Encelado y su calor interior.

Movimiento hidrotermal de los océanos de Encelado.

Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute; interior: LPG-CNRS/U. Nantes/U. Angers. Graphic composition: ESA

1.- Flujo pasivo de agua fría desde el océano salado a un núcleo rocoso poroso.

2.- El agua calentada en el núcleo se eleva en penachos estrechos e interactúa con las rocas.

3.- Hotspots en el fondo marino.

4.- Transporte de calor y material rocoso a través del océano.

5.- El calentamiento localizado en la interfaz océano-hielo adelgaza la capa de hielo.

6.- Chorros de vapor de agua y partículas erupcionan por fisuras.

Si el núcleo de Encélado fuera poroso, la fricción de marea podría generar calor suficiente para provocar actividad hidrotermal en su interior durante miles de millones de años, lo que aumentaría sus posibilidades de habitabilidad. 

Esto es lo que se desprende de un nuevo estudio, publicado ayer en Nature Astronomy, que presenta un primer concepto que explicaría las características clave de Encélado, la luna saturniana de 500 km de diámetro observada por la sonda internacional Cassini a lo largo de su misión, finalizada el pasado mes de septiembre.

Encélado albergaría un océano salado global bajo una capa de hielo con un grosor medio de 20-25 km, que llegaría a tan solo 1-5 km en la región polar sur. Allí, a través de fisuras en el hielo se expulsan chorros de vapor de agua y granos de hielo. La composición del material eyectado, medida por Cassini, incluye sales y polvo de silicio, lo que sugiere que se formarían por la interacción de agua caliente, a un mínimo de 90 ºC, con la roca del núcleo poroso.

Las plumas de Encelado.
Crédito: NASA/JPL/SSI.

Para esto haría falta una enorme fuente de calor, unas cien veces mayor que la que podría generar la descomposición natural de elementos radioactivos en las rocas de su núcleo, así como un medio que focalizase la actividad en el polo sur.

Se cree que el efecto de marea en Saturno es el responsable de las erupciones que deforman la capa de hielo de Encélado mediante movimientos de atracción y repulsión a lo largo de su recorrido elíptico alrededor del planeta gigante. Sin embargo, la energía producida por la fricción de marea en el hielo sería demasiado débil por sí misma para contrarrestar la pérdida de calor desde el océano: la luna se habría congelado al cabo de 30 millones de años. Sin embargo, como Cassini ha mostrado, la luna sigue siendo extremadamente activa, lo que sugiere que está sucediendo algo más.

“Aunque nunca ha estado claro cuál es la fuente de la que Encélado obtiene la energía para permanecer activa, ahora hemos visto con más detalle cómo la estructura y la composición de su núcleo rocoso podría tener un papel fundamental en la generación de la energía necesaria”, señala el autor principal del estudio, Gaël Choblet, de la Universidad de Nantes (Francia).

En las nuevas simulaciones, el núcleo está formado por roca porosa deformable y no consolidada, que el agua puede permear fácilmente. Así, el agua líquida fría del océano puede filtrarse hasta el núcleo y calentarse gradualmente a medida que penetra debido a la fricción de marea entre fragmentos de roca en movimiento.

El agua circula por el núcleo y luego vuelve a ascender debido a que está más caliente que la materia circundante. En última instancia, este proceso transfiere calor al fondo del océano en columnas delgadas que interactúan estrechamente con las rocas. En el suelo oceánico, estas columnas llegan al océano más frío.

Última observación de las plumas de Encelado por la sonda Cassini..
Crédito: NASA/JPL/SSI.

Se calcula que un solo punto caliente en el fondo oceánico liberaría hasta 5 GW de energía, equivalente a la energía geotérmica consumida al año en Islandia. Estos puntos calientes del fondo oceánico generan columnas que ascienden varios centímetros por segundo. No solo las columnas hacen que la corteza helada que hay por encima se funda, también transportan durante semanas y meses, desde el fondo oceánico, pequeñas partículas que después liberan al espacio en forma de chorros helados.

Además, los modelos informáticos de los autores muestran que la mayoría del agua se expulsaría en las regiones polares de la luna, con un proceso en cadena que provocaría puntos calientes en zonas localizadas y, en consecuencia, un menor grosor en la capa de hielo justo encima, algo que coincide con lo interpretado por Cassini.

“Nuestras simulaciones pueden explicar al mismo tiempo la existencia de un océano global, debido al transporte de calor a gran escala entre las profundidades del interior y la capa de hielo, y la concentración de actividad en una región relativamente reducida alrededor del polo sur, lo que justificaría los principales fenómenos observados por Cassini”, explica el coautor del estudio Gabriel Tobie, también de la Universidad de Nantes.

Los científicos afirman que las interacciones eficientes de roca-agua en un núcleo poroso provocadas por la fricción de marea podrían generar hasta 30 GW de calor a lo largo de decenas de millones y hasta miles de millones de años.

La sonda Cassini en Saturno.
Crédito: NASA/JPL-Caltech.

“Futuras misiones capaces de analizar las moléculas orgánicas de las columnas de Encélado con mayor precisión que Cassini serían capaces de confirmar si el mantenimiento de las condiciones hidrotermales podría haber permitido el surgimiento de vida”, apunta Nicolas Altobelli, científico del proyecto Cassini de la ESA.

Una misión futura, equipada con un radar que penetre el hielo, también podría acotar el grosor del hielo y sobrevuelos adicionales o un orbitador mejorarían los modelos del interior, verificando también la presencia de columnas hidrotermales activas.

“En la próxima década, con la misión Juice, enviaremos a las lunas jovianas instrumentos de nueva generación, incluido un radar de penetración de suelo. Esta misión se dedicará específicamente a evaluar el potencial de habitabilidad de los mundos oceánicos del Sistema Solar exterior”, añade Nicolas.

Información adicional.

El artículo “Powering prolonged hydrothermal activity inside Enceladus,” de G. Choblet et al., fue publicado en Nature Astronomy el 6 de noviembre de 2017, artículo en línea.

La misión Cassini-Huygens es un proyecto de cooperación entre la NASA, la ESA y la agencia espacial italiana ASI.

Publicado en ESA el 7 de noviembre del 2.017.