféricos [de Urano], que aún no están bien caracterizados, pero es poco probable que acaben con la idea".

Sin embargo, advirtió Stevenson, es probable que los océanos del subsuelo en el sistema de Urano estén más debajo de la superficie que los del sistema de Júpiter simplemente porque las lunas de Urano son más frías y, por lo tanto, la capa helada es probablemente más gruesa. Aunque eso podría hacer que el campo medido sea más débil de lo estimado, dijo, detectar una señal sería "en realidad más fácil y más confiable" que otros métodos que podrían encontrar un océano.

Urano y Neptuno son objetivos de mayor prioridad para una misión de nave espacial que en el pasado porque se abre una ventana de lanzamiento oportuno a fines de la década de 2020. La NASA, por ejemplo, está considerando una misión a Neptuno llamada Trident, aunque actualmente no se está considerando ninguna misión a Urano.

Sin embargo, "acercarse lo suficiente a uno o más de los satélites para ver esto —tienes que acercarte, es decir, dentro del radio de un satélite, aproximadamente— es poco probable que sea una característica de una misión temprana a Urano", que probablemente no llegaría antes de 2042, dijo Stevenson.

Una misión a un gigante de hielo podría estar muy lejana, admitió Weiss, pero espera que esta investigación "estimule a las personas a considerar aún más seriamente la idea de enviar una investigación con magnetómetro a Urano o Neptuno".

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