¿Qué tienen que hacer las lunas congeladas extremas en el sistema solar y el comportamiento del agua rebelde? Esto es lo que los científicos de la Universidad de Sheffield en Inglaterra querían saber. Entonces, simularon las condiciones en Europa y Encelado en el laboratorio. Europa Orbit Orbit Júpiter y Enceladus círculos Saturno. Ambos tienen superficies congeladas y océanos interiores de agua salada. Ese agua juega un papel importante en el fortalecimiento y la remodelación de estas lunas congeladas. Ese proceso se llama criovolcanismo y muestra que el agua se comporta de una manera muy diferente «en comparación» en comparación con aquí en la Tierra, donde se congela por debajo de 0 ° C y burbujas por encima de 100 C.
El criovolcanismo afecta a los mundos congelados
Aquí en la Tierra, vemos el volcanismo como el flujo (o distribución) de la lava derretida (y sus nubes asociadas de gas y roca) a través de (y debajo) de la superficie. Resulta que el hielo de agua puede hacer acciones similares en las condiciones correctas. Esto se llama criovolcanismo y el científico planetario Paul Geissler lo ha definido como «la erupción de las fases líquidas o de vapor (con o sin sólidos arrastrados) de agua u otras aves que se congelarían a la temperatura normal de la superficie del satélite congelado».
Esencialmente, el criovolcanismo «redistribuye» el agua, el amoníaco y el metano desde el interior de un mundo congelado a su superficie y más allá. Europa y Encelado son dos excelentes ejemplos de criovolcanismo en el sistema solar externo. También lo vemos en otros mundos congelados como Ganimede, Callisto, Triton y Plutón. El proceso requiere temperaturas increíblemente frías. Encelado, por ejemplo, tiene una temperatura superficial de -193 C. El géiser de agua envía vapor de agua y partículas de hielo al espacio desde las profundidades debajo de la superficie en un ejemplo de criovolcanismo explosivo. En Europa, las temperaturas de la superficie varían de -160 C a 220 C, lo que transforma la superficie dura Citi como la roca.
Encelado es una luna helada en órbita Saturno. Tiene un océano interno debajo de una superficie congelada. La acción del agua se traduce en criovolcanismo en este mundo. Los científicos quieren comprender cómo los entornos de baja presión hacen que el agua se comporte de tal manera que traiga una acción criovolcánica. Para la amable concesión de la NASA.
Además del explosivo criovolcanismo, hay otra forma llamada criovolcanismo efusivo. En ese proceso, el hielo fluye como la lava, en lugar de explotar desde debajo de la superficie. Esta es la forma que el equipo de Sheffield, dirigido por Petr Broz, quería entender, ya que parece que el agua se congela y hierve a diferentes temperaturas, trayendo al criovolcanismo que vemos. Querían saber en particular cómo podría ocurrir el volcanismo efusivo. Por lo tanto, crearon una simulación de cómo actúa el agua en un entorno de baja temperatura y casi avacuo como el de las lunas congeladas externas.
Construyendo un simulador de criovolcanismo
El equipo usó una sala de baja presión apodada «George» y probó el medio ambiente filmando grandes cantidades de agua que fluían a través del dispositivo. Bajaron la presión en el punto donde el agua comenzó burbujas y burbujas, incluso a baja temperatura. Este es el comportamiento «rebelde» del agua. Esperarías que no hierva ni burbujee, pero lo hizo. El ebullición ha creado un vapor de agua, que continuó enfriando el agua. Fue entonces cuando el equipo vio piezas de hielo comenzar a formarse en agua hirviendo. Al final, se formó una superficie helada y sorprendentemente, el agua subyacente continuó herviendo, según el miembro del equipo de Frances Butcher.
«Si el hielo fuera más fuerte, probablemente sellaría el agua líquida debajo y evitaría más ebulliciones. Pero nuestros experimentos muestran que cuando el agua hierve, el gas que se libera está atrapado debajo de la corteza congelada», dijo Butcher. «La presión se construye, las grietas de hielo, el escape de gas y el agua líquida pueden penetrar brevemente a través de las grietas en la superficie del hielo: solo para ser expuesto al entorno de baja presión nuevamente. Tan pronto como aparecen nuevas fracturas, el agua comienza a hervir nuevamente y todo el proceso se repite».
La simulación con George mostró que el proceso de congelación del agua cambia drásticamente a baja presión, explicó Broz. «En tales condiciones, el agua hierve rápidamente incluso a bajas temperaturas, ya que no es estable de baja presión», dijo. «Al mismo tiempo, se evapora y comienza a congelarse, guiado por el intenso efecto de enfriamiento causado por la evaporación en sí. La corteza de hielo de que las formas se interrumpen repetidamente por las burbujas de vapor, que levantan y fracturan el hielo, disminuyen significativamente, lo que complica y prolonga el proceso de congelación».
Aplicar la simulación de George a los mundos externos
Este conjunto de experimentos debería ayudar a los científicos planetarios en la búsqueda de otros sitios criovolcánicos en el sistema solar externo. Esto se debe a que el experimento mostró que las burbujas crecientes también deformaron la capa de hielo que acababa de formarse en la habitación. El resultado fue una corteza de hielo irregular con protuberancias y crestas, probablemente similar a las superficies de lunas de hielo distantes y otros objetos en el sistema solar.
Según Manish Patel, miembro del equipo y profesor de ciencias planetarias, los efectos de la superficie podrían ser fácilmente identificables. «Estas irregularidades topográficas, causadas por el vapor atrapado debajo del hielo, también podrían dejar firmas distintas que podrían ser detectables por medio de orbitaciones espaciales, por ejemplo, por aquellos equipados con radar, ofreciendo una nueva forma potencial de identificar la antigua actividad criovolcánica», dijo. «Esto podría proporcionar valiosas indicaciones para la planificación de misiones futuras a estos mundos remotos y ayudarnos a comprender mejor el juicio aún misterioso del criovolcanismo».
Los científicos de la misión de New Horizons han determinado que lo más probable es que la actividad criovolcánica haya creado estructuras únicas en Plutón aún no vistos por ninguna otra parte del sistema Sun. La cantidad de material requerido para crear las formaciones sugiere que su estructura interna ha mantenido el calor en cierto punto de su historia, permitiendo que los materiales ricos en agua acumulen y resurgan a la región a través de los procesos criovolcánicos. Los peligros superficiales y atmosféricos de Plutón se muestran aquí en la escala de Greeeys, con una interpretación artística de cómo los procesos volcánicos pasados pueden haber funcionado superpuestos en azul. NASA/Johns Hopkins University Apliced Física Laboratorio/Instituto de Investigación del Suroeste/Isaac Herrera/Kels Singer
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