Ciencias Planetarias y Astrobiología : DIEZ RESULTADOS CIENTÍFICOS EN ENCELADO EFECTUADOS POR CASSINI

Por: Miguel Angel Pinilla Ferro

El pasado 28 de octubre la sonda espacial Cassini realizó uno de los sobrevuelos más importantes y más cercanos sobre la superficie de Encelado. Acercadonse lo suficiente, la nave paso por encima de los chorros de los geisers que se suceden hacia el polo sur del satélite, realizando uno de los registros más detallados de la composición química de los penachos que salen disparados desde el interior del océano global de este satélite. Haciendo uso del Ultraviolet Imaging Spectrograph (UVIS) y del Cosmic Dust Analyzer (CDA) logró realizar un estudio de la composición del fino polvo que es arrojado al medio intergalactico y que es aporte fundamental en la conformación del anillo E de Saturno. Pero veamos un poco cuales han sido los principales descubrimientos que ha realizado Cassini desde que fue lanzado en 1997.

1. La plumas de los geisers del polo sur y su impacto en el sistema de anillos de Saturno.

El descubrimiento de la altas plumas que se suceden hacia el polo Sur de Encelado son uno de los hechos más interesantes porque se comprobó que todo el aporte de material era llevado por el Efecto Poynting-Robertson hacia el anillo E de Saturno. Pero, ¿Porqué ocurre esto? Debido a la influencia del viento solar, el polvo navega siguiendo un patrón en espiral y ajustándose a las tensiones gravitatorias. Las distintas perturbaciones ocasionadas por las resonancias efectuadas por Mimas y Tetis le dan estabilidad al sistema, pero también los efectos debidos a la densidad y viscosidad del minúsculo material particulado le otorgan ese efecto la acumulación y saturación característica del anillo.

2. Evidencias de fuentes hidrotermales.

Un descubrimiento importante es que el interior de Encelado es mucho más caliente de lo que se piensa, es decir, que no solo hace falta una fuerte interacción con otros cuerpos para crear fuerzas de marea que calienten el núcleo de este satélite, sino que existe un susceptible aporte de acumulación de isotopos radioactivos hacia el interior de esta Luna que incrementan la temperatura, o tal vez otro mecanismo hasta ahora desconocido que le aporta esa increíble e intensa actividad geotérmica. Este aporte o incremento de la temperatura obliga a inferir la posibilidad de fuentes hidrotermales en el fondo del océano global; una de las principales evidencias indirectas, es que recientemente la sonda espacial Cassini haciendo uso de su instrumento científico Cosmic Dust Analyzer (CDA), ha logrado analizar las finísimas partículas de hielo que componen el anillo E de Saturno y que provienen de las emisiones de los geiseres de encelado. Un análisis detallado de este polvo ha logrado evidenciar una composición de dióxido de silicio. Estas partículas poseen un tamaño minúsculo -del orden de nanometros- tuvieron que haberse formado a profundidades muy grandes y con temperaturas muy altas. Y esto es así, porque tal y como en la tierra los procesos hidrotermales se producen cuando la interacción del agua salada es sobresaturada con sílice y es expulsada en forma material particulado de dióxido de silicio.

3. Detección de un Océano global bajo la gélida corteza de Encelado

Poco a poco la sonda espacial Cassini a venido recolectando pruebas que indican que bajo la corteza congelada de Encelado existe un océano Global. Una de ellas es la evidencia de que el material que expulsan los geisers ubicados hacia el polo sur es fundamentalmente Agua. También evaluando los efectos de inercia producidos por la resonancia orbital creada por saturno y dione, se ha logrado determinar que existe un material que es mucho mas denso que la corteza congelada superior, donde esta gira mucho más rápido que el nucleo Encelado. La importancia de un océano global en Encelado tiene implicaciones astrobiologicas interesantes, porque estamos hablando del diluyente principal en la reacción de los componentes primarios para la constitución de un ambiente prebiotico, y porque obviamente tenemos un aporte de moléculas orgánicas complejas en superficie en interacción con fuentes hidrotermales.

4. El pH del Océano global de Encelado.

Si tuviéramos la oportunidad de probar el océano global de encelado, lo más probable es que tuviera una igual o mayor saturación de sales que los océanos de la tierra. Una de las variables más importantes para hacerse una idea de la química que gobierna una determinada solución es su pH. Obviamente todavía no podemos realizar medidas directas de ello en Encelado, lo que sí podemos hacer es un estudio indirecto de la saturación de dióxido de carbono en los chorros de los geiseres realizados por el espectrometro INMS (Ion and Neutral Mass Spectrometer). A partir de esto se ha logrado concluir que el pH de Encelado esta del orden de 11 o 12, esto quiere decir, una alta alcalinidad. Hay que tener en cuenta que el pH de los océanos de la tierra ronda un parámetro de 8, esto quiere decir que la alta alcalinidad del océano en encelado sería igual o superior a las que se tienen en las fumarolas en el fondo de los océanos de la tierra. ¿Que probabilidad existe parque se asienten o creen moléculas orgánicas en fumarolas hidrotermales con tal saturación de sales? El panorama prebiotico que se cierne a la luz del ambiente geoquimico en Encelado se torna más que exótico y llamativo.

5. Encelado posee una estructura interna diferenciada

La orientación principal de los casi 100 geisers que se han descubierto en la superficie de Encelado siguen el patrón de las famosas "rayas de tigre" que se ubican principalmente hacia el polo sur. Estas cuatro grandes fracturas con los nombres de Alexandria Sulcus, Cairo Sulcus, Bagdad Sulcus y Damascus Sulcus, marcan los principales rasgos geomorfologicos de la gélida corteza, y que albergan la mayoria de geisers actualmente activos. También una serie de fracturas claramente diferenciadas se extienden hacia el polo norte de la luna, y toda una gama de accidentes propios del movimiento de las grandes masas de hielo configuran la superficie. Esta constante renovación permite inferir una superficie relativamente joven y en constante interacción. Un océano global se extiende alrededor del satélite debajo de la corteza congelada cuyas potencialidades apuntan a la creación de ambientes prebioticos idóneos para la vida. Y un nucleo poroso, es decir, no masivo, esto implica que la interacción de las masas de agua con la porosidad del interior rocoso es mucho más extensa. En otras su nucleo es mucho más permeable a líquidos y gases debido al pequeño tamaño de Encelado.

6. Moléculas orgánicas en los chorros de los geisers de Encelado

Sí frente a la existencia de un océano global y fuentes hidrotermales en el fondo, le sumamos un aporte significativo de material orgánico en superficie podemos afirmar que el ambiente prebiotico que se constituye en Encelado es mucho más que potencial. La evidencia científica está dada a partir de los análisis efectuados en anteriores oportunidades con el instrumento científico Cosmic Dust Analyzer (CDA), ese ha logrado evidenciar la existencia de moléculas orgánicas que son expulsadas por los chorros criogénicos de los geisers de encelado. Sus consecuencias son más interesantes, porque estaríamos hablando de emisiones de parte de Encelado viajando desde hace millones de años alrededor del sistema solar. Sus implicaciones le dan otro alcance al aporte de material orgánico desde otros cuerpos distintos a los cometas

7. El cuerpo del sistema solar con la más alta densidad de geisers en el sistema solar

Todavía no se ha logrado obtener una explicación certera que de cuenta de la existencia y densidad de geisers hacia el polo Sur de Encelado. Los primeros acercamientos indican, como ya habíamos dicho, que las fuerzas de interacción gravitacional que tienen saturno y dione, obligan al calentamiento de las diferentes capas constitutivas del interior de Encelado, dando como resultado del incremento de la actividad interna como superficial. El origen de las cuatro grandes fisuras o "rayas de tigre" serían el resultado de cuatro grandes efectos. 1. El pequeño tamaño de Encelado (500 km de diámetro) obliga a una interacción más eficiente de las diferentes capas del nucleo diferenciado. 2. La porosidad del núcleo de Encelado permite que existan interacciones propias asociadas a las composiciones geoquimicas del material que constituye el interior de encelado y sus efectos con la corteza exterior. 3. Que las tensiones de mareas asociadas a resonancia orbital son un aporte significativo pero no total a la creación del aspecto actual de Encelado, y 4. Que la influencia de la radiación solar según Saturno este en su afelio o perihelio, tienen una influencia en los diferentes periodos de activación de determinados geisers en la superficie de encelado.

8. Los "puntos calientes" de las "rayas de tigre": Baghdad Sulcus

Cuando se habla de "puntos calientes" no se esta haciendo relación a lugares donde la temperatura sea tan alta, tal y como cuando se evapora el agua en la tierra. Sino a lugares donde hay un incremento significativo de la temperatura frente a la que existe en el entorno, es el caso de la gran fisura Baghdad Sulcus. Que es una de la grandes zanjas téctonicas donde se ubican los geisers en Encelado, y según las mediciones realizadas por el Espectrometro CIRS a bordo de Cassini se ha permitido detallar unos 200°K, frente a los 50°K que estan en el entorno (esto quiere decir, unos -223C bajo cero).

Detalle de las temperaturas de Baghdad Sulcus comparado con las otras “rayas” del polo sur (CIRS/NASA/JPL).

9. Criovulcanismo: Mas allá del magma

Cuando más lejos estamos de la influenica de la radiación solar, las variables termodinámicas que afectan un sistema cambian de manera radical el entorno, y sus interacciones tienen trascendentales consecuencias para el comportamiento de las rocas y los minerales. Es el caso de cuerpos rocosos que esta ubicados a mas de 20 unidades astronómicas. Encelado no es la excepción, con una temperatura promedio de 75°K, se convierte en uno de los cuerpos rocosos más helados del sistema solar, detrás de tritón y Plutón. Esta baja temperatura hace que los elementos químicos que aquí en la tierra se comportan como gases allí tengan estado sólido. Con una composición superficial de un 80 % de hielos de agua y nitrógeno y trazas de metano. Encelado tambien ofrece interacciones de tensiones gravitatorias con sus vecinas lunas y su planeta huésped que hacen de él todo un sistema dinámico, donde la fricción de su núcleo interno con las otras capas constitutivas incrementan la temperatura, haciendo que fuentes de chorros de agua salgan disparados hacia el espacio exterior en forma de geisers, a esto se le llama criovulcanismo. Que es una forma de "vulcanismo" donde el agua o el hielo se comportan como lo haría el magma de los volcanes en el planeta tierra. Y es en encelado donde se han confrontado las evidencias de este exótico comportamiento.

El polo norte de Encélado visto por Cassini el 14 de octubre de 2015 a 6000 km de distancia con una resolución de 35 m/píxel (NASA/JPL).

10. Las diferencias de los dos polos de Encelado

Frente a lo que se pueda llegar a concluir tanto el polo norte como el sur en Encelado tienen claras diferencias geomorfologicas. Sí hacia el polo sur tenemos las cuatro grandes fisuras que albergan los más de 101 geisers; hacia el norte tenemos un aspecto con una alta densidad de cráteres de impacto. Esta interesante dicotomía es una expresión que nos puede dar un idea aproximada de las fuerzas a las cuales esta sometida esta pequeña luna. Una superficie en constante renovación producto de la dinámica interna hacia el sur, y un hemisferio norte, tal vez mucho más antiguo pero menos afectado por las fuerzas a las que se ve sometido Encelado. Fue esta peculiar dicotomia la que obligó a los científicos planetarios a concluir la existencia de un mar sectorizado hacia el polor sur, pero hoy se sabe con los datos proporcionados por cassini, que es un océano global el que rodea a todo Encelado.