Mundos oceánicos y la búsqueda de vida más allá de la Tierra
El científico planetario de la NASA, Lucas Paganini, nos explica por qué asociamos la presencia de agua con condiciones de habitabilidad y nos habla de los esfuerzos más recientes de la NASA por encontrar este líquido vital fuera del planeta Tierra.
El origen del agua está en las estrellas. El hidrógeno se creó en el Big Bang; el oxígeno se crea en los núcleos de estrellas masivas. Estas sustancias químicas se combinan, y cuando un átomo de oxígeno se une a dos de hidrógeno forman moléculas de agua. El agua, en estado gaseoso, existe en enormes cantidades en viveros estelares de nuestra galaxia, allí donde nacen las estrellas.
Por eso no es extraño que el agua sea muy común en nuestro sistema solar y en la Vía Láctea. Está presente sobre todo en forma de hielo y gas, embebida en asteroides, cometas, lunas, planetas. De hecho, existen hipótesis que dicen que el agua de la Tierra proviene de asteroides o cometas que se estrellaron contra nuestro planeta hace millones de años. Los asteroides y los cometas son vestigios de la formación de nuestro sistema solar hace 4.500 millones de años y gran parte de su composición es agua en estado sólido.
También se ha detectado vapor de agua en planetas de otros sistemas solares, llamados exoplanetas. HAT-P-11b, el cual se encuentra a 120 años luz de distancia, tiene un tamaño similar al de Neptuno y es el exoplaneta más pequeño con agua confirmada. La supertierra Kepler-22b es el primer exoplaneta confirmado en la zona habitable de su estrella, por lo que potencialmente podría albergar agua líquida en su superficie. Potentes telescopios espaciales como el James Webb, cuyas primeras imágenes se revelarán pronto, capturarán la luz de la atmósfera de los exoplanetas para leer qué gases están presentes e identificar señales que indiquen condiciones habitables. Ilustración del telescopio espacial James Webb en el espacio. / NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutiérrez
Cerca del 70 por ciento de nuestro planeta natal está cubierto de agua. Los océanos de agua salada conforman el 95 por ciento del agua de la Tierra. Vistos desde el espacio, los mares terrícolas cambian de color en relación a organismos microscópicos parecidos a plantas llamados fitoplancton, revelando ecosistemas marinos complejos. Nuestros océanos ricos en biodiversidad impulsan el ciclo del agua que rige nuestra tierra y nuestra atmósfera, y son un engranaje fundamental en el ciclo del carbono.
La NASA también estudia los océanos de nuestro planeta para aprender más sobre lo que podríamos encontrar en los océanos de otros mundos, y para desarrollar tecnologías que nos ayuden a explorarlos. En el Laboratorio de Mundos Oceánicos de JPL, se simulan las condiciones físicas y químicas de las superficies e interiores de mundos como Europa. / NASA/JPL-Caltech
Esta diversidad de ecosistemas nos permite comprender la importancia de los océanos y del agua como un ingrediente fundamental para la vida como la conocemos. Por eso, la búsqueda de habitabilidad y de vida más allá de la Tierra está comúnmente sujeta a la búsqueda de mundos oceánicos.
Océanos en nuestro vecindario cósmico
Además de agua en estado líquido, otros requisitos fundamentales para la habitabilidad son una fuente de energía (que puede ser solar, térmica o química) y ciertos componentes químicos, como carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre.
Estos elementos dan pistas sobre las condiciones de habitabilidad de un mundo, es decir, sobre su potencial de generar y sostener vida como la concebimos. Sin embargo, por sí mismos no determinan la existencia de seres vivos. Hasta ahora, no se ha encontrado vida más allá de la Tierra, pero la búsqueda continúa. La antigua pregunta “¿estamos solos en el universo?” sigue siendo el motor de la exploración espacial.
Nuestro vecindario cósmico, el sistema solar, alberga varios mundos oceánicos además del nuestro. El agua en distintos estados está presente en planetas, lunas, planetas enanos, y cometas. Las lunas de Júpiter Europa, Ganímedes, y Calisto, y la luna de Saturno Encélado, son solo algunos ejemplos.
s.
Los científicos también estudian pistas de océanos de agua líquida que podrían haber existido hace millones de años, como en Venus o Marte. Si estos planetas fueron mundos oceánicos alguna vez, pero los perdieron, su estudio puede arrojar luz sobre lo que podría pasarle a los océanos de la Tierra en el futuro. En esta ilustración animada de Marte de diciembre de 2019 se marca la zona en donde hay hielo de agua cerca de la superficie que sería fácilmente accesible para que los astronautas puedan extraerla en el futuro. / NASA/JPL-Caltech
El agua líquida en grandes cantidades sobre la superficie de un planeta, sin embargo, es más difícil de encontrar. Hasta hace poco tiempo, la comunidad científica centraba sus esfuerzos en mundos dentro de la zona habitable, es decir, que se encuentran a una distancia óptima desde su estrella anfitriona para que el agua pueda permanecer en forma líquida. Pero un cambio de paradigma reciente ha llevado a ampliar la búsqueda. Mundos helados cubiertos por enormes capas de hielo podrían albergan océanos en su interior.
Por ejemplo, la luna joviana Europa no tiene una atmósfera densa y un campo magnético como nuestro planeta, que la proteja de la fuerte radiación o que mantenga la temperatura adecuada para la habitabilidad sobre su superficie. Sin embargo, está cubierta por una gruesa capa de agua helada que podría estar actuando como un escudo protector ante la fuerte radiación proveniente de Júpiter, explica el científico planetario Lucas Paganini, de la sede de la NASA en Washington, D.C. Los científicos estiman que Europa alberga un océano subterráneo del doble del tamaño del de la Tierra.
Hoy, Paganini administra misiones que exploran estos mundos oceánicos a través de distintos instrumentos, los cuales permiten obtener imágenes de alta resolución y estudios de la composición de estos mundos. En 2016, dirigió una investigación científica que en 2019 confirmó la presencia de columnas de vapor de agua, posiblemente provenientes de géiseres, que pueden estar formándose a través de grietas en su superficie. Paganini considera que si bien estos eventos no serían muy regulares, la existencia de géiseres representa “una ventana natural debajo de su superficie y al interior de un mundo oceánico con mucho potencial de exploración”.
El estudio dirigido por el científico argentinoamericano logró la primera detección directa de moléculas de agua sobre Europa (con una cantidad suficiente para llenar una piscina en pocos minutos), que representa aún mayor evidencia de algo que ya se sospechaba: en Europa hay procesos geológicos internos en marcha que están produciendo estas enormes columnas de vapor de agua. Paganini destaca que varias misiones espaciales de la NASA abrieron las puertas a ese campo de investigación, empezando por las primeras imágenes detalladas de Europa tomadas por la sondas Voyager hace unos cuarenta años. Posteriores misiones como Galileo, Hubble, y observaciones con telescopios terrestres, han ahondado en el estudio de este mundo posiblemente habitable. Prontamente, la misión Juno -que actualmente orbita el sistema joviano- permitirá obtener detalles muy importantes de Europa, en preparación para la próxima generación de misiones que explorará esta luna.
El próximo paso
La misión Europa Clipper, cuyo lanzamiento está previsto para 2024, dará detalles únicos de Europa. Por ejemplo, de su tenue atmósfera, superficie, interior, y su potencial de habitabilidad. “Clipper nos permitirá entender y explorar en detalle los secretos de Europa y avanzar nuestro conocimiento de lo que ocurre debajo de su superficie. Y si pudiese explorar uno de estos géiseres, nos permitirá obtener información que puede llegar a revolucionar nuestro entendimiento de uno de los mundos oceánicos más prometedores en nuestro sistema solar”, dice Paganini.
Esta ilustración, actualizada en diciembre de 2020, muestra la nave espacial Europa Clipper de la NASA. El orbitador se desplazará alrededor de Júpiter en una trayectoria elíptica, acercándose a la luna en cada sobrevuelo para recoger datos. La misión recogerá mediciones del océano interno, cartografiará la geología y la composición de la superficie y buscará columnas de vapor de agua que puedan salir de la corteza helada. / NASA/JPL-Caltech
Europa Clipper permitirá a los científicos acercarse lo suficiente a esta luna para seguir aprendiendo sobre su funcionamiento interno y externo. La misión realizará aproximadamente 45 sobrevuelos a alturas de entre 25 y 2.700 kilómetros para estudiar la superficie e interior, la composición de su atmósfera tenue, el océano subterráneo y géiseres activos (si ocurriesen durante estos sobrevuelos). Equipada con cámaras de alta resolución y nueve instrumentos científicos, Europa Clipper también allanará el camino para el siguiente paso: buscará un sitio en la superficie en el que una futura misión robótica pueda aterrizar para recolectar muestras. “Actualmente Juno se encuentra estudiando Júpiter y algunas de sus lunas. Pronto podremos obtener información sin precedentes con misiones como Europa Clipper y la misión JUICE de la Agencia Espacial Europa, que estudiarán estos mundos oceánicos a principios de la próxima década.”, señala Paganini.
“Es una alegría contribuir a poder entender mejor lo que hay más allá de los cielos”, dice el ingeniero de sistemas Juan Pablo León, quien trabaja en el equipo de integración y pruebas de Europa Clipper en el Centro de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) de la NASA, en el sur de California. “Los antiguos astrónomos miraban el cielo y se preguntaban qué había ahí”, continúa León. “En este caso no nos estamos preguntando qué hay ahí, sino qué hay más allá”.
En JPL, el ingeniero Juan Pablo León se desempeña como líder de sistemas de poder del equipo de banco de pruebas de sistemas de integración y pruebas de Europa Clipper, entre otros roles. / Juan Pablo León
Para el ingeniero originario de Ecuador, misiones como esta serán parte de la historia y servirán de inspiración para las futuras generaciones. “Como padre, es ver los ojos de felicidad de mi hijo al escuchar lo que estoy haciendo”, cuenta. “Como todos nosotros, él también tiene esa curiosidad de saber: ¿Hay vida en otros cuerpos celestes? ¿Es verdad que somos la única especie, o el único planeta que realmente puede sostener vida? ¿O realmente hay algo más?”.
