Hubble encuentra las primeras pruebas de vapor de agua en Ganímedes

Por primera vez, los astrónomos han descubierto evidencia de vapor de agua en la atmósfera de Ganímedes, la luna de Júpiter. Este vapor de agua se forma cuando el hielo de la superficie de la luna se sublima, es decir, pasa de sólido a gas. Para llegar a esta conclusión, los científicos utilizaron conjuntos nuevos de datos y de archivo del Telescopio Espacial Hubble de la NASA para hacer el descubrimiento. 

Investigaciones anteriores habían ofrecido pruebas circunstanciales de que Ganímedes, la luna más grande del sistema solar, contiene más agua que todos los océanos de la Tierra. Sin embargo, las temperaturas son tan frías que el agua en la superficie se congela. El océano de Ganímedes residiría aproximadamente a 150 kilómetros por debajo de la corteza; por lo tanto, el vapor de agua no representaría la evaporación de este océano.

Los astrónomos volvieron a examinar las observaciones del Hubble de las últimas dos décadas para encontrar esa evidencia de vapor de agua.

Imágenes ultravioletas (UV) de Ganímedes del telescopio espacial Hubble tomadas en 1998, que muestran bandas de auroras, una prueba de que Ganímedes tiene un campo magnético permanente./ Crédito: NASA, ESA, Lorenz Roth, KTH

En 1998, el Espectrógrafo de Imágenes del Telescopio Espacial Hubble tomó las primeras imágenes ultravioleta (UV) de Ganímedes, que revelaron cintas de colores de gas electrificado llamadas bandas aurorales, y proporcionaron más pruebas de que Ganímedes tiene un campo magnético débil.

Las similitudes en estas observaciones UV se explican por la presencia de oxígeno molecular (O2). Pero algunas características observadas no coincidían con las emisiones esperadas de una atmósfera de O2 puro . Al mismo tiempo, los científicos concluyeron que esta discrepancia probablemente estaba relacionada con concentraciones más altas de oxígeno atómico (O).

Como parte de un ambicioso programa de observación para apoyar la misión Juno de la NASA en 2018, Lorenz Roth del KTH Royal Institute of Technology en Estocolmo, Suecia, dirigió el equipo que se propuso medir la cantidad de oxígeno atómico con Hubble. El análisis del equipo combinó los datos de dos instrumentos: el Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos (COS) de Hubble en 2018 e imágenes de archivo del Espectrógrafo de Imágenes del Telescopio Espacial (STIS) de 1998 a 2010.

Esta imagen presenta la luna de Júpiter, Ganímedes, vista por el telescopio espacial Hubble de la NASA en 1996. Ubicado a más de 600 millones de kilómetros de distancia, el Hubble puede seguir los cambios en la luna y revelar otras características en longitudes de onda ultravioleta e infrarroja cercana. Ahora, los astrónomos han utilizado conjuntos de datos nuevos y de archivo del Hubble para probar por primera vez la presencia de vapor de agua en la atmósfera de la luna de Júpiter, Ganímedes, que está ahí debido al escape térmico de vapor de agua de la superficie helada de la luna/ Crédito: NASA, ESA, John Spencer (SwRI Boulder)

Para su sorpresa, y contrariamente a las interpretaciones originales de los datos de 1998, descubrieron que apenas había oxígeno atómico en la atmósfera de Ganímedes. Esto significa que debía haber otra explicación para las aparentes diferencias en estas imágenes de auroras UV.

Posteriormente, Roth y su equipo observaron más de cerca la distribución relativa de la aurora en las imágenes UV. La temperatura de la superficie de Ganímedes varía mucho a lo largo del día, y alrededor del mediodía cerca del ecuador puede calentarse lo suficiente como para que la superficie del hielo libere (o sublime) algunas pequeñas cantidades de moléculas de agua. De hecho, las diferencias percibidas en las imágenes UV están directamente relacionadas con el lugar donde se esperaría agua en la atmósfera de la luna.

"Hasta ahora sólo se había observado el oxígeno molecular", explicó Roth en un comunicado. "Esto se produce cuando las partículas cargadas erosionan la superficie del hielo. El vapor de agua que medimos ahora se origina por la sublimación del hielo causada por el escape térmico del vapor de agua de las regiones cálidas y heladas".

Este hallazgo agrega un punto de anticipación a la próxima misión de la ESA (Agencia Espacial Europea), JUICE, que significa JUpiter ICy moons Explorer. JUICE es la primera misión a gran escala del programa Cosmic Vision 2015-2025 de la ESA. Planeado para su lanzamiento en 2022 y su llegada a Júpiter en 2029, pasará al menos tres años haciendo observaciones detalladas de Júpiter y tres de sus lunas más grandes, con especial énfasis en Ganímedes como cuerpo planetario y hábitat potencial.

Ganímedes fue seleccionado para una investigación detallada porque proporciona un laboratorio natural para el análisis de la naturaleza, evolución y habitabilidad potencial de los mundos helados en general, el papel que juega dentro del sistema de satélites galileanos y sus interacciones magnéticas y de plasma únicas con Júpiter y sus medio ambiente.

"Nuestros resultados pueden proporcionar a los equipos de instrumentos de JUICE información valiosa que se puede utilizar para refinar sus planes de observación para optimizar el uso de la nave espacial", agregó Roth.

En este momento, la misión Juno de la NASA está observando de cerca a Ganímedes y recientemente ha mandado nuevas imágenes de la luna helada. Juno ha estado estudiando Júpiter y su entorno, también conocido como sistema joviano, desde 2016.

Comprender el sistema joviano y desentrañar su historia, desde su origen hasta la posible aparición de entornos habitables, nos proporcionará una mejor comprensión de cómo se forman y evolucionan los planetas gigantes gaseosos y sus satélites. Además, es de esperar que surjan nuevos hallazgos sobre la habitabilidad de los sistemas exoplanetarios similares a Júpiter.