Una medición de los isótopos de azufre detectados en la atmósfera de Ío determina que esta luna ha estado volcánicamente activa durante miles de millones de años, debido a su configuración relativa a Júpiter.
Ío es el lugar con mayor actividad volcánica del sistema solar. Durante su órbita de 1,8 días, esta luna es comprimida gravitacionalmente por Júpiter, provocando erupciones volcánicas más grandes que cualquier otra en la Tierra en la actualidad.
Ío, Europa y Ganímedes se encuentran en una configuración orbital conocida como resonancia de Laplace: para cada órbita de Ganímedes (la más lejana de las tres de Júpiter), Europa completa exactamente dos órbitas e Ío completa exactamente cuatro. En esta configuración, las lunas se atraen gravitacionalmente entre sí de tal manera que se ven obligadas a adoptar órbitas elípticas, en lugar de redondas. Estas órbitas permiten que la gravedad de Júpiter caliente el interior de las lunas, provocando el vulcanismo de Io y añadiendo calor al océano líquido subterráneo de la helada Europa.
¿Cuánto tiempo lleva Io experimentando agitación volcánica? En otras palabras, ¿cuánto tiempo llevan las lunas de Júpiter en esta configuración?
Dos nuevos estudios de investigadores de Caltech miden los isótopos de azufre dentro de la atmósfera de Ío y determinan que las lunas han estado atrapadas en esta danza resonante durante miles de millones de años. El océano líquido de Europa se ha considerado durante mucho tiempo un lugar potencial para que evolucione la vida, y comprender exactamente cuánto tiempo han estado así las órbitas de estas lunas es crucial para caracterizar su habitabilidad a largo plazo. Los artículos aparecen en las revistas Science y JGR-Planets.
En la Tierra podemos encontrar rastros de acontecimientos pasados a través de fósiles y cráteres. Ío, sin embargo, está en constante transformación, por lo que su superficie tiene sólo alrededor de un millón de años, mientras que la luna misma tiene unos 4.500 millones de años. Para comprender cuánto tiempo lleva experimentando vulcanismo esta luna joviana, los investigadores examinaron las sustancias químicas en su atmósfera.
Ío no tiene agua, por lo que el componente principal de los gases arrojados por sus volcanes es azufre, lo que da como resultado una atmósfera compuesta en un 90 por ciento de dióxido de azufre. Durante los ciclos volcánicos dinámicos de Ío, los gases cercanos a la superficie se sumergen nuevamente en el interior y regurgitan nuevamente a la atmósfera.
Los átomos de azufre en Io tienen algunas formas o isótopos diferentes. Los isótopos son variantes de un elemento determinado con diferente número de neutrones. Por ejemplo, tanto el azufre-32 como el azufre-34 tienen el mismo número de protones (16), pero el primero tiene 16 neutrones y el segundo 18. Los neutrones adicionales hacen que un elemento sea físicamente más pesado, por lo que en la atmósfera de Io, los isótopos más ligeros Es más probable que estén ubicados en la parte superior, mientras que es más probable que los isótopos más pesados estén en la parte inferior, cerca de la superficie de la Luna.
La superficie de Ío no es la única característica que cambia constantemente: su atmósfera también se desvía hacia el espacio a un ritmo de 1 tonelada por segundo debido a las colisiones con partículas cargadas en el campo magnético de Júpiter. Como el isótopo de azufre más ligero, el azufre-32, es más abundante cerca de la parte superior de la atmósfera donde ocurren estas colisiones, ese isótopo se agota desproporcionadamente en comparación con su contraparte más pesado. Comprender cuánto azufre ligero falta puede dar pistas sobre cuánto tiempo ha sido volcánica la Luna.
Para ello, los investigadores utilizaron el telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) en Chile, un telescopio a su vez rodeado de volcanes, para medir los isótopos de azufre en Ío.
A partir de meteoritos, que son restos del sistema solar primitivo, los investigadores han determinado que el sistema solar se formó con una proporción de aproximadamente 23 átomos de azufre-32 por cada átomo de azufre-34. Si Io no hubiera cambiado desde su formación, hoy tendría la misma proporción. Sin embargo, el nuevo estudio mostró que Ío ha perdido entre el 94 y el 99 por ciento de su azufre original, y eso significa que la luna ha estado volcánicamente activa durante miles de millones de años mientras perdía azufre en el espacio todo el tiempo.
La duración del vulcanismo de Io indica que quedó atrapado en una resonancia orbital con Europa y Ganímedes muy poco después de que se formaran las lunas. Esto respalda las predicciones de los modelos de los últimos 20 años que muestran que estas lunas galileanas (Io, Europa, Ganímedes) deberían entrar en esta resonancia muy poco después de su formación.
“El sistema joviano es sólo uno de los muchos ejemplos de lunas, e incluso exoplanetas, que ocurren en este tipo de resonancias”, dice Katherine de Kleer, profesora asistente de ciencia planetaria y astronomía, Hufstedler Family Scholar y primera autora del artículo, en un declaración. Artículo científico. “El calentamiento de las mareas causado por tales resonancias es una importante fuente de calor para las lunas y puede impulsar su actividad geológica. Ío es el ejemplo más extremo de esto, por lo que lo utilizamos como laboratorio para comprender el calentamiento de las mareas en general”.
MÁS VOLCÁNICO TAMBIÉN EN EL PASADO
En el artículo de JGR-Planets, dirigido por el ex becario postdoctoral de Caltech, Ery Hughes, el equipo realizó un modelado sofisticado del sistema de azufre de Ío para explorar escenarios potenciales para la historia de la luna, incluidos algunos en los que Io fue incluso más volcánicamente activo en el pasado de lo que es. hoy.
“Debido a que falta tanto azufre ligero, la atmósfera que medimos hoy es relativamente ‘pesada’ en términos de azufre. La clave para llevar ese azufre pesado a la atmósfera de Io es el proceso de enterrar el azufre pesado nuevamente en el interior de Io”. , para que los volcanes puedan liberarlos una y otra vez”, dice Hughes, ahora geoquímico de fluidos volcánicos en GNS Science en Nueva Zelanda. “Nuestro modelo muestra que el azufre queda atrapado en la corteza de Ío a través de reacciones entre las heladas ricas en azufre, que se depositan en la atmósfera, y el propio magma, lo que permite que finalmente quede enterrado dentro de Ío”.
El próximo objetivo de los investigadores es descubrir qué otros gases puede haber perdido Io a lo largo de su larga historia dinámica. Por ejemplo, mientras que Io parece no contener agua, las otras lunas galileanas tienen mucha. ¿Alguna vez tuve agua dentro y posteriormente la perdí debido al vulcanismo?
