agosto 1, 2021

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La actividad volcánica europea y la calefacción interior detallada ofrecen objetivos de investigación para las próximas expediciones

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Europa, una luna helada joviana que probablemente tiene un océano debajo de su corteza helada, puede tener un espacio interior lo suficientemente caliente como para producir actividad volcánica en el fondo marino. Una nueva investigación proporciona evidencia de que esta actividad volcánica del fondo marino puede haber ocurrido en el pasado de la luna y puede continuar en el presente también.

El equipo de investigadores, dirigido por la Dra. Marie Behonkova de la Universidad Charles en la República Checa, desarrolló sus propios modelos 3D de las propiedades de calefacción y transporte interno de Europa para investigar la posibilidad de actividad volcánica del fondo del océano en Europa dados otros volcanes vistos en el sistema joviano.

Los científicos han propuesto la idea de un océano subterráneo debajo de la corteza de Europa durante años, y tienen pruebas sólidas de múltiples misiones para respaldar esta teoría. La nueva investigación de Běhounková et al proporciona evidencia de la idea de que el fondo del mar podría ser volcánicamente activo.

Estos volcanes se formarán por el derretimiento del interior de Europa y la transferencia de calor desde el interior rocoso de Europa al fondo del mar. Los modelos desarrollados por Běhounková et al. Muestran que muchos factores diferentes, incluida la energía radiante y las fuerzas de las mareas, contribuyen al derretimiento del interior helado de la luna.

Pero, ¿por qué este tipo de investigación sobre Europa?

Dijo el Dr. Běhounková en una entrevista con NASASpaceflight.

El artículo de investigación “Pulsos magmáticos inducidos por las mareas en el suelo oceánico de la luna Europa de Júpiter” se publicó en la revista Cartas de investigación geofísica Se puede encontrar aquí.

Sin embargo, la extensión de los volcanes depende de cuánto se derrite y cómo se transfiere el calor al fondo del mar.

Běhounková y col. Modelado de la calefacción interior en Europa para comprender exactamente dónde y cómo se produjo esta actividad volcánica y el deshielo. Su modelo es el más detallado del interior de Europa jamás desarrollado y representa la producción y transferencia de calor interno a lo largo de la historia de la Luna.

El candidato principal para el mecanismo detrás del calentamiento de Europa son las fuerzas de marea que se le transfieren a través de interacciones gravitacionales con Júpiter. Iy Ganimedes. Puede resultar difícil modelar estas fuerzas.

“Desde el punto de vista del modelado numérico de lunas y planetas, el calentamiento de las mareas es difícil de modelar debido a la interacción con otros cuerpos. Esto es algo en lo que mucha gente está trabajando ahora, no solo en el sistema joviano, sino también en exoplanetas. . “

En el caso de crear un modelo para Europa, el equipo tuvo que tener en cuenta los parámetros orbitales cambiantes de la luna a lo largo de su existencia de más de 4.500 millones de años. “La evolución de los parámetros orbitales, en nuestro caso, son solo parámetros. Pero en este caso, la principal influencia en esta evolución es Io, que no modelamos en nuestro caso. Por eso estudiamos varios modelos paramétricos de evolución de sesgo. “

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Esto se debe en parte al eco de Laplace de Europa con Io y Ganimedes. Una resonancia de Laplace es un fenómeno que ocurre cuando tres cuerpos planetarios con un período orbital de 1: 2: 4 ejercen efectos gravitacionales regulares y periódicos entre sí. Estas alertas crean fuerzas de marea que se traducen en calentamiento del interior del cuerpo.

Es esta interacción la que llevó a la investigación de Běhounková y sus colegas a la conclusión de que esta resonancia y las fuerzas de marea asociadas podrían causar un aumento de los períodos de actividad volcánica, llamados pulsaciones pedregosas, sobre Europa.

“Estas pulsaciones de rocas son esencialmente períodos de mayor actividad volcánica que pueden ser causados ​​por cambios en los parámetros tropicales, en este caso, [the moon’s changing] anomalía [and its] Eco de Laplace con Io y Ganimedes “.

Estos impulsos de roca sobre Europa liberarán volátiles de los sitios de fusión de silicatos en el fondo del mar. “Esta fusión de silicatos puede resultar en actividad volcánica en la parte superior del manto o en el fondo del océano”, dijo la Dra. Behonkova.

Además, el modelo desarrollado por la Dra. Bohonkova y su equipo muestra que la evolución de la excentricidad en Europa es cíclica, lo que indica períodos crecientes de pulsaciones volcánicas en la Luna.

Hay modelos que sugieren que la evolución excéntrica podría ser cíclica, con períodos crecientes de excentricidad que pueden conducir a una mayor actividad volcánica. La actividad volcánica podría ser importante como fuente de energía para el entorno químico del suelo oceánico de Europa “.

Sin embargo, las fuerzas de marea de la resonancia de Laplace y la excentricidad de la Europa cambiante no siempre fueron la principal causa del derretimiento interno. Durante los primeros miles de millones de años de la formación de la Luna, la energía de la radiación fue la principal causa del manto y la fusión volcánica en la luna de Júpiter.

Sin embargo, debido a la desintegración radiactiva, esta fuente de calor termina teniendo menos control sobre la tasa de fusión interna de Europa durante el curso de la evolución lunar, lo que permite que el sesgo orbital y los efectos de resonancia de Laplace dominen los mecanismos más dominantes.

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“Por otro lado, la evolución de las mareas puede ser un poco diferente, y la curvatura de las mareas también puede evolucionar con el tiempo. Y en función de la desviación y la interacción con otros cuerpos, puede aumentar con el tiempo. Esta es la principal diferencia entre las fuentes de energía radiante y las fuentes de energía de las mareas y las zanahorias “.

El calentamiento de las mareas es la razón por la que Io es tan volcánicamente activo y, como dijo la Dra. Báhounková, la actividad volcánica acalorada de Io es una de las razones por las que su equipo buscó en Europa el mismo fenómeno.

Europa puede consistir en un núcleo de hierro rodeado por un manto de roca en contacto directo con un océano debajo de la corteza helada. Nuevas investigaciones modelan cómo el calor interno puede alimentar los volcanes del fondo marino. (Crédito: NASA / JPL-Caltech / Michael Carroll)

Según el modelo establecido por Běhounková et al., El calentamiento de Europa por las fuerzas de las mareas no se distribuye uniformemente alrededor de la superficie del océano. Las latitudes altas cercanas a los polos son más susceptibles al derretimiento de rocas como resultado del calentamiento de las mareas y la actividad volcánica asociada que en los trópicos, donde las viviendas frías típicamente evitan mayores cantidades de derretimiento.

A pesar de las dificultades para modelar, la investigación de Běhounková et al muestra que Europa probablemente fue muy activa, desde un punto de vista volcánico, durante sus años de desarrollo y es probable que todavía sea un mundo activo en la actualidad.

Entonces, ¿qué significa todo esto y por qué es tan importante este modelo del entorno de calefacción de Europa y la historia volcánica (y presente)?

Se trata de la circunferencia de la luna. Donde hay agua y energía térmica en la Tierra, hay vida, incluso en los rincones más profundos de los océanos del planeta, donde los respiraderos hidrotermales sostienen colonias prósperas de diversas formas de vida.

Como Běhounková et al. Afirmaron en su artículo, “La ocurrencia de actividad magmática en el fondo del mar es esencial para determinar si constituye un ambiente habitable”.

Continuaron: “La luna helada de Júpiter Europa Europa debajo de una corteza de hielo modificada tectónicamente (Figueredo y Greeley, 2004; Kattenhorn y Prockter, 2014) y un océano salado (Kivelson et al., 2000) en contacto directo con el interior rocoso está activo ( Moore y Hussmann, 2009). Un entorno oceánico de este tipo convierte a Europa en un objetivo principal en la búsqueda de un mundo habitable más allá de la Tierra (Hand et al. 2009).

“La evolución química del océano Europa y su habitabilidad está condicionada por la interacción con el fondo marino rocoso (Vance et al., 2016). Depende del calor emitido desde el interior profundo al fondo marino (Altair et al., 2018) y, por tanto, sobre la intensidad de la actividad magmática ”.

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Pero queda un punto conflictivo: ¿Cómo probamos la validez del modelo y cómo probamos que los volcanes ocurrieron y siguen sucediendo hoy?

Durante décadas, Europa ha sido uno de los pocos lugares elegidos en nuestro sistema solar donde se ha sugerido que existió vida o que existe actualmente. Por este motivo, se han propuesto decenas de misiones para visitar la luna.

Dos próximas misiones, Europa Clipper de la NASA y JUpiter ICy Moons Explorer (JUICE) de la Agencia Espacial Europea, estudiarán Europa específicamente.

Si bien estas naves espaciales no tienen las herramientas adecuadas necesarias para realizar un estudio detallado del vulcanismo del fondo marino en las lunas jovianas, siguen siendo increíblemente útiles para descubrir la historia del calentamiento y el vulcanismo en Europa.

“Todavía hay muchas cosas con las que podemos trabajar”, ​​dijo la Dra. Behonkova. Habrá mejores restricciones en la evolución de los parámetros orbitales que pueden ayudar a determinar el estado dentro de los objetos. Habrá un medidor gravitacional y él conocerá el campo gravitacional con mayor precisión de la que conocemos ahora “.

Esto también puede ayudar, y también puede detectar grandes anomalías en el fondo del mar. Si tenemos suerte, podemos detectar algunas especies químicas y acuáticas. Sería interesante para nosotros tener estos datos y, esencialmente, reducir las posibilidades de lo que sucede en el sistema Europa y Joviano “.

JUICE tiene como objetivo el lanzamiento de un cohete Ariane 5 a más tardar el 9 de junio de 2022. Después de cinco maniobras asistidas por gravedad con la Tierra, Venus y Marte, la nave entrará en la órbita de Júpiter en octubre de 2029 antes de enviar un orbitador dedicado a Ganímedes en septiembre de 2032. y llegada orbital alrededor de esa luna.

Mientras tanto, el Europa Clipper está programado para lanzarse a más tardar el 10 de octubre de 2024 en un vehículo de lanzamiento comercial de EE. UU., Que seguramente será el Falcon Heavy de SpaceX, dados los numerosos estudios de la NASA de que los vehículos comerciales eran alternativas viables a la ley original del Congreso de EE. El vehículo está bloqueado. Fabricación para un misil SLS.

Si se lanza en 2024 a bordo del Falcon Heavy, Europa Clipper realizará dos operaciones asistidas por gravedad con Marte y la Tierra en febrero de 2025 y diciembre de 2026, respectivamente, antes de entrar en órbita. Júpiter El 11 de abril de 2030.

(Imagen principal: Europa Crédito: NASA / JPL-Caltech / SETI Institute)

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