El Sistema Solar – Ganímedes

Nuestro viaje por el Sistema Solar continúa. Seguimos aún inmersos en el subsistema joviano, formado por el monstruoso Júpiter y su cohorte de satélites, polvo, gas y plasma. Ya hemos recorrido varios de estos objetos, desde dentro hacia fuera, y nos hemos detenido especialmente en los grandes satélites galileanos, de los que hemos estudiado dos: la violenta Ío y la misteriosa Europa. Hoy continuamos nuestra exploración con la siguiente luna galileana, el satélite más grande de todo el Sistema Solar: Ganímedes.

Un brevísimo aviso antes de lanzarnos a explorar esta luna: para evitar repetirme, doy por sentado aquí que el lector conoce términos que hemos trabajado a lo largo de la serie, como periapsis, apoapsis o resonancia orbital, además de conceptos como el calentamiento por fuerzas de marea. Si leer esos nombres te hace arquear la ceja, empieza la serie por el principio o, al menos, el principio del sistema joviano de anillos y satélites.

Si eres tamicero añejo, la historia del descubrimiento de Ganímedes ya es una vieja conocida para ti, puesto que es la misma que la de sus hermanas; no voy a repetir aquí de nuevo lo que sucedió en enero de 1610, cuando el divino italiano Galileo Galilei apuntó su telescopio hacia Júpiter. Igual que en el caso de Ío y Europa, afortunadamente para todos, no debemos el nombre del satélite de hoy a Galileo sino a Simon Marius: Ganímedes, por el muchacho cuya belleza hizo que Zeus lo raptase –raptar gente parece haber sido una de sus aficiones favoritas–; con Europa lo hizo “disfrazado” de toro, y en este caso de águila. El joven Ganímedes se convirtió entonces en el escanciador de los dioses olímpicos, y unos cuantos milenios después de la época helenística, en la inspiración de la luna descubierta por Galileo.

Al igual que sus tres hermanas, la órbita de Ganímedes fue determinada con relativa exactitud bastante pronto, puesto que su período orbital puede medirse fácilmente si se tienen cuidado y paciencia sin necesidad de utilizar un gran telescopio. Una vez más, si eres un seguidor fiel de esta serie, ya conoces el período de Ganímedes, pues hemos hablado ya varias veces sobre la resonancia de Laplace de las tres primeras lunas galileanas: Ganímedes tarda en dar una vuelta a Júpiter exactamente el doble que Europa, es decir, poco más de una semana terrestre, igual que Europa tarda el doble que Ío.

Puesto que, considerando algunas aproximaciones razonables, es posible estimar bastante bien el radio de una órbita conociendo el tiempo que el objeto tarda en dar una vuelta, muy pronto conocimos también el radio de la órbita de Ganímedes: alrededor de un millón de kilómetros, una distancia muy pequeña comparada con el radio orbital de la Tierra (unos 150 millones de kilómetros), pero una auténtica barbaridad tratándose de un satélite. Cuando hablamos del “sistema joviano” no estamos bromeando.

La órbita de Ganímedes es casi perfectamente circular: su periapsis es de 1 069 200 km, y su apoapsis de 1 071 400 km, es decir, una diferencia de unos meros 2 400 km comparado con el gigantesco tamaño de la órbita. Esto es esencial para entender algunas de las diferencias entre este satélite y sus compañeros interiores, sobre todo Ío, sometido a unas variaciones de atracción gravitacional por parte de Júpiter que, como vimos en su momento, literalmente desgarran esa luna por dentro.

Igual que Europa era un lugar comparativamente más pacífico que Ío, Ganímedes lo es aún más que Europa, pues está más lejos del gigante Júpiter y su excentricidad es aún menor. Como consecuencia, el calentamiento debido a las deformaciones gravitatorias causadas por Júpiter es prácticamente despreciable en Ganímedes. Sin embargo, sospechamos que esto no siempre ha sido así: aunque la excentricidad de la órbita de Ganímedes es muy pequeña, debería ser aún menor de acuerdo con los modelos orbitales que hemos elaborado. Sí, la resonancia entre las tres lunas debería haber dejado la órbita de Ganímedes aún más circular de lo que es con el tiempo… con lo que hace poco tiempo tuvo que ser bastante más elíptica que ahora (“poco tiempo”, astronómicamente hablando, claro).

Si esto es cierto, hace unos pocos cientos de millones de años las deformaciones sufridas por Ganímedes sí pudieron ser algo mayores, y con ellas el calentamiento sufrido por el interior del planeta. Como veremos luego, al mirar esta gran luna se observan algunas características que tienen mucho sentido si la órbita fue más elíptica hace relativamente poco, con lo que parece una hipótesis bastante probable. Sin embargo, esos tiempos algo más violentos han pasado ya, y Ganímedes es ahora un lugar tranquilo –para orbitar Júpiter, claro–.

Ganímedes es una luna gigantesca: no sólo es mayor que cualquier otro satélite del Sistema Solar, ¡sino que es más grande incluso que Mercurio! Tiene un radio de unos 2 600 km, alrededor del 40% del radio terrestre y mucho mayor que los 1 700 km del radio de nuestra propia Luna. Se trata de un auténtico gigante, aunque un gigante de cristal, como veremos en un momento. Con un telescopio decente no sólo es posible estimar este enorme tamaño, sino que también es posible identificar algunas zonas de distinto color sobre su superficie. A estas alturas de la serie, como buen planetólogo aficionado que eres, seguro que te das cuenta de lo que esto nos permite conseguir: es posible conocer el tiempo que esta luna tarda en dar una vuelta sobre sí misma, simplemente midiendo lo que un punto identificado de la superficie tarda en pasar dos veces frente a tus ojos.

Como era de esperar, Ganímedes tarda alrededor de una semana en rotar sobre sí mismo, es decir, exactamente lo mismo que tarda en girar alrededor de Júpiter. Sí, incluso a un millón de kilómetros del Leviatán, la influencia gravitatoria del planeta es tan enorme que mantiene siempre la misma cara de Ganímedes mirando hacia él, como ha sucedido con todos los satélites jovianos que hemos estudiado hasta ahora y como sucede también con nuestra Luna. Todos los amantes de Zeus lo miran permanentemente; al menos, en el caso de Ganímedes y sus hermanas, no parece que su destino sea caer hacia el gigante como sucedía con las lunas interiores.

Para conocer más sobre Ganímedes hacía falta acercarse a él –o utilizar telescopios mucho mejores que los disponibles hasta hace muy poco–, y eso hicimos con las mismas sondas que tantas veces hemos mencionado en los últimos artículos de la serie: estoy convencido de que ya sabes de cuáles vamos a hablar y en qué orden –y, no me preguntes por qué, me encanta que así sea–, de modo que recorramos juntos los descubrimientos que cada una de ellas fue realizando al alcanzar el sistema joviano.

Las dos Pioneer no nos proporcionaron más información de la que ya teníamos sobre esta luna, en parte por la calidad de sus instrumentos y en parte por la distancia a la que pasaron del jovenzuelo Ganímedes. La idea era que se trataba de algo muy parecido a nuestro propio satélite, aunque más grande: un objeto masivo, con una gravedad considerable –para ser un satélite– y compuesto fundamentalmente de silicatos. Sin embargo, nos esperaban unas cuantas sorpresas.

Cuando las dos Voyager alcanzaron el sistema joviano, nos proporcionaron por fin las primeras imágenes de buena calidad de Ganímedes, revelando una luna bastante más compleja de lo que sospechábamos –y aún no habíamos descubierto las sorpresas más gordas–:

Además de afinar nuestros datos sobre la órbita y el tamaño exacto de Ganímedes, las imágenes de las Voyager nos mostraron ya que la superficie de la luna tenía, básicamente, dos tipos de terreno. Aunque en un momento te mostraré fotografías posteriores de mejor calidad, en la que sigue a este párrafo, tomada por Voyager 2 a unos 120 000 km de altitud, puedes ver ya a lo que me refiero. Por un lado, existen zonas de color oscuro, llamadas regiones (aunque el plural sea igual que en castellano, es en latín, con lo que cada una es una regio), como ves en la zona superior derecha de la foto. Por otro lado, zonas de color más claro denominadas sulci (singular sulcus), es decir, surcos, y los bordes entre unas zonas y otras son bastante claros:

Como puedes observar en la foto, las regiones tienen multitud de cráteres de diversos tamaños y son mucho más “rugosas”. Sin embargo, los sulci de color claro son bastante más lisos, con pocos cráteres pero, haciendo honor a su nombre, con largos surcos o fisuras de muchos kilómetros. Una vez más, a estas alturas de la serie ya sabes lo que la diferencia en la concentración de cráteres significa: las regiones son mucho más antiguas que los sulci. No hay manera de protegerse de los impactos en el Sistema Solar en general, y cerca de un pozo gravitatorio como el de Júpiter en particular, con lo que la única manera de tener una superficie tersa es que sea joven.

Pero ¿qué procesos pueden haber renovado la superficie ganimedeana? En esta época de su vida, nada puede producir el calor interno necesario para ello… pero hace unos cuantos cientos de millones de años sí. La densidad de cráteres sobre las regiones sugiere que son tan antiguas como el propio Ganímedes –casi tan antiguo como el Sistema Solar–, pero los surcos pueden tener algo menos de mil millones de años, jóvenes comparativamente, pero suficientemente antiguos para haberse formado durante una época en la que Ganímedes aún tenía una órbita más elíptica y, por tanto, calentamiento interno por deformación gravitatoria. No estamos seguros de ello, pero la explicación no tiene mala pinta.

La otra sorpresa proporcionada por las Voyager fueron las huellas de antiguos cráteres, denominados palimpsestos, por los manuscritos en los que se borra la escritura original para reutilizarlos. Se trata de lugares en los que obviamente hubo un cráter, pero el terreno se ha alisado de nuevo y apenas hay relieve que muestre su presencia original:

Ya que en Ganímedes apenas hay atmósfera –de ello hablaremos en un momento–, la explicación no puede ser la erosión del viento ni nada parecido. No, la causa más probable, como enseguida pensaron los científicos al ver fotos como ésta, era que Ganímedes era muy poco consistente por dentro, no un planeta rocoso normal. La presencia de grandes cantidades de hielo en el interior, por ejemplo, haría que con el tiempo, el terreno se asentara tras el impacto, volviendo más o menos a ser horizontal, por equilibrio hidrostático. Pero hacían falta más datos para confirmar este hecho.

Esos datos, junto con muchas más sorpresa aún que las Voyager, nos los proporcionó en los años noventa la maravillosa sonda Galileo, que tantas apariciones ha tenido ya en esta serie. Galileo tomó fotografías de una calidad extraordinaria, midió el campo gravitatorio y magnético de Ganímedes con gran precisión y estimó los niveles de radiación ionizante sobre su superficie; además, realizó observaciones espectroscópicas que nos permitieron conocer diversos compuestos en la superficie e incluso la atmósfera (¡atmósfera!) de Ganímedes… vamos, que si estudiaste el Sistema Solar, como yo, antes de 1994, no pudieron enseñarte mucho sobre esta luna porque no teníamos apenas idea de nada sobre ella.

Antes de nada, deléitate con esta foto de la transición entre unas zonas y otras, infinitamente más bella que las obtenidas por las Voyager. En ella se ve clarísimamente la diferencia y lo brusco del cambio:

¿Te suena a algo la estructura de los sulci? Se parecen bastante a las lineae de Europa, aunque no sean tan uniformes, ni de tanta longitud, ni tan perfectos. Mirarlos sugiere, por tanto, la presencia de hielo surgido del interior de la luna, como en el caso de Europa, por fenómenos de convección, aunque tal vez no tan intensos. Y, cuando Galileo examinó con su espectrómetro la radiación emitida por la superficie de la luna, comprobó que una gran parte de ella está formada por hielo de agua: los palimpsestos quedaban explicados.

De hecho, parece que los sulci, más modernos, son más claros porque tienen mayor cantidad de hielo, mientras que las regiones, al llevar mucho más tiempo “a la intemperie”, se han ido cubriendo de porquerías diversas y por eso son más oscuras. Aunque, como puedes ver, la precisión que tenemos no es grande, entre el 50% y el 90% de la superficie ganimedeana es hielo de H2O, gran parte de él en los polos. Pero esta luna nos “engaña”, al mirarla, porque está tan sucia que se parece a la propia Luna terrestre en apariencia, pero si rascas un poco te das cuenta de que, por dentro, no tienen nada que ver.

De hecho, aunque ya hemos visto que Ganímedes es el satélite más grande de todos, y de lejos mayor que nuestra Selene, ¡la gravedad selenita es mayor! Sobre la superficie de nuestra Luna, la aceleración gravitatoria es de unos 1,6 m/s2, mientras que en Ganímedes es de 1,4 m/s2. La razón es que Ganímedes, aunque impresione como satélite desde lejos es, como dijimos antes, un gigante de cristal.

La densidad de este satélite es sólo de 1 900 kg/m3, ¡ni siquiera llega al doble que la del agua! La de nuestra Luna, por comparar, es de 3 300 kg/m3. Naturalmente, Ganímedes tiene el suficiente tamaño para que, incluso con una menor densidad, sea más masivo que Selene: su masa es de unos 1,5·1023 kg, el 2,5% de la de la Tierra, pero se trata de una densidad muy pequeña. De hecho, es tan pequeña que, sin necesidad de más datos, es posible saber ya que gran parte de Ganímedes no puede estar hecho de silicatos, sino de hielo… algo razonable, dados los afloramientos de hielo en la superficie. Pero Galileo aún nos sorprendería más.

Aunque no podemos entrar aquí en demasiado detalle, es posible realizar las mediciones necesarias para estimar el momento de inercia de un planeta o satélite, para luego compararlo con el que tendría una esfera homogénea de la misma masa. Al hacer esto –no te importe no entender la frase anterior, porque no es necesario para comprender el resto–, es posible conocer aproximadamente la distribución de masa en un cuerpo planetario: ¿es más o menos homogéneo? ¿existe una gran diferencia de densidad entre el interior y el exterior? ¿tiene un núcleo diferenciado del resto? Cosas así.

Ganímedes tiene el contraste más grande entre interior y exterior de cualquier otro objeto consistente del Sistema Solar; tiene un interior que debe ser necesariamente de una enorme densidad, y un exterior extremadamente ligero, es decir, está muy diferenciado interiormente. Esto nos hace pensar que su denso núcleo probablemente contiene bastante hierro, rodeado de una capa de silicatos y, en el exterior, una gran capa de hielo. No estamos seguros del tamaño de cada uno, pero las estimaciones modernas son de unos 800 km para el radio del núcleo, un espesor de 900 km para el manto de silicatos y los 900 exteriores para el hielo. ¡Ojo! Puede parecer que la cantidad de silicatos y hielo es la misma porque los espesores son iguales, pero recuerda que estamos hablando de capas de una esfera, con lo que el mismo espesor contiene cantidades muy distintas de material si es más interno o más externo; la capa de hielo ocupa un volumen muchísimo mayor que la de silicatos o que el núcleo.

La presencia de hierro en el núcleo no está avalada sólo por esta gran densidad interna comparada con la externa: Galileo midió el campo magnético de Ganímedes, y obtuvo datos que no dejan lugar a dudas sobre un núcleo ferromagnético. Ganímedes tiene un campo magnético considerable: su momento magnético es el triple que el de Mercurio. No sólo es claramente distinguible del de Júpiter como un campo magnético independiente, sino que Ganímedes tiene su propia magnetosfera, cinturones de radiación, etc.

El campo magnético de Ganímedes constituye, de hecho, uno de los grandes enigmas de este satélite aún hoy. Un campo así está probablemente generado por una dinamo interna, como la de nuestra propia Tierra –aunque, como tal vez recuerdes, ni siquiera entendemos bien el funcionamiento de la nuestra–, que requiere de hierro fundido. Pero Ganímedes es muy pequeño comparado con la Tierrra, y hace ya tiempo que no sufre calentamientos por deformación… además, esos calentamientos afectan fundamentalmente a las capas medias y externas, no al núcleo. En resumen: Ganímedes debería estar ya demasiado frío por dentro para tener una dinamo en el núcleo. ¿Por qué no lo está? No lo sabemos; sí sabemos que la presencia de isótopos radiactivos, salvo que sea en proporciones inimaginables, no lo explican.

Las dos hipótesis modernas más aceptadas son las siguientes:

• Es posible que, como dijimos antes, en un pasado no demasiado lejano la excentricidad de la órbita de Ganímedes haya supuesto un calentamiento del manto de silicatos por deformación. De ser así, tal vez la mayor temperatura del manto haya servido para que el núcleo se haya enfriado más lentamente de lo esperable durante estos cientos de millones de años, lo que podría dar cuenta de su temperatura actual.
• Tal vez el núcleo ya esté frío, pero en el pasado generase un campo magnético considerable, suficiente para haber imantado el manto de silicatos cuando estaba más caliente que ahora. En ese caso, una vez los silicatos se enfriaron, los dipolos magnéticos quedaron fijos, de modo que el campo magnético actual sería la consecuencia de la imantación remanente en el manto de silicatos, no un campo magnético debido a un interior “vivo”.

El campo magnético de Ganímedes, además, nos lleva a un segundo misterio; al igual que en el caso de Europa, el campo magnético inducido en Ganímedes es muy difícil de explicar si no consideramos la existencia de una gran masa de agua salada y líquida bajo su superficie. Sí, sí… ¡un océano subterráneo una vez más! Y eso con todas las posibles consecuencias… a menudo pensamos en Europa, y nos olvidamos de Ganímedes –y de otros lugares– como posibles moradas de vida extraterrestre, aunque sea microscópica o muy simple. El problema en este caso es que nuestros modelos sitúan el océano interno de Ganímedes a bastante más profundidad bajo la superficie que en el caso de Europa, lo que significa que sería bastante más difícil llegar hasta allí para echar un ojo – de ahí que la mayor parte de nuestros esfuerzos se dirijan a aquella luna y no a ésta.

Galileo fue además capaz de elaborar un mapa de muy buena calidad de Ganímedes, que es un pedazo de imagen de unos 5 MB pero no puedo dejar de compartir, porque es un fondo de pantalla soberbio (la imagen mostrada es más pequeña, el enlace a la grande está a pie de foto). La he modificado respecto a la original para que sirva de fondo, ya que tenía fondo blanco y lo he cambiado por negro:

Aquí tienes un montaje en forma de vídeo de la rotación de Ganímedes realizado por la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) estadounidense que revela a Ganímedes en todo su esplendor a partir de imágenes de la Galileo:

[quicktime]https://eltamiz.com/images/2010/September/Ganymede.mov[/quicktime]

Los cráteres de impacto que cubren gran parte de la superficie ganimedeana hacen evidente que Ganímedes no tiene una atmósfera densa, pero sí que tiene una atmósfera muy tenue: si recuerdas el caso de Europa, es muy parecida, y seguramente por las mismas causas –de modo que disculpa si lo menciono brevemente, pues sería una bobada repetir aquí todo lo que ya discutimos entonces–. Al igual que allí, el hielo de la superficie es bombardeado por radiación ionizante, el hidrógeno escapa de la escasa gravedad y el oxígeno, al menos durante un tiempo, permanece. En el caso de Ganímedes, la radiación ionizante que alcanza su superficie es muchísimo menor que en Europa (y allí era ya menor que en Ío): unas sesenta veces menor. Por otro lado, la gravedad ganimedeana es mayor que la de Europa, con lo que esta luna es capaz de retener los retazos de atmósfera mejor que aquélla. Una cosa compensa la otra y, al final, la diferencia no es grande.

El caso es que Ganímedes sería, por esa razón, un lugar mucho más seguro que Europa para establecer una base. Por un lado, seguimos disponiendo de enormes cantidades de H2O a nuestro alrededor como allí, y por otro estaríamos en una superficie sometida a 80 milisieverts diarios de radiación frente a los 5400 de Europa. Desde luego, seguramente construiríamos bases subterráneas, pero no haría falta ir muy abajo y las “excursiones” por el exterior no serían tan peligrosas. Podemos dar las gracias a la combinación de dos factores: el campo magnético relativamente intenso de Ganímedes, que lo protege hasta cierto punto de las partículas cargadas, y la mayor distancia al monstruo Júpiter.

De lo que nada puede proteger a Ganímedes es de los impactos de cometas y asteroides, al estar tan cerca de Júpiter, que los atrae como moscas a la miel. De hecho, esta combinación nos proporciona imágenes maravillosas. Imagina la siguiente escena: un cometa, proveniente de las lejanísimas regiones exteriores del Sistema Solar, se acerca demasiado al sistema joviano. Cae sin remisión hacia el Leviatán, y la descomunal atracción gravitatoria lo va desmenuzando, pues un cometa tiene una consistencia muy liviana, al ser básicamente una bola de nieve sucia (¡pero menuda bola de nieve!). Según se acerca al gigante, el cometa ya no es un único objeto, sino una especie de avalancha de múltiples trozos grandes y pequeños de hielo, rocas y polvo desgranados del objeto original… pero entonces, por casualidad, Ganímedes se entromete en el camino, y los pedazos que caen hacia Júpiter a gran velocidad impactan sobre la luna, como si de perdigones de escopeta se tratase. Y, como resultado de este proceso de ciencia-ficción, obtenemos por ejemplo Enki catena, la cadena de Enki, por el dios sumerio, una cadena de trece cráteres que quita el aliento:

Gran parte de las discusiones que tuvimos acerca de la colonización de Europa son perfectamente válidas también aquí, y no voy a repetirlas de nuevo: ya hemos puesto de manifiesto la principal ventaja de Ganímedes debido a su magnetosfera y lejanía a Júpiter. Tampoco voy a repetir las discusiones sobre las posibles condiciones de vida –si la hay– en el océano subterráneo –si lo hay–, porque serían argumentos casi idénticos a los que ya expuse al hablar de Europa: esta serie ya es suficientemente larga sin repetir cosas.

Desde luego, nos hace falta más información sobre este satélite, pero tendremos que esperar para ello… como dijimos en el artículo sobre Europa, la misión Laplace a las lunas galileanas está prevista para 2020, de modo que hay que ser pacientes y esperar a que esa misión siga revelando los secretos de este efebo amante de Zeus.

En el próximo artículo de la serie nos dedicaremos a la cuarta de las hermanas, la ninfa –o luna helada, según se mire– Calisto.

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Pedro Gómez-Esteban González. (2009). El Tamiz. Recuperado de: https://eltamiz.com/el-sistema-solar/