La superficie de la luna Ariel de Urano está recubierta con una cantidad significativa de hielo de dióxido de carbono, especialmente en su «hemisferio posterior», que siempre mira en dirección opuesta a la dirección del movimiento orbital de la luna. Este hecho presenta una sorpresa porque incluso en los gélidos confines del sistema uraniano (20 veces más lejos del Sol que la Tierra) el dióxido de carbono se convierte fácilmente en gas y se pierde en el espacio.
Los científicos han teorizado que algo está suministrando dióxido de carbono a la superficie de Ariel. Algunos favorecen la idea de que las interacciones entre la superficie de la luna y las partículas cargadas en la magnetosfera de Urano crean dióxido de carbono a través de un proceso llamado radiólisis, en el que las moléculas se descomponen mediante radiación ionizante.
Pero un nuevo estudio publicado el 24 de julio en The Astrophysical Journal Letters inclina la balanza a favor de una teoría alternativa: que el dióxido de carbono y otras moléculas están emergiendo del interior de Ariel, posiblemente incluso de un océano líquido subterráneo.
Utilizando el telescopio espacial James Webb de la NASA para recolectar espectros químicos de la luna y luego compararlos con espectros de mezclas químicas simuladas en el laboratorio, un equipo de investigación dirigido por Richard Cartwright del Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins (APL) en Laurel, Maryland, encontró que Ariel tiene algunos de los depósitos más ricos en dióxido de carbono del sistema solar, sumando un espesor estimado de 10 milímetros (0,4 pulgadas) o más en el hemisferio posterior de la luna.
Entre esos depósitos hubo otro hallazgo desconcertante: las primeras señales claras de monóxido de carbono.
«Simplemente no debería estar allí. Hay que bajar a 30 Kelvin [menos 405 grados Fahrenheit] antes de que el monóxido de carbono se estabilice», dijo Cartwright. Mientras tanto, la temperatura de la superficie de Ariel promedia alrededor de 65 F más cálida. «El monóxido de carbono tendría que reponerse activamente, sin duda.»
La radiólisis aún podría ser responsable de parte de esa reposición, añadió. Experimentos de laboratorio han demostrado que el bombardeo con radiación de hielo de agua mezclado con material rico en carbono puede producir tanto dióxido de carbono como monóxido de carbono. Por lo tanto, la radiólisis puede proporcionar una fuente de reposición y explicar la rica abundancia de ambas moléculas en el hemisferio posterior de Ariel.
Pero quedan muchas preguntas sobre la magnetosfera de Urano y el alcance de sus interacciones con las lunas del planeta. Incluso durante el sobrevuelo de Urano de la Voyager 2 hace casi 40 años, los científicos sospecharon que tales interacciones podrían ser limitadas porque el eje del campo magnético de Urano y el plano orbital de sus lunas están desplazados entre sí unos 58 grados. Los modelos recientes han respaldado esa predicción.
En cambio, la mayor parte de los óxidos de carbono pueden provenir de procesos químicos que ocurrieron (o todavía están ocurriendo) en un océano de agua debajo de la superficie helada de Ariel, escapando a través de grietas en el exterior helado de la luna o posiblemente incluso a través de columnas eruptivas.
Es más, las nuevas observaciones espectrales insinúan que la superficie de Ariel también puede albergar minerales de carbonato, sales que sólo pueden formarse mediante la interacción del agua líquida con las rocas.
«Si nuestra interpretación de esa característica de carbonato es correcta, entonces es un resultado bastante importante porque significa que tuvo que formarse en el interior», dijo Cartwright. «Eso es algo que necesitamos absolutamente confirmar, ya sea mediante futuras observaciones, modelos o alguna combinación de técnicas».
Con la superficie de Ariel cubierta de cañones en forma de cortes, surcos entrecruzados y puntos lisos que se cree que provienen de derrames criovolcánicos, los investigadores ya sospechaban que la luna estaba o aún puede estar activa.
Un estudio de 2023 dirigido por Ian Cohen de APL incluso sugirió que Ariel y/o su luna hermana Miranda podrían estar emitiendo material a la magnetosfera de Urano, incluso posiblemente a través de columnas.
«Todos estos nuevos conocimientos subrayan lo convincente que es el sistema de Urano», dijo Cohen. «Ya sea para desbloquear las claves de cómo se formó el sistema solar, comprender mejor la compleja magnetosfera del planeta o determinar si estas lunas son mundos oceánicos potenciales, muchos de nosotros en la comunidad científica planetaria realmente estamos esperando una futura misión para explorar Urano. «
En 2023, a través de su estudio decenal de Ciencia Planetaria y Astrobiología, la comunidad científica planetaria dio prioridad a la primera misión dedicada a Urano, generando esperanzas de que un viaje científico al gigante de hielo turquesa esté en el horizonte.
Cartwright ve esto como una oportunidad para recopilar datos valiosos sobre los gigantes de hielo del sistema solar y sus lunas potencialmente portadoras de océanos, los cuales tienen aplicaciones para los mundos que se están descubriendo en otros sistemas estelares.
Pero también es una oportunidad de recibir finalmente respuestas concretas que sólo son posibles estando en el sistema. Por ejemplo, la mayoría de las ranuras observadas en Ariel (presuntas aberturas en su interior) están en su lado posterior. Si de alguna manera el dióxido de carbono y el monóxido de carbono se filtran a través de esos surcos, podría proporcionar una explicación alternativa de por qué son mucho más abundantes en el lado trasero de Ariel.
«Es un poco exagerado porque simplemente no hemos visto gran parte de la superficie de la luna», advirtió Cartwright. La Voyager 2 capturó sólo alrededor del 35% de la superficie de Ariel durante su breve sobrevuelo. «Simplemente no lo sabremos hasta que realicemos observaciones más específicas», dijo.
Con información de The Astrophysical Journal Letters
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