Primeras mediciones de temperatura del subsuelo del astro más volcánico del sistema solar

La sonda espacial Juno de la NASA, en órbita a Júpiter desde 2016, ha proporcionado las primeras mediciones de la temperatura bajo la superficie de la luna Ío de Júpiter. Aunque la profundidad máxima a la que han llegado estas mediciones efectuadas a distancia es de solo unos metros, ha bastado para hacerse una idea de cómo es el gradiente de temperaturas en el subsuelo de ese astro y cómo circula el flujo de calor.

El análisis de las mediciones efectuadas ha revelado un calentamiento significativo en el subsuelo del mundo con mayor actividad volcánica del sistema solar. Estos datos, recopilados durante dos sobrevuelos a corta distancia de la superficie, también muestran que la mayor parte de la superficie de Ío es notablemente lisa y está compuesta por material de muy poca densidad.

Estos hallazgos abren nuevos caminos en la observación de otros mundos, tanto ígneos como congelados.

El vulcanismo extremo de Ío está impulsado por el calentamiento de marea. Este satélite se estira y comprime constantemente por la inmensa gravedad de Júpiter a medida que recorre su órbita ligeramente elíptica, lo que genera una emisión de calor interno muchas veces superior al de la Tierra. Hasta ahora, prácticamente todo lo que se sabía sobre ese calor provenía de observaciones infrarrojas, las cuales solo detectan la temperatura de la superficie más externa. Los hallazgos más recientes derivan de datos recolectados por el radiómetro de microondas (MWR, por sus siglas en inglés) de la sonda espacial.

“El radiómetro de microondas de Juno observó directamente la emisión de calor de Ío al examinar por debajo de su superficie”, explica Scott Bolton, coautor del estudio y científico de la misión Juno en el Instituto de Investigaciones del Sudoeste de San Antonio, Texas, Estados Unidos.

El radiómetro de microondas de Juno fue diseñado por Bolton para observar debajo de las capas superiores de nubes de Júpiter e investigar la dinámica y la composición de la atmósfera profunda de este gigante gaseoso. Las seis antenas de microondas del instrumento funcionan como una sola unidad, detectando simultáneamente microondas en un amplio rango de longitudes de onda, desde aproximadamente media pulgada (1,27 centímetros) hasta 20 pulgadas (50,8 centímetros). Durante la fase extendida de la misión, el instrumento MWR ha brindado la oportunidad de observar tres de las lunas galileanas del planeta: Ganímedes, Europa e Ío.

“Esta técnica es novedosa porque cada longitud de onda explora diferentes profundidades, lo que ofrece una nueva forma de caracterizar la atmósfera profunda de los planetas gigantes y el subsuelo poco profundo de las lunas heladas y rocosas”, explica Bolton. “En Ganímedes y Europa, exploramos decenas de kilómetros debajo de sus capas de hielo” —una estimación que parte de la premisa de que el hielo es de agua pura, la cual actúa como un medio transparente que permite que las frecuencias de microondas penetren hasta varias decenas de kilómetros de profundidad—, “pero la capacidad de explorar la capa pétrea volcánica de Ío fue un descubrimiento inesperado”.

Ío. (Datos de la imagen: NASA JPL / Caltech / SwR I / MSSS. Procesamiento de la imagen: Gerald Eichstädt)

Durante los sobrevuelos de Ío efectuados el 30 de diciembre de 2023 y el 3 de febrero de 2024, la sonda espacial Juno, que se alimenta de energía solar, se acercó a unos 1500 kilómetros de la superficie de esta luna.

“El instrumento midió la emisión térmica de Ío a profundidades que iban desde unos pocos centímetros hasta varias decenas de metros. Dondequiera que observamos, encontramos que la temperatura aumentaba más de 20 grados centígrados a tan solo unos metros bajo la superficie: un gradiente mucho más pronunciado de lo que el calentamiento solar por sí solo puede explicar”, explica Shannon Brown, autor principal del estudio e investigador del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) de la NASA en el sur de California.

Los datos sugieren dos posibles explicaciones. El calor podría estar ascendiendo de manera constante a través de una corteza conductora a razón de 1 a 3 vatios por metro cuadrado, lo que es hasta 30 veces el promedio de la Tierra. O bien, lo que resulta más probable, la señal proviene de flujos de lava en proceso de enfriamiento, cubiertos por varios metros de corteza solidificada, que abarcan cerca del 10 por ciento de la superficie de esta luna en un momento dado.

“Ío ofrece una ventana única para comprender cómo funciona el calentamiento por marea en todo el cosmos; este es un proceso fundamental que proporciona energía y calor a mundos que están lejos de su estrella anfitriona”, explica Bolton. “Este proceso no solo puede generar el cuerpo celeste más volcánico del sistema solar, como es el caso de Ío, sino que también posibilita la existencia de los océanos subterráneos de agua líquida en satélites de planetas gigantes, como Europa y Ganímedes. Hasta ahora, solo podíamos observar el calor que escapaba en la superficie o a través de erupciones. Ahora podemos caracterizar cómo el calor se desplaza desde el interior hacia la superficie”.

Otra información importante obtenida a partir de los dos sobrevuelos y los análisis posteriores es lo notablemente lisa que es la superficie de Ío. Antes de estos descubrimientos recientes, esta luna era conocida por sus elevadas montañas, pero los datos de MWR indican que, más allá de esta topografía visible, la superficie presenta grandes extensiones de terreno liso que abarcan distancias superiores a los 100 kilómetros. Debido a que Juno sobrevoló regiones superpuestas de Ío desde diferentes ángulos, el equipo pudo cartografiar cómo la superficie refleja las microondas, un fenómeno comparable a cuando un pasajero a bordo de un avión observa cómo la luz solar destella sobre el océano únicamente desde ángulos específicos.

“Lejos de sus montañas, la superficie se parece más a las Grandes Llanuras de Norteamérica, y aunque Ío es un cuerpo rocoso, el material de su superficie tiene una densidad muy baja, más parecida a la de la piedra pómez o a la de ceniza volcánica ligera y esponjosa que a la de roca sólida”, describe Brown.

El estudio se titula “Io Sub-Surface Temperature Profile Observed by the Juno Microwave Radiometer”. Y se ha publicado en la revista académica Journal of Geophysical Research: Planets. (Fuente: NASA)