Europa, una de las lunas de Júpiter, presenta llamativas vetas rojas que recorren su superficie. Presumiblemente, son una mezcla congelada de agua y sales, pero la estructura química no coincide con ninguna sustancia conocida en la Tierra.
Para averiguar de qué tipo de sustancia se trata, científicos estadounidenses añadieron sal de mesa (cloruro sódico) a agua destilada (H₂O) en el laboratorio. Bajaron la temperatura a menos de -50 grados y aumentaron considerablemente la presión. Así consiguieron fabricar dos nuevos tipos de cristales, con una estructura molecular diferente, en comparación con una sustancia congelada “normal” de cloruro sódico disuelto en agua. Con ello, los investigadores creen haber resuelto el enigma: esta sustancia, que con toda probabilidad nunca antes había existido en la Tierra, parece ser la misteriosa forma de hielo salado que tiñe de rojo la superficie de la luna Europa de Júpiter y que también puede encontrarse en el fondo de sus profundos océanos.
Descubrimiento fundamental
“Hoy en día es raro que un investigador haga un descubrimiento fundamental en ciencia”, afirma el investigador principal, Baptiste Journaux, de la Universidad de Washington. “La sal de mesa y el agua son dos sustancias muy comunes en la Tierra y se han estudiado hasta la saciedad en condiciones terrestres. Pero cómo se forma una solución salina en condiciones muy exóticas en otro planeta o luna y cuáles son las características químicas y físicas de tal sustancia, eso aún lo desconocíamos por completo. Probablemente, queden por descubrir muchos más minerales y cristales que no existen en la Tierra, pero sí en otros lugares del universo. Incluso podemos ver algunas de estas sustancias con nuestros telescopios. Es una época apasionante. Vamos a rehacer la ciencia fundamental de nuestros predecesores del siglo XIX, pero a alta presión y baja temperatura”.
Patrones acuosos
A bajas temperaturas, el agua y las sales se combinan para formar un entramado rígido de hielo salado. Este compuesto similar al hielo, mantenido en su lugar por enlaces de hidrógeno, también recibe el nombre de hidrato. Hasta ahora, el único hidrato conocido de cloruro sódico era una estructura simple con una molécula de sal por cada dos de agua. Pero ahora se han encontrado en el laboratorio dos nuevos hidratos a alta presión y baja temperatura. Su estructura es muy diferente a la de una solución salina común. Uno de ellos tiene una proporción de dos cloruros de sodio por cada 17 moléculas de agua, mientras que el otro tiene un cloruro de sodio por cada 13 moléculas de agua. Esto coincide perfectamente con la observación de que los patrones de la superficie de las lunas de Júpiter son más “acuosos” de lo esperado. “Tiene la estructura que los científicos planetarios estaban esperando. Encaja perfectamente en la imagen”, explica Journaux.
La punta del iceberg de la sal
El descubrimiento de nuevos tipos de hielo salino es importante no solo para la ciencia planetaria, sino también para la fisicoquímica (la zona fronteriza entre la física y la química) e incluso puede proporcionar avances en la investigación energética, utilizando los hidratos para el almacenamiento de energía, escriben los investigadores.
Primero la estructura conocida, luego los dos cristales recién descubiertos de agua y sal de mesa, que se forman a temperaturas extremadamente bajas y altas presiones. Las moléculas de sal son amarillas y verdes, las de agua rojas y rosas. Imagen: Baptiste Journaux/Universidad de Washington
Para el experimento, se colocó una gota diminuta de solución salina entre dos diamantes del tamaño de un grano de arena y se comprimió a 25 000 veces la presión atmosférica estándar. Los investigadores pudieron presenciar el proceso mirando a través de los diamantes transparentes con un microscopio. “Teníamos curiosidad por saber qué ocurriría con el agua al añadirle sal, ya que el cloruro sódico actúa como anticongelante. Para nuestra sorpresa, vimos que estos cristales desconocidos empezaban a crecer bajo el microscopio cuando aumentábamos la presión. Fue un descubrimiento muy accidental”, afirma Journaux.
¿En las profundidades de un lago de la Antártida?
Las condiciones creadas en el laboratorio son probablemente cotidianas en las lunas de Júpiter, donde los océanos pueden estar cubiertos por cientos de kilómetros de grueso hielo. “La alta presión simplemente acerca las moléculas, por lo que su interacción cambia. Ese es el principal motor de la diversidad de estructuras cristalinas que hemos encontrado”. Uno de los dos hidratos recién formados permaneció estable incluso después de eliminar la alta presión. “Descubrimos que este hidrato permanece estable en condiciones estándar hasta unos 50 grados Celsius bajo cero. Así que este hidrato recién descubierto podría estar presente en un lago muy salado de la Antártida, por ejemplo”, dijo Journaux.
Los investigadores planean fabricar más de este producto y esperan reunir más pruebas de que los hidratos recién descubiertos también están presentes en las lunas heladas de Júpiter comparando las huellas químicas.
De camino a Europa y Titán
En los próximos dos años, dos misiones espaciales explorarán las lunas de Júpiter: la misión Jupiter Icy Moons Explorer de la Agencia Espacial Europea ESA se lanzará en abril de este año y la NASA lanzará la misión Europa Clipper en octubre de 2024. En 2026, la misión Dragonfly de la NASA también se dirigirá a Titán, la luna de Saturno, para aprender más sobre las interesantes lunas de nuestro sistema solar. “Aparte de la Tierra, estos son los únicos objetos planetarios en los que ha existido o sigue existiendo agua líquida desde hace mucho tiempo. Esto es crucial para la aparición y el desarrollo de la vida”, explica Journaux.
“Creo que en estas lunas las posibilidades de descubrir vida extraterrestre en nuestro sistema solar son mayores. Por eso es importante estudiar sus océanos particulares para comprender mejor cómo se originaron y evolucionaron hasta convertirse en lo que son hoy. ¿Cómo consiguieron mantener agua líquida tan lejos del sol, en regiones tan frías del sistema solar? Es algo sobre lo que estamos muy interesados en saber más”.