Descubre la luna más volcánica del sistema solar: Ío, de Júpiter, tiene volcanes, lava y un drama cósmico
Esta imagen, que revela la región polar norte de Ío, la luna de Júpiter, fue tomada el 15 de octubre de 2023 por la cámara JunoCam a bordo de la sonda Juno de la NASA. Dado que las altas latitudes no estaban bien cubiertas por las imágenes captadas por las misiones Voyager y Galileo de la NASA, tres de los picos que se observan aquí fueron vistos por primera vez. Estas montañas se aprecian en la parte superior de la imagen, cerca del terminador (la línea que divide el día y la noche).
La luna plateada de la Tierra es impresionante en muchos sentidos, pero no se compara con las de los planetas gigantes gaseosos del sistema solar. Estas lunas son mundos en sí mismas. Algunas, como Europa o Encélado, poseen espectaculares océanos de agua líquida, quizás incluso habitables. Y luego está Ío, la luna de Júpiter.
Ío es el objeto más volcánico conocido por la ciencia. Un orbe de color rojizo, sus mares rocosos de lava son más grandes que ciudades y sus columnas eruptivas se arquean en el cielo como paraguas infernales. Sin embargo, hasta ahora, los científicos desconocían casi por completo la historia de Ío, incluyendo cuánto tiempo lleva siendo tan volcánica. El vulcanismo de Ío implica que la luna renueva su superficie cada millón de años.
Todos los mundos son dinámicos, y aquellos con actividad geológica activa cambian, a veces de forma extrema. La Tierra, por ejemplo, era muy diferente de su forma actual. ¿E Ío? ¿Siempre fue un infierno de fuego?
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Para averiguarlo, los astrónomos estudiaron la química de su atmósfera para calcular cuánto tiempo podrían haber tardado innumerables erupciones en modificar su composición desde un punto de partida ancestral.
Sin embargo, tal como informaron hoy en la revista Science, Ío parece haber estado en erupción de forma más o menos continua durante miles de millones de años, quizás incluso 4500 millones de años, o desde que existe el propio sistema solar. En otras palabras, Ío es volcánicamente hiperactiva desde que el Sol brilla.
Estas imágenes compuestas que muestran la actividad volcánica en Ío se generaron utilizando datos de luz visible e infrarroja recopilados por la sonda Juno de la NASA durante sus sobrevuelos de la luna joviana el 14 de diciembre de 2022 (izquierda) y el 1 de marzo de 2023. En ambas imágenes, la vista de la luna (en tonos grises y marrones moteados) proviene de la cámara JunoCam. Las superposiciones en rojo, amarillo y blanco brillante corresponden a datos del instrumento JIRAM (Jovian Infrared Auroral Mapper) de la sonda. Estas imágenes con anotaciones permiten al equipo científico de Juno comprender mejor la ubicación y las variaciones de los volcanes activos en la superficie lunar.
“¡Estamos viendo a Ío tal como siempre fue!”, afirma Jani Radebaugh, geóloga planetaria de la Universidad Brigham Young, quien no participó en el nuevo estudio. Esto convierte a Ío en una especie de máquina del tiempo, cuyo inquebrantable motor térmico, impulsado por las mareas gravitacionales, puede revelarnos información sobre mundos cercanos y lejanos.
“Ese proceso se da en todo el sistema solar, así como en los exoplanetas”, comenta Katherine de Kleer, astrónoma planetaria de Caltech y autora principal del estudio. “Estudiamos Ío para comprender mejor este proceso universal”.
Un paraíso volcánico en la luna Ío de Júpiter
Desde una perspectiva humana, el sistema solar puede no parecer tan cambiante, pero sin duda lo es a escala astronómica. Por ejemplo, en los últimos años, los científicos descubrieron que los icónicos anillos de Saturno no eran permanentes, sino formaciones recientes: se crearon hace unos cientos de millones de años y desaparecerán en un tiempo similar.
Por lo tanto, es posible que Ío no siempre haya sido el volcán dominante que es hoy. Pero para averiguarlo, debemos comprender cómo funciona su vulcanismo y por qué es tan espectacular.
En 1979, dos importantes hitos científicos sentaron las bases: la nave espacial Voyager 1 de la NASA sobrevoló el sistema joviano y fotografió enormes columnas de materia volcánica que se elevaban sobre la superficie de Ío, y un equipo independiente de científicos calculó que Ío podría poseer una fuente de calor potente, pero inusual.
Esa predicción matemática surgió de las extrañas órbitas de Europa y Ganímedes, dos lunas cercanas a Ío. Cada vez que Ganímedes completa una órbita alrededor de Júpiter, Europa completa dos, e Ío cuatro. Este ritmo, conocido como resonancia, altera la órbita de Ío, dándole una forma más elíptica que circular.
Cuando Ío se encuentra más cerca de Júpiter en su órbita irregular, experimenta una atracción gravitatoria más fuerte; cuando está más lejos, la atracción gravitatoria de Júpiter es un poco más débil. Esto provoca mareas en Ío similares a las que la Luna produce en los mares y océanos del planeta Tierra. Pero en este caso, las mareas son tan fuertes que la superficie de Ío se eleva y desciende 100 metros, un tamaño comparable al de un pequeño rascacielos.
Todo ese movimiento genera mucha fricción, lo que produce una cantidad asombrosa de calor. Dentro de Ío, ese calor funde una cantidad considerable de roca, creando posiblemente un océano de magma. Y eso alimenta erupciones realmente feroces en su superficie, que a menudo toman la forma de ríos de lava serpenteantes, más largos que la mayoría de los ríos terrestres, imponentes columnas de lava rica en azufre y calderos de roca líquida que actúan como portales al inframundo de Ío.
“Es impresionante”, asegura de Kleer. “Tiene volcanes que nos permiten ver lo que ocurre en el interior de la luna, algo que normalmente no podemos hacer”.
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La naturaleza extrema de su vulcanismo no se limita a las erupciones. Además de compuestos de azufre, expulsa gases formados por cloruro de sodio y potasio. En la Tierra, se usan para sazonar nuestros alimentos. “Es como el gas de la sal de mesa que emana de los volcanes”, comenta de Kleer.
Gran parte del material expulsado por su erupción puede ser lanzado a través de la tenue atmósfera de Ío hacia el espacio. Allí, se mezcla con la luz solar, se excita eléctricamente y cae en la atmósfera magnetizada de Júpiter, donde explota en forma de poderosas auroras: la versión del gigante gaseoso de las auroras boreales y australes de la Tierra.
La energía interna de Ío: el motor volcánico de la luna de Júpiter
La fuente de calor de Ío, un mecanismo conocido como calentamiento de marea, es la responsable última de toda esta magia planetaria. Los científicos querían saber si ese calentamiento de marea siempre había existido en la luna. Pero, debido a su intensa actividad volcánica, sus flujos de lava cubrieron rápida y repetidamente su superficie, sepultando cualquier evidencia de antiguos procesos geológicos.
“No es posible observar la superficie de Ío y decir algo sobre lo que ocurrió hace más de un millón de años”, indica de Kleer. Por eso, ella y su equipo adoptaron un enfoque diferente y observaron sus cielos.
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Ío pierde hasta tres toneladas de material por segundo hacia el espacio debido a la desgasificación volcánica y la erosión atmosférica. “Podría decirse que Ío está perdiendo masa como un cometa”, explica Apurva Oza, astrofísico planetario del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, quien no participó en el estudio.
Con el tiempo, esto significaría que las erupciones actuales de Ío estarían relativamente enriquecidas en versiones más pesadas (isótopos) de diversos elementos químicos que en versiones más ligeras, ya que los isótopos más ligeros en la atmósfera superior pueden escapar más fácilmente al espacio. Si el equipo pudiera medir las proporciones actuales de isótopos pesados y ligeros en la atmósfera, podrían calcular cuánto tiempo le habría tomado a Ío llegar a ese estado a partir de un reservorio original de compuestos subterráneos, pero eruptivos, dentro de Ío.
Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en Chile para observar los gases en la atmósfera de Ío, principalmente azufre, el equipo de de Kleer logró precisamente eso. También estimaron la reserva "original" de isótopos más pesados y ligeros de la luna mediante el uso de meteoritos antiguos, que conservan un registro de la composición química promedio de la era primigenia del sistema solar, entre otras cosas.
Descubrieron que la alta proporción de isótopos de azufre más pesados en la atmósfera jónica actual sugiere que Ío perdió entre el 94 y el 99 por ciento de su reserva original de azufre. Y la única explicación lógica, que además concuerda con los modelos preexistentes de la evolución de Júpiter y sus lunas interiores, es que Ío estuvo en erupción durante al menos 4500 millones de años.
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La danza orbital de Júpiter y cómo impulsa la volcanismo de la luna Ío
“La dinámica orbital de los satélites planetarios puede volverse muy caótica”, asegura James Tuttle Keane, científico planetario del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, quien no participó en el nuevo estudio. Las lunas pueden entrar y salir de órbitas estables, a veces colisionando o incluso siendo expulsadas del sistema solar.
Pero parece que Ío, Ganímedes y Europa estuvieron orbitando de manera similar durante miles de millones de años, y “la Ío que vemos hoy es de alguna manera representativa de Ío a lo largo de su larga historia”, dice Keane.
Eso es extraordinario en sí mismo, pero también tiene implicaciones para Europa, la vecina de Ío. No solo tiene un océano de agua líquida bajo su capa de hielo, sino que se cree que se mantiene cálido y líquido gracias al calentamiento de las mareas. Esto significa que si Ío tuvo actividad volcánica durante miles de millones de años, el océano de Europa podría ser igualmente primigenio.
“Quizás esto tenga implicaciones para la historia a largo plazo de la habitabilidad de Europa”, comenta de Kleer. Aún no se sabe si este océano alberga vida. Pero, de ser así, debe su existencia a la misma fuerza eterna que hace que Ío arda con fuego volcánico.
