Ilustración del interior de Encelado – espesor no a escala. Fuente: NASA / JPL – Caltech
El satélite de hielo de Saturno, Encelado, ha despertado un interés creciente en los últimos años, ya que Cassini interceptó corrientes de agua y otro material expulsado del polo sur de la Luna. Una hipótesis particularmente tentadora respaldada por la composición de la muestra es que este puede ser el caso vida en los océanos bajo los caparazones helados de Encelado. Para evaluar la habitabilidad de Encelado y encontrar la mejor manera de sondear esta luna helada, los científicos deben comprender mejor la composición química y la dinámica del océano de Encelado.
La salinidad adecuada, en particular, puede ser importante para la habitabilidad. Al igual que la papilla de los tres osos, el nivel de sal en el agua debe ser adecuado para que la vida florezca. Una salinidad demasiado alta puede poner en peligro la vida, y una salinidad demasiado baja puede indicar una mala reacción del agua y la roca, lo que limita la cantidad de energía disponible para la vida. Si existe vida, la circulación oceánica, que también depende indirectamente de la salinidad, determinará dónde se transportan el calor, los nutrientes y las biofirmas potenciales y, por lo tanto, es clave para detectar las firmas biológicas.
Un equipo de investigadores que trabaja con el Dr. Wanying Kang del MIT aborda estas preguntas simulando numéricamente las circulaciones probables del océano para diferentes niveles de salinidad posibles y evaluando la probabilidad de cada escenario, preguntando si puede mantener la geometría de la corteza de hielo observada que Cassini asignó a la luna helada.
La circulación oceánica depende de las diferencias en la densidad del agua constituyente en diferentes partes del océano. El agua más densa fluirá hacia el agua menos densa para lograr el equilibrio. Estas diferencias de densidad están controladas en sí mismas por dos factores clave, la ubicación de la fuente de calor en la luna y la salinidad del océano, los cuales no se conocen bien en la actualidad.
Hay dos lugares en Encelado para una posible fuente de calor: en el núcleo de silicato o en la plataforma de hielo inferior, donde se encuentra con la parte superior del océano. Si se genera una cantidad significativa de calor en el núcleo de silicato como resultado de maremotos debajo de la superficie del océano, los científicos esperarían convección, al igual que lo que sucede cuando se hierve una olla de agua. Del mismo modo, si se produce una congelación en la parte superior del océano, la sal será expulsada del hielo, lo que aumentará la densidad del agua local y desencadenará la convección desde arriba.
La salinidad también juega un papel clave en estos cálculos de densidad. A niveles de salinidad relativamente bajos, el agua se contrae cuando se calienta cerca de su punto de congelación, haciéndola espesa. A medida que el océano de Encelado se encuentra con la corteza de hielo global, está cerca de congelarse. Esto es contrario a la forma en que la mayoría de la gente piensa sobre el calentamiento, lo que generalmente significa que el material se vuelve menos denso a medida que aumenta la temperatura. A mayor salinidad, esto se vuelve cierto y el agua comienza a comportarse normalmente, expandiéndose cuando se calienta.
Dada la incertidumbre de la salinidad del océano Encelado (entre 4 y 40 gramos de sal por kilogramo de agua) y qué porcentaje del calentamiento del planeta ocurre en cualquiera de las dos fuentes, la doctora Kang y sus coautores utilizaron el océano MIT. modelo para simular la circulación oceánica en varias combinaciones, asumiendo que la corteza de hielo observada se mantiene congelada en áreas gruesas de hielo y derritiéndose en otras partes. Esto se aplica en gran medida a los mundos de hielo, ya que las plataformas de hielo se aplanarían naturalmente con el tiempo debido al flujo de hielo si ningún otro proceso mantuviera la diferencia.
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Foto de un artículo que muestra el ciclo del agua y el hielo en los océanos de Encelado. Crédito: Kang et all
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Representación artística de una sección transversal del interior de la corteza de Encelado que muestra cómo la actividad hidrotermal puede causar columnas de agua en la superficie de la luna. Créditos de imagen: NASA-GSFC / SVS, NASA / JPL-Caltech / Southwest Research Institute
El equipo diagnosticó el transporte de calor en diferentes escenarios y descubrió que solo unos pocos pueden mantener en general un presupuesto térmico “ sostenible ”, es decir, cómo las diferentes fuentes de calor (cantidad de flujo de calor del océano al hielo y calor producido en el hielo por la flexión de las mareas y la liberación de calor latente ) puede equilibrar con precisión la pérdida de calor por conducción a través de la corteza de hielo.
Según el modelo, tal equilibrio se puede lograr en gran medida si la salinidad del océano es algo intermedia (10-30 g / kg) y la corteza de hielo es la fuente de calor dominante. Cuando se cumplen estas dos condiciones, la circulación oceánica es deficiente. Como resultado, el agua polar tibia no se mezclará de manera muy eficiente hacia el ecuador, por lo que no se producirá el derretimiento ecuatorial. Esto hace que la plataforma de hielo sea más gruesa alrededor del ecuador de la luna, como observó Cassini. También significa que la presión en la interfaz hielo-agua es más baja en los polos, lo que significa que también tiene un punto de congelación más alto que el agua en el ecuador.
En escenarios con un balance de calor “insostenible”, lo que significa que parte del calor producido en la luna no se disipa, el transporte de calor ecuatorial es demasiado eficiente y la corteza de hielo ecuatorial tenderá a derretirse. Mientras tanto, la fuerza del gradiente de presión impulsará el flujo de hielo desde el ecuador hacia los polos. El derretimiento y el flujo de hielo reducirán inevitablemente el grosor del hielo cerca del ecuador. En este escenario, la geometría del hielo observada no se puede mantener durante toda la vida de la Luna.
Proporcionado por Universe Today