Astronomía

¿Qué se disolvería teóricamente en los océanos interiores de lunas y planetas helados?

¿Qué se disolvería teóricamente en los océanos interiores de lunas y planetas helados?


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Sé que tenemos alguna indicación de "lo que hay en el agua" de las plumas de Encelado, pero otros lugares serían iguales. Por ejemplo, ¿podría el agua líquida profunda de Titán contener gas metano disuelto?

Principalmente estoy contemplando qué posibles "soluciones" serían beneficiosas para alguna forma de microbiología.


No hay garantía de soluciones de por vida (conocidas), pero básicamente se necesitan soluciones de aniones y cationes, como fosfatos para construir cadenas largas además de mantener la neutralidad (equilibrio ácido y electrónico) del clima, o cualquier CHONSP (carbono, hidrógeno, oxígeno). , nitrógeno, azufre y fósforo) con una solución de ácido neutro (agua), pero esto solo se aplica a la vida útil del carbono conocida.


El planeta enano Ceres tiene un océano de agua salada secreto

Los océanos subsuperficiales son el tipo de cosas que esperamos ver en el sistema solar exterior, específicamente en las lunas heladas en órbita alrededor de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Pero según siete (sí, siete) artículos nuevos publicados para una colección especial de Nature, los océanos subterráneos también pueden aparecer en objetos sin un planeta anfitrión, como lo muestra Ceres, un planeta enano en el cinturón principal de asteroides entre Marte y Júpiter.

Ceres, como muestra la nueva investigación, estuvo activa recientemente y aún puede estarlo, conteniendo una gran reserva de agua subterránea y exhibiendo una forma de criovolcanismo (en el que el agua subterránea llega a la superficie) nunca antes vista en un objeto celeste. Los océanos subsuperficiales en lunas heladas, como Europa de Júpiter y Encelado de Saturno, se mantienen calientes por las interacciones de las mareas ejercidas por sus planetas anfitriones, pero no se puede decir lo mismo de los objetos sin planetas en el cinturón de asteroides. En Ceres, este fenómeno es más una cuestión de química, ya que el agua subterránea permanece en un estado fangoso debido a su alto contenido de sal.

La nueva investigación, descrita en artículos publicados en Nature Astronomy, Nature Geoscience y Nature Communications, incluyó a científicos de la NASA, el Instituto Lunar y Planetario (LPI), la Universidad de Münster en Alemania, el Instituto Nacional de Educación e Investigación Científica (NISER). ) en India, entre muchas otras instituciones.

Con 590 millas de ancho (950 kilómetros), Ceres es el objeto más grande del cinturón de asteroides. La nave espacial Dawn de la NASA visitó Ceres de 2015 a 2018, recopilando datos de importancia crítica durante los últimos cinco meses de la misión, cuando el orbitador descendió en picado hasta las 22 millas (35 km) de la superficie.

Las imágenes de alta resolución enviadas a la Tierra revelaron el cráter Occator con un detalle sin precedentes. Este cráter, formado por un impacto gigante, es la característica más distintiva del planeta enano, mide 57 millas de ancho (92 km), que es bastante grande incluso para los estándares de la Tierra. El cráter Occator se reveló como una estructura compleja, con una depresión central cubierta por una estructura en forma de cúpula, varias grietas y surcos, depósitos de minerales brillantes y cúpulas más pequeñas esparcidas por todas partes.

Se sospechaba que el agua pudo haber sido responsable de las características brillantes de la superficie de Ceres antes de la misión Dawn, pero los datos recopilados por el orbitador sugieren que este es el caso.

Un recuento de pequeños cráteres de impacto en Ceres apunta a una superficie relativamente joven. El cráter Occator se formó hace unos 22 millones de años, y algunas de las características superficiales más jóvenes de Ceres se formaron hace solo 2 millones de años.

Una característica común de los cráteres de impacto es un pico que se forma en el centro. Tal característica se formó dentro de Occator, pero colapsó, creando una depresión dentro de la depresión. Luego, hace alrededor de 7,5 millones de años, el agua, o más salmuera, subió a la superficie y se filtró a través de este pico colapsado. Esta agua salada se evaporó, dejando depósitos reflectantes en forma de carbonato de sodio, una mezcla de sodio, carbono y oxígeno. La mancha blanca brillante en el centro de Occator, Cerealia Facula, es el remanente de este proceso.

Aparecen depósitos similares en otras partes del cráter, incluida una característica prominente llamada Vinalia Faculae. En estos lugares, la salmuera subió a la superficie a través de grietas y surcos.


El océano en la luna Europa de Júpiter 'podría ser habitable'

La impresionante superficie de la luna de Júpiter, Europa. Crédito: NASA / JPL-Caltech / SETI Institute.

Un nuevo modelo de científicos de la NASA respalda la teoría de que el océano interior de la luna de Júpiter, Europa, podría sustentar la vida. Además, han calculado que esta agua, que se cree que es un océano debajo de la capa de hielo de la superficie, podría haberse formado por la descomposición de minerales que contienen agua debido a las fuerzas de las mareas o la desintegración radiactiva. Este trabajo, que aún no ha sido revisado por pares, se presenta por primera vez en la conferencia virtual Goldschmidt y puede tener implicaciones para otras lunas del Sistema Solar.

Europa es una de las lunas más grandes del sistema solar. Desde los sobrevuelos de las naves espaciales Voyager y Galileo, los científicos han sostenido que la corteza superficial flota en un océano subterráneo. Sin embargo, los orígenes y la composición de este océano no han sido claros.

Los investigadores, con base en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en California, modelaron depósitos geoquímicos dentro del interior de Europa utilizando datos de la misión Galileo. El investigador principal Mohit Melwani Daswani dijo: "Pudimos modelar la composición y las propiedades físicas del núcleo, la capa de silicato y el océano. Descubrimos que diferentes minerales pierden agua y volátiles a diferentes profundidades y temperaturas. Sumamos estos volátiles que se estiman que se perdieron del interior, y se encontró que son consistentes con la masa predicha del océano actual, lo que significa que probablemente estén presentes en el océano ".

Los investigadores encontraron que los mundos oceánicos como Europa pueden formarse por metamorfismo: en otras palabras, el calentamiento y el aumento de la presión causados ​​por la desintegración radiactiva temprana o el movimiento posterior de las mareas subterráneas causarían la descomposición de los minerales que contienen agua y la liberación de los atrapados. agua.

También encontraron que este océano originalmente habría sido ligeramente ácido, con altas concentraciones de dióxido de carbono, calcio y sulfato. "De hecho, se pensó que este océano aún podría ser bastante sulfúrico", dijo Mohit Melwani Daswani, "pero nuestras simulaciones, junto con los datos del Telescopio Espacial Hubble, que muestran cloruro en la superficie de Europa, sugieren que el agua probablemente se volvió rica en cloruros. en otras palabras, su composición se asemeja más a los océanos de la Tierra. Creemos que este océano podría ser bastante habitable para la vida ".

Continuó, "Europa es una de nuestras mejores oportunidades de encontrar vida en nuestro sistema solar. La misión Europa Clipper de la NASA se lanzará en los próximos años, por lo que nuestro trabajo apunta a prepararnos para la misión, que investigará la habitabilidad de Europa. Nuestros modelos nos llevan a pensar que los océanos en otras lunas, como Ganímedes, vecina de Europa, y Titán, la luna de Saturno, también pueden haberse formado por procesos similares. Sin embargo, todavía necesitamos entender varios puntos, como cómo los fluidos migran a través del interior rocoso de Europa ".

Los investigadores ahora se han asociado con grupos en Nantes y Praga para tratar de identificar si los volcanes del fondo marino pueden haber contribuido a la evolución del agua rica en cloruros en Europa. La NASA ha publicado recientemente nuevas fotos de alta resolución de Europa, que muestran posibles sitios de exploración para probar estos hallazgos.

Al comentar, el profesor Steve Mojzsis, profesor de geología en la Universidad de Colorado, dijo: "Una pregunta de larga data sobre si un mundo" oceánico envuelto "como Europa podría ser habitable se reduce a si puede sostener un flujo de electrones que podría proporcionar la energía para alimentar la vida. Lo que sigue sin estar claro es si tales lunas heladas podrían alguna vez generar suficiente calor para derretir rocas, sin duda alguna química interesante tiene lugar dentro de estos cuerpos, pero ¿qué flujo confiable de electrones podría ser utilizado por la vida extraterrestre para alimentarse en el frío? ¿Profundidades oscuras? Un aspecto clave que hace que un mundo sea "habitable" es la capacidad intrínseca de mantener estos desequilibrios químicos. Podría decirse que las lunas heladas carecen de esta capacidad, por lo que debe probarse en cualquier misión futura a Europa ".


Ganímedes puede albergar un 'club sándwich' de océanos y hielo

El concepto de este artista de la luna de Júpiter, Ganímedes, la luna más grande del sistema solar, ilustra el modelo de "club sándwich" de sus océanos interiores. Crédito: NASA / JPL-Caltech

(Phys.org) —La luna más grande de nuestro sistema solar, una compañera de Júpiter llamada Ganímedes, podría tener hielo y océanos apilados en varias capas como un sándwich club, según una nueva investigación financiada por la NASA que modela la composición de la luna.

Anteriormente, se pensaba que la luna albergaba un océano espeso intercalado entre solo dos capas de hielo, una en la parte superior y otra en la parte inferior.

"El océano de Ganímedes podría estar organizado como un sándwich de Dagwood", dijo Steve Vance del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, explicando el parecido de la luna con los sándwiches de varios niveles del personaje de dibujos animados "Blondie". El estudio, dirigido por Vance, proporciona nueva evidencia teórica para el modelo de "club sándwich" del equipo, propuesto por primera vez el año pasado. La investigación aparece en la revista Ciencia planetaria y espacial.

Los resultados apoyan la idea de que posiblemente haya surgido vida primitiva en la luna helada. Los científicos dicen que los lugares donde el agua y las rocas interactúan son importantes para el desarrollo de la vida, por ejemplo, es posible que la vida haya comenzado en la Tierra en respiraderos burbujeantes en nuestro fondo marino. Antes del nuevo estudio, se pensaba que el fondo marino rocoso de Ganímedes estaba cubierto de hielo, no de líquido, un problema para el surgimiento de la vida. Los hallazgos del "club sandwich" sugieren lo contrario: la primera capa encima del núcleo rocoso podría ser agua salada.

"Esta es una buena noticia para Ganímedes", dijo Vance. "Su océano es enorme, con enormes presiones, por lo que se pensó que se tenía que formar hielo denso en el fondo del océano. Cuando agregamos sales a nuestros modelos, obtuvimos líquidos lo suficientemente densos como para hundirse hasta el fondo del mar".

Los científicos de la NASA sospecharon por primera vez un océano en Ganímedes en la década de 1970, basándose en modelos de la gran luna, que es más grande que Mercurio. En la década de 1990, la misión Galileo de la NASA sobrevoló Ganímedes, confirmando el océano de la luna y mostrando que se extiende a profundidades de cientos de millas. La nave espacial también encontró evidencia de mares salados, probablemente conteniendo la sal sulfato de magnesio.

Los modelos anteriores de los océanos de Ganímedes asumían que la sal no cambiaba mucho las propiedades del líquido con la presión. Vance y su equipo demostraron, a través de experimentos de laboratorio, cuánta sal aumenta realmente la densidad de los líquidos en las condiciones extremas dentro de Ganímedes y lunas similares. Puede parecer extraño que la sal pueda hacer que el océano sea más denso, pero puedes ver por ti mismo cómo funciona esto agregando sal de mesa vieja y simple a un vaso de agua. En lugar de aumentar de volumen, el líquido se contrae y se vuelve más denso. Esto se debe a que los iones de sal atraen moléculas de agua.

Los modelos se vuelven más complicados cuando se tienen en cuenta las diferentes formas de hielo. El hielo que flota en sus bebidas se llama "Ice I". Es la forma de hielo menos densa y más ligera que el agua. Pero a altas presiones, como las de océanos tan profundos como el de Ganímedes, las estructuras de los cristales de hielo se vuelven más compactas. "Es como encontrar una mejor disposición de los zapatos en su equipaje: las moléculas de hielo se apiñan más juntas", dijo Vance. El hielo puede volverse tan denso que es más pesado que el agua y cae al fondo del mar. El hielo más denso y pesado que se cree que persiste en Ganímedes se llama "Hielo VI".

Al modelar estos procesos usando computadoras, el equipo ideó un océano intercalado entre hasta tres capas de hielo, además del fondo marino rocoso. El hielo más ligero está en la parte superior y el líquido más salado es lo suficientemente pesado como para hundirse hasta el fondo. Es más, los resultados demuestran un posible fenómeno extraño que hace que los océanos "nieve hacia arriba". A medida que los océanos se agitan y las columnas frías serpentean, se podría formar hielo en el agua de mar en la capa superior del océano, llamada "Hielo III". Cuando se forma hielo, las sales se precipitan. Las sales más pesadas caerían así hacia abajo y el hielo más ligero, o "nieve", flotaría hacia arriba. Esta "nieve" se derrite de nuevo antes de llegar a la parte superior del océano, posiblemente dejando nieve en medio del sándwich de luna.

"No sabemos cuánto tiempo existirá la estructura de sándwich de Dagwood", dijo Christophe Sotin de JPL. "Esta estructura representa un estado estable, pero varios factores podrían significar que la luna no alcanza este estado estable".

Sotin y Vance son miembros del equipo de Icy Worlds en JPL, parte del Instituto de Astrobiología de la NASA multiinstitucional con sede en el Centro de Investigación Ames en Moffett Field, California.

Los resultados también se pueden aplicar a exoplanetas, planetas que rodean estrellas más allá de nuestro sol. Algunas supertierras, planetas rocosos más masivos que la Tierra, se han propuesto como "mundos acuáticos" cubiertos de océanos. ¿Podrían tener vida? Vance y su equipo creen que los experimentos de laboratorio y el modelado más detallado de océanos exóticos podrían ayudar a encontrar respuestas.

Ganímedes es una de las cinco lunas de nuestro sistema solar que se cree que sustentan vastos océanos bajo costras heladas. Las otras lunas son Europa y Calisto de Júpiter y Titán y Encelado de Saturno. La Agencia Espacial Europea está desarrollando una misión espacial, llamada JUpiter ICy moons Explorer o JUICE, para visitar Europa, Calisto y Ganímedes en la década de 2030. La NASA y el JPL están contribuyendo a tres instrumentos en la misión, cuyo lanzamiento está programado para 2022.


Origen

En 1979, las misiones Voyager 1 y 2 pasaron por el sistema joviano y tomaron fotografías detalladas de la superficie de Europa. Estas fotos son las que llevaron a los científicos a considerar la posibilidad de que esta luna helada pudiera tener un océano interior. Desde entonces, la evidencia de esto ha aumentado considerablemente y, combinada con los datos que indican la presencia de plumas en la superficie, ha reforzado el caso de que haya vida en el interior.

El descubrimiento de condiciones similares en otras lunas jovianas, varias de las lunas de Saturno & # 8217 y otros cuerpos helados que orbitan gigantes gaseosos o en el Cinturón de Kuiper ha llevado a muchos en la comunidad científica a especular que estos cuerpos podrían ser el lugar más prometedor para mirar. por la vida más allá de la Tierra. En los últimos años, los astrónomos y astrobiólogos han extendido este argumento al reino interestelar.

Europa durante el acercamiento más cercano de la Voyager 2. Crédito: NASA / JPL

Una de esas personas es la Dra. Lynnae C. Quick, científica planetaria de la NASA y miembro de la Amanecer, Europa Clipper, y Libélula equipos científicos. También es miembro del equipo científico de la NASA Solar System Exploration Research Virtual Institute & # 8216s (SSERVI) Toolbox for Research and Exploration (TREX), de la NASA & # 8217s Roadmaps to Ocean Worlds (ROW), y del Outer Planets Assessment Group & # 8216s ( OPAG) Comité de Dirección.

Como explicó en un comunicado de prensa reciente de la NASA (con fecha del 18 de junio):

& # 8220 Las columnas de agua brotan de Europa y Encelado, por lo que podemos decir que estos cuerpos tienen océanos subsuperficiales debajo de sus capas de hielo, y tienen energía que impulsa las columnas, que son dos requisitos para la vida tal como la conocemos. Entonces, si pensamos en estos lugares como posiblemente habitables, tal vez versiones más grandes de ellos en otros sistemas planetarios también sean habitables. & # 8221

& # 8220Si vemos que la densidad de un planeta es menor que la de la Tierra, eso es una indicación de que podría haber más agua allí y no tanta roca y hierro. Pero si la temperatura de la superficie de un planeta es menos de 32 grados Fahrenheit (0 grados Celsius), donde el agua está congelada, entonces tenemos un mundo oceánico helado y las densidades de esos planetas son aún más bajas. & # 8221

Los objetivos del grupo ROW se detallaron durante una presentación titulada & # 8220Exploration Pathways for Europa after initial In-Situ Analysis for Biosignatures, & # 8221, que se realizó el 27 de febrero de 2017, en la NASA & # 8220Planetary Science Taller Vision 2050. & # 8221 Incluyen la búsqueda de biofirmas en Europa, análisis de material cercano al subsuelo y estimaciones de profundidad de su océano, y caracterización de propiedades de superficie / subsuelo.

Europa, la luna helada de Júpiter. Créditos: NASA / Laboratorio de propulsión a chorro, Instituto SETI

Como Kevin Peter Hand & # 8211 el científico jefe adjunto para la exploración del sistema solar en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA & # 8211 explicó durante el curso de la presentación, estos tres objetivos están entrelazados:

“Si se encontraran biofirmas en el material de la superficie, el acceso directo y la exploración de los entornos oceánicos y de agua líquida de Europa sería un objetivo de alta prioridad para la investigación astrobiológica de nuestro Sistema Solar. El océano de Europa albergaría el potencial para el estudio de un ecosistema existente, probablemente representando un segundo origen independiente de la vida en nuestro propio sistema solar. La exploración posterior requeriría vehículos robóticos e instrumentación capaz de acceder a las regiones habitables de agua líquida en Europa para permitir el estudio del ecosistema y los organismos ".

Manasvi Lingam y Abraham Loeb, dos investigadores del Centro Smithsonian de Astrofísica (CfA) y del Instituto de Teoría y Computación (ITC) de la Universidad de Harvard, hicieron argumentos similares. En un estudio de 2018, titulado & # 8220Subsurface Exolife, & # 8221, los dos desafiaron las nociones tradicionales de habitabilidad utilizando las lunas heladas de Júpiter, Saturno y otros gigantes gaseosos como ejemplos.

Como el profesor Loeb resumió este caso para Universe Today por correo electrónico en diciembre de 2017, declarando:

“La noción convencional de habitabilidad planetaria es la zona habitable (HZ), es decir, el concepto de que el“ planeta ”debe estar situado a la distancia correcta de la estrella de manera que pueda tener agua líquida en su superficie. Sin embargo, esta definición asume que la vida: (a) se basa en la superficie, (b) en un planeta que orbita una estrella y (c) se basa en agua líquida (como disolvente) y compuestos de carbono. Por el contrario, nuestro trabajo relaja los supuestos (a) y (b), aunque todavía mantenemos (c) ".

Los científicos determinaron recientemente que una determinada cepa de bacterias terrestres podría prosperar en las condiciones que se encuentran en Encelado. Crédito: NASA / JPL / Space Science Institute

Se revela la complejidad interna de la luna de Saturno, Encelado

Un equipo del Southwest Research Institute desarrolló un nuevo modelo geoquímico que revela que el dióxido de carbono (CO2) desde el interior de Encelado, una luna de Saturno que alberga el océano, puede ser controlada por reacciones químicas en su lecho marino. El estudio de la columna de gases y el rocío marino congelado liberado a través de grietas en la superficie helada de la luna sugiere un interior más complejo de lo que se pensaba anteriormente.

"Al comprender la composición de la columna, podemos aprender cómo es el océano, cómo llegó a ser de esta manera y si proporciona entornos donde la vida tal como la conocemos podría sobrevivir", dijo el Dr. Christopher Glein, autor principal de SwRI. de un papel en Cartas de investigación geofísica resumiendo la investigación. "Se nos ocurrió una nueva técnica para analizar la composición de la pluma para estimar la concentración de CO disuelto2 en el océano. Esto permitió al modelado sondear procesos interiores más profundos ".

El análisis de los datos de espectrometría de masas de la nave espacial Cassini de la NASA indica que la abundancia de CO2 se explica mejor por las reacciones geoquímicas entre el núcleo rocoso de la luna y el agua líquida de su océano subsuperficial. Integrando esta información con descubrimientos previos de sílice e hidrógeno molecular (H2) apunta a un núcleo más complejo y geoquímicamente diverso.

"Según nuestros hallazgos, Encelado parece demostrar un experimento de secuestro de carbono masivo", dijo Glein. "En la Tierra, los científicos del clima están explorando si se puede utilizar un proceso similar para mitigar las emisiones industriales de CO2. Usando dos conjuntos de datos diferentes, derivamos CO2 rangos de concentración que son intrigantemente similares a lo que se esperaría de la disolución y formación de ciertas mezclas de minerales que contienen silicio y carbono en el lecho marino ".

Otro fenómeno que contribuye a esta complejidad es la probable presencia de respiraderos hidrotermales dentro de Encelado. En el fondo del océano de la Tierra, los respiraderos hidrotermales emiten fluidos calientes, ricos en energía y cargados de minerales que permiten que prosperen ecosistemas únicos repletos de criaturas inusuales.

"La interfaz dinámica de un núcleo complejo y el agua de mar podría potencialmente crear fuentes de energía que podrían sustentar la vida", dijo el Dr. Hunter Waite de SwRI, investigador principal del espectrómetro de masas de iones neutros de Cassini (INMS). "Si bien no hemos encontrado evidencia de la presencia de vida microbiana en el océano de Encelado, la evidencia creciente de desequilibrio químico ofrece una sugerencia tentadora de que podrían existir condiciones habitables debajo de la corteza helada de la luna".

La comunidad científica continúa cosechando los beneficios del sobrevuelo cercano de Encelado de Cassini el 28 de octubre de 2015, antes del final de la misión. INMS detectó H2 mientras la nave espacial volaba a través de la columna, y un instrumento diferente había detectado con anterioridad pequeñas partículas de sílice, dos sustancias químicas que se consideran marcadores de procesos hidrotermales.

"Distintas fuentes de CO observado2, sílice y H2 implican ambientes mineralógica y térmicamente diversos en un núcleo rocoso heterogéneo ", dijo Glein." Sugerimos que el núcleo se compone de una capa superior carbonatada y un interior serpentinizado ". Los carbonatos se encuentran comúnmente como rocas sedimentarias como la piedra caliza en la Tierra, mientras que los minerales serpentinos se forman a partir de rocas ígneas del fondo marino ricas en magnesio y hierro.

Se propone que la oxidación hidrotermal del hierro reducido en las profundidades del núcleo crea H2, mientras que la actividad hidrotermal que se cruza con rocas carbonatadas que contienen cuarzo produce fluidos ricos en sílice. Tales rocas también tienen potencial para influir en el CO2 química del océano a través de reacciones a baja temperatura que involucran silicatos y carbonatos en el fondo marino.

"Las implicaciones para la posible vida habilitada por una estructura central heterogénea son intrigantes", dijo Glein. "Este modelo podría explicar cómo los procesos de diferenciación y alteración planetaria crean gradientes químicos (de energía) necesarios para la vida subterránea".


¿Podrían existir biosferas poco profundas bajo los techos helados de las lunas oceánicas?

Especies como los gusanos tubícolas vestimentíferos, Riftia pachyptila, como las que se encuentran cerca de las islas Galápagos, representan los tipos de vida que pueden persistir cerca de las fuentes hidrotermales de aguas profundas. Crédito: Programa Explorador de Okeanos de la NOAA, Expedición al Rift de Galápagos 2011. Crédito: Astrobio.net

La vida extraterrestre podría existir en la parte inferior de las capas heladas de la luna Europa de Júpiter y otros mundos helados gracias a la intersección de la energía química que se eleva desde los respiraderos hidrotermales en el fondo del océano y los oxidantes que se difunden desde la superficie.

Los océanos globales existen ocultos bajo las costras heladas de cuerpos como las lunas de Júpiter Europa, Ganímedes y Calisto, y las lunas de Saturno, Encelado y Titán. A diferencia de los océanos de la Tierra, que son calentados desde arriba por el Sol, estos vastos cuerpos de agua probablemente se calientan desde abajo por respiraderos hidrotermales en el fondo marino.

Una fuente potencial de los componentes clave de la vida en estos océanos ocultos podrían ser las reacciones químicas entre el agua de mar y el fondo marino o los respiraderos hidrotermales. El calor de los respiraderos hidrotermales batiría estas aguas, arrastrando microbios y nutrientes hacia arriba.

Al mismo tiempo, los electrones de alta energía que bombardean las superficies heladas de estos mundos helados desde sus planetas gigantes cercanos generarían sustancias químicas conocidas como oxidantes, que podrían ayudar a los organismos a utilizar moléculas de combustible, al igual que el oxígeno ayuda a la vida en la Tierra a quemar nutrientes para obtener energía. . Batir las costras heladas podría llevar estos oxidantes a los océanos ocultos.

El astrobiólogo Michael Russell del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, y sus colegas sugieren que donde una corteza helada y un océano oculto se encuentran en un mundo helado como Europa, estas dos fuentes de los componentes básicos de la vida podrían unirse y potencialmente apoyar la evolución de la vida. En la parte inferior de la corteza helada de Europa, sugieren que se puede formar una biosfera poco profunda, una red de ecosistemas.

La superficie de Europa es una capa de hielo que cubre un océano global y muestra características sorprendentes. Grietas y crestas largas y lineales atraviesan la superficie, rotas por regiones de terreno interrumpido donde la corteza de hielo de la superficie se ha agrietado y vuelto a congelar en nuevos patrones. Crédito: NASA / JPL-Caltech

"Todos los ingredientes y la energía libre necesarios para la vida están todos concentrados en un solo lugar", dice Russell.

Los científicos detallaron su investigación en un artículo publicado en la revista. Astrobiología.

Los científicos observaron que las capas donde se encuentran el hielo y el agua pueden sustentar una amplia variedad de vida en la Tierra. Anualmente se forman densas comunidades de múltiples especies de algas, bacterias, protistas e incluso invertebrados multicelulares bajo el hielo marino cerca de la Antártida cuando la luz solar abundante alimenta la fotosíntesis de las algas. Además, la escorrentía de los manantiales de yeso sulfurosos en la isla Axel Heiberg en el Alto Ártico canadiense es el hogar de serpentinas de bacterias bajo la capa de nieve y hielo.

Los investigadores sugieren que sus hallazgos podrían ayudar a enfocar la búsqueda de cualquier vida en Europa mediante el uso de robots para explorar la parte inferior de las costras heladas. Añaden que, en Europa, los microbios podrían alcanzar densidades comparables a las esteras microbianas de la Tierra.

"Si encontráramos vida en Europa, eso apoyaría firmemente la teoría de los respiraderos alcalinos submarinos", que sugiere que la vida en la Tierra se originó cerca de los respiraderos hidrotermales alcalinos submarinos, dice Russell.


Una danza orbital puede ayudar a preservar los océanos en mundos helados

Imagen compuesta de color mejorado de Plutón (abajo a la derecha) y su luna más grande Caronte (arriba a la izquierda) tomada por la nave espacial New Horizons de la NASA el 14 de julio de 2015. Plutón y Caronte se muestran con tamaños relativos aproximadamente correctos, pero su verdadera separación no es escalar. Crédito: NASA / JHUAPL / SwRI

El calor generado por la atracción gravitacional de las lunas formadas por colisiones masivas podría extender la vida útil de los océanos de agua líquida debajo de la superficie de grandes mundos helados en nuestro sistema solar exterior, según una nueva investigación de la NASA. Esto amplía enormemente la cantidad de lugares donde se puede encontrar vida extraterrestre, ya que el agua líquida es necesaria para sustentar formas de vida conocidas y los astrónomos estiman que hay docenas de estos mundos.

"Estos objetos deben ser considerados como reservorios potenciales de agua y vida", dijo Prabal Saxena del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, autor principal de la investigación publicada en Icarus el 24 de noviembre. "Si nuestro estudio es correcto, ahora puede haber más lugares en nuestro sistema solar que posean algunos de los elementos críticos para la vida extraterrestre ".

Estos mundos gélidos se encuentran más allá de la órbita de Neptuno e incluyen a Plutón y sus lunas. Se les conoce como objetos transneptunianos (TNO) y son demasiado fríos para tener agua líquida en sus superficies, donde las temperaturas son inferiores a 350 grados bajo cero Fahrenheit (menos de 200 grados Celsius). Sin embargo, existe evidencia de que algunos pueden tener capas de agua líquida debajo de sus costras heladas. Además de las densidades aparentes que son similares a otros cuerpos que se sospecha tienen océanos subterráneos, un análisis de la luz reflejada por algunos TNO revela firmas de hielo de agua cristalina e hidratos de amoníaco. A las temperaturas extremadamente bajas de la superficie de estos objetos, el hielo de agua toma una forma desordenada y amorfa en lugar de los cristales ordenados regularmente típicos en áreas más cálidas, como los copos de nieve en la Tierra. Además, la radiación espacial convierte el hielo de agua cristalina en forma amorfa y descompone los hidratos de amoníaco, por lo que no se espera que sobrevivan mucho tiempo en las superficies de TNO. Esto sugiere que ambos compuestos pueden provenir de una capa interior de agua líquida que estalló en la superficie, un proceso conocido como criovolcanismo.

La mayor parte del calor de larga duración dentro de los TNO proviene de la desintegración de los elementos radiactivos que se incorporaron a estos objetos a medida que se formaban. Este calor puede ser suficiente para derretir una capa de la corteza helada, generando un océano subterráneo y quizás manteniéndolo durante miles de millones de años. Pero a medida que los elementos radiactivos se descomponen en elementos más estables, dejan de liberar calor y el interior de estos objetos se enfría gradualmente, y cualquier océano subsuperficial eventualmente se congelará. Sin embargo, la nueva investigación encontró que la interacción gravitacional con una luna puede generar suficiente calor adicional dentro de un TNO para extender significativamente la vida útil de un océano subterráneo.

La órbita de cualquier luna evolucionará en una "danza" gravitacional con su objeto padre para lograr el estado más estable posible: circular, alineado con el ecuador de su padre, y con la luna girando a una velocidad en la que el mismo lado siempre mira hacia su padre. Las grandes colisiones entre objetos celestes pueden generar lunas cuando el material entra en órbita alrededor del objeto más grande y se fusiona en una o más lunas bajo su propia gravedad. Dado que las colisiones ocurren en una gran variedad de direcciones y velocidades, es poco probable que produzcan lunas con órbitas perfectamente estables inicialmente. A medida que una luna generada por una colisión se ajusta a una órbita más estable, la atracción gravitacional mutua hace que los interiores del mundo padre y su luna nueva se estiren y relajen repetidamente, generando una fricción que libera calor en un proceso conocido como calentamiento de las mareas.

Imagen compuesta de Wright Mons, uno de los dos criovolcanes potenciales detectados en la superficie de Plutón por la nave espacial New Horizons en julio de 2015. Crédito: NASA / JHUAPL / SwRI

El equipo utilizó las ecuaciones para el calentamiento de las mareas y calculó su contribución al "balance de calor" para una amplia variedad de sistemas TNO-lunares descubiertos e hipotéticos, incluido el sistema Eris-Dysnomia. Eris es el segundo más grande de los TNO conocidos actualmente después de Plutón.

"Descubrimos que el calentamiento de las mareas puede ser un punto de inflexión que puede haber conservado océanos de agua líquida debajo de la superficie de grandes TNO como Plutón y Eris hasta el día de hoy", dijo Wade Henning de NASA Goddard y la Universidad de Maryland, College Park. coautor del estudio.

"Fundamentalmente, nuestro estudio también sugiere que el calentamiento de las mareas podría hacer que los océanos profundamente enterrados sean más accesibles para futuras observaciones al acercarlos a la superficie", dijo Joe Renaud de la Universidad George Mason, Fairfax, Virginia, coautor del artículo. "Si tiene una capa de agua líquida, el calor adicional del calentamiento de las mareas haría que la siguiente capa adyacente de hielo se derrita".

Aunque el agua líquida es necesaria para la vida, no es suficiente por sí sola. La vida también necesita un suministro de componentes químicos y una fuente de energía. En las profundidades del océano en la Tierra, ciertos lugares geológicamente activos tienen ecosistemas completos que prosperan en la oscuridad total porque los respiraderos hidrotermales llamados "fumadores negros" suministran los ingredientes necesarios en forma de sustancias químicas ricas en energía disueltas en agua sobrecalentada. El calentamiento de las mareas o el calor de la desintegración de los elementos radiactivos podrían crear tales respiraderos hidrotermales, según el equipo.

The team would like to develop and use even more accurate models of tidal heating and TNO interiors to determine how long tidal heating can extend the lifetime of a liquid water ocean and how the orbit of a moon evolves as tidal heating dissipates energy. The team would also like to discover at what point a liquid water ocean forms whether it forms almost immediately or if it requires a significant buildup of heat first.


Worlds with underground oceans could be more conducive to life than Earth

Researchers from the Southwest Research Institute have put forward a new theory that says worlds with underground oceans could be more conducive to life than planets like Earth with surface oceans. The researcher says one of the most significant discoveries in planetary science in the last quarter decade has been worlds with oceans beneath layers of rock and ice are common in the solar system.

Worlds of the sort include icy moons like Europa, Titan, Enceladus, and distant bodies like Pluto. Researcher S. Allen Stern wrote in his research that the prevalence of interior water ocean worlds in our solar system suggests they are likely to be prevalent in other star systems as well. He believes the presence of interior water oceans vastly expands the conditions for planetary habitability and biological survival over time.

It’s known that planets like Earth with oceans on their surface have to be within a narrow range of distances from the host star to maintain temperatures required for the liquid oceans on their surface. However, worlds with interior water oceans can be found across a much wider range of distances from their stars. This dramatically increases the number of potentially habitable worlds likely to exist around the galaxy.

Stern also believes that planets like Earth with surface oceans are more subject to threats to life that could develop from asteroids and comets, solar flares spewing dangerous radiation, and nearby supernova explosions, among others. Interior water ocean worlds would be impervious to this sort of threat because oceans are protected by a roof of ice and rock, often several to many tens of kilometers thick. This makes the interior water ocean worlds better suited to provide environmental stability and less likely to suffer threats to life from their atmosphere, star, or solar system.

Stern also notes that the layers of rock and ice that protect these interior oceans also conceal life from being detected by virtually all astronomical techniques available to scientists today. Stern also believes that interior water ocean worlds could help crack the so-called Fermi Paradox by answering questions about why we don’t see obvious evidence of life in the universe.


Jupiter’s Moon Ganymede May Have Oceans and Ice Stacked Up in Multiple Layers

This artist’s concept of Jupiter’s moon Ganymede, the largest moon in the solar system, illustrates the “club sandwich” model of its interior oceans. Scientists suspect Ganymede has a massive ocean under an icy crust. Image Credit: NASA/JPL-Caltech

New research based on laboratory experiments shows that Jupiter’s moon Ganymede may have oceans and ice stacked up in multiple layers like a club sandwich.

The largest moon in our solar system, a companion to Jupiter named Ganymede, might have ice and oceans stacked up in several layers like a club sandwich, according to new NASA-funded research that models the moon’s makeup.

Previously, the moon was thought to harbor a thick ocean sandwiched between just two layers of ice, one on top and one on bottom.

“Ganymede’s ocean might be organized like a Dagwood sandwich,” said Steve Vance of NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California, explaining the moon’s resemblance to the “Blondie” cartoon character’s multi-tiered sandwiches. The study, led by Vance, provides new theoretical evidence for the team’s “club sandwich” model, first proposed last year. The research appears in the journal Planetary and Space Science.

The results support the idea that primitive life might have possibly arisen on the icy moon. Scientists say that places where water and rock interact are important for the development of life for example, it’s possible life began on Earth in bubbling vents on our sea floor. Prior to the new study, Ganymede’s rocky sea bottom was thought to be coated with ice, not liquid — a problem for the emergence of life. The “club sandwich” findings suggest otherwise: the first layer on top of the rocky core might be salty water.

“This is good news for Ganymede,” said Vance. “Its ocean is huge, with enormous pressures, so it was thought that dense ice had to form at the bottom of the ocean. When we added salts to our models, we came up with liquids dense enough to sink to the sea floor.”

NASA scientists first suspected an ocean in Ganymede in the 1970s, based on models of the large moon, which is bigger than Mercury. In the 1990s, NASA’s Galileo mission flew by Ganymede, confirming the moon’s ocean, and showing it extends to depths of hundreds of miles. The spacecraft also found evidence for salty seas, likely containing the salt magnesium sulfate.

Previous models of Ganymede’s oceans assumed that salt didn’t change the properties of liquid very much with pressure. Vance and his team showed, through laboratory experiments, how much salt really increases the density of liquids under the extreme conditions inside Ganymede and similar moons. It may seem strange that salt can make the ocean denser, but you can see for yourself how this works by adding plain old table salt to a glass of water. Rather than increasing in volume, the liquid shrinks and becomes denser. This is because the salt ions attract water molecules.

The models get more complicated when the different forms of ice are taken into account. The ice that floats in your drinks is called “Ice I.” It’s the least dense form of ice and lighter than water. But at high pressures, like those in crushingly deep oceans like Ganymede’s, the ice crystal structures become more compact. “It’s like finding a better arrangement of shoes in your luggage — the ice molecules become packed together more tightly,” said Vance. The ice can become so dense that it is heavier than water and falls to the bottom of the sea. The densest and heaviest ice thought to persist in Ganymede is called “Ice VI.”

By modeling these processes using computers, the team came up with an ocean sandwiched between up to three ice layers, in addition to the rocky seafloor. The lightest ice is on top, and the saltiest liquid is heavy enough to sink to the bottom. What’s more, the results demonstrate a possible bizarre phenomenon that causes the oceans to “snow upwards.” As the oceans churn and cold plumes snake around, ice in the uppermost ocean layer, called “Ice III,” could form in the seawater. When ice forms, salts precipitate out. The heavier salts would thus fall downward, and the lighter ice, or “snow,” would float upward. This “snow” melts again before reaching the top of the ocean, possibly leaving slush in the middle of the moon sandwich.

“We don’t know how long the Dagwood-sandwich structure would exist,” said Christophe Sotin of JPL. “This structure represents a stable state, but various factors could mean the moon doesn’t reach this stable state.

Sotin and Vance are both members of the Icy Worlds team at JPL, part of the multi-institutional NASA Astrobiology Institute based at the Ames Research Center in Moffett Field, California.

The results can be applied to exoplanets too, planets that circle stars beyond our sun. Some super-Earths, rocky planets more massive than Earth, have been proposed as “water worlds” covered in oceans. Could they have life? Vance and his team think laboratory experiments and more detailed modeling of exotic oceans might help find answers.

Ganymede is one of five moons in our solar system thought to support vast oceans beneath icy crusts. The other moons are Jupiter’s Europa and Callisto and Saturn’s Titan and Enceladus. The European Space Agency is developing a space mission, called JUpiter ICy moons Explorer or JUICE, to visit Europa, Callisto and Ganymede in the 2030s. NASA and JPL are contributing to three instruments on the mission, which is scheduled to launch in 2022.

Other authors of the study are Mathieu Bouffard of Ecole Normale Supérieure de Lyon, France, and Mathieu Choukroun, also of JPL and the Icy World team of the NASA Astrobiology Institute. JPL is managed by the California Institute of Technology in Pasadena for NASA.