A primera vista, Mimas, la luna de Saturno, parece un típico mundo de hielo completamente congelado. Con un diámetro de poco menos de 400 kilómetros, hasta ahora se consideraba demasiado pequeño y frío para albergar agua líquida. Pero ahora nuevos análisis de su comportamiento orbital pintan un panorama completamente diferente: Mimas, la luna de Saturno, puede tener en realidad un océano líquido debajo de su corteza de hielo. Prueba de ello es una ligera oscilación de la luna de Saturno y un cambio gradual en su órbita, como determinaron los astrónomos basándose en los datos de medición de la sonda espacial Cassini. Lo que es aún más interesante es que el océano subglacial de la pequeña luna es todavía relativamente joven: puede haberse formado hace tan solo 25 millones de años, tal vez hace tan solo dos millones de años.
Mimas, la luna de Saturno, fue descubierta por el astrónomo británico Wilhelm Herschel en 1789. En ese momento se la consideraba la más interna de las lunas de Saturno conocidas anteriormente. La luna, de casi 400 kilómetros de diámetro, orbita Saturno en el espacio entre los delgados anillos G y E y está en resonancia orbital con las lunas de Saturno Tetis, Dione y Encelado, que orbitan más lejos. La característica más llamativa de Mimas hasta ahora ha sido el gran cráter Herschel, que ocupa casi un tercio de su superficie, dando a la pequeña luna la apariencia de la «Estrella de la Muerte» de la saga Star Wars. Pero el aspecto interior del Mimas hasta ahora ha sido controvertido. Su baja densidad sugiere que la Luna debe estar compuesta principalmente de hielo con sólo un pequeño núcleo rocoso. Aunque Mimas también está sujeto a las fuerzas de marea de Saturno, su órbita excéntrica y la ausencia de grietas u otras formaciones dinámicas en su superficie sugieren que su interior está congelado y rígido.
¿Núcleo deformado u océano subglacial?
Sin embargo, una observación ha suscitado dudas durante mucho tiempo: la sonda espacial Cassini de la NASA detectó una libración inusualmente pronunciada de Mima durante sus sobrevuelos. Se trata del suave bamboleo de los satélites que orbitan alrededor de sus cuerpos centrales en una rotación fija; la luna de la Tierra también muestra una libración similar. En Mimas, esta oscilación es más fuerte de lo que debería ser para una luna helada con un pequeño núcleo rocoso. «Se llegó a la conclusión de que Mimas debía tener un núcleo muy alargado o un océano subglacial global», explican Valery Lainey, del Observatorio de la Universidad de la Sorbona en París, y sus colegas. El escenario aplicable sigue siendo controvertido. Por eso Lainey y su equipo han analizado ahora otro factor que también está influenciado por la composición interna de la luna de Saturno: la precesión de su órbita. Describe el desplazamiento gradual de los puntos más distantes de la órbita lunar, el periapsis, bajo la influencia de las fuerzas de marea planetarias.
Para su estudio, los astrónomos evaluaron datos de la sonda espacial Cassini y los utilizaron para determinar el grado y la dirección de precesión en la órbita de Mimas. «Durante la misión Cassini, medimos un desplazamiento de la órbita de menos 9,4 kilómetros», informan. Los periapsis de la órbita de Mimas alrededor de Saturno se están moviendo lentamente en contra de su dirección orbital. Al igual que en las libraciones, esto sugiere que el campo gravitacional de la luna de Saturno no debe ser esférico, sino más bien alargado, y esto sólo puede explicarse por un núcleo muy aplanado o un océano líquido que sigue las fuerzas de marea, afirman Lainey y sus colegas. . En otras simulaciones del modelo determinaron cómo encajan los valores determinados en estos dos escenarios. Esto demostró que un núcleo sólido y plano debe extenderse lateralmente con tanta fuerza que atraviese la superficie de Mimas con sus bordes. «Esto no es consistente con las observaciones», dijo el equipo.
Océano joven bajo la corteza de hielo
“Después de que la hipótesis de la imitación sólida llegó a un callejón sin salida, investigamos los efectos de un océano subterráneo”, informan los astrónomos. Supusieron un núcleo rocoso sólido, un océano subglacial y una corteza de hielo sólida. Las simulaciones mostraron que un océano líquido a una profundidad de entre 25 y 30 kilómetros podría explicar tanto las libraciones como la precesión de la luna de Saturno. Sin embargo, a diferencia de Encelado o Europa, la luna de Júpiter, este océano subglacial en Mimas debe ser un desarrollo relativamente reciente. De lo contrario, el movimiento del océano interno habría hecho hace mucho tiempo que la órbita de Mima fuera más circular y centrada. «Por lo tanto, el océano debe tener menos de 25 millones de años y aún evolucionar», escriben Lainey y sus colegas. Según sus simulaciones, el océano subglacial de la luna de Saturno podría tener tan solo dos millones de años. Según ellos, esta pequeña edad podría explicar por qué no hay signos visibles de este océano en la superficie de la Luna. Además, el cráter Herschel, mucho más antiguo, no podría haberse formado de otra manera, al menos no de esta forma.
Sin embargo, este escenario plantea la pregunta de por qué el interior originalmente congelado de Mimas se derritió sólo parcialmente hace relativamente poco tiempo en términos astronómicos. Según los astrónomos, existen varias causas posibles para esto. La turbulencia gravitacional en ese momento puede haber cambiado las órbitas de Mimas y otras lunas más grandes de Saturno de modo que entraron en mayor resonancia entre sí y la órbita de Mimas se volvió temporalmente más excéntrica. Esto provocó fuerzas de marea más fuertes y calentó el interior de la luna. «También se ha sugerido recientemente que la pérdida de una luna de Saturno podría explicar la oblicuidad de Saturno y sus anillos jóvenes», informan Lainey y sus colegas. La destrucción de esta luna de Saturno también puede haber aumentado temporalmente la excentricidad de la órbita de Mimas.
En conjunto, estos hallazgos también arrojan nueva luz sobre dónde y cómo pueden existir océanos subglaciales incluso en mundos helados. «La idea de que incluso lunas heladas relativamente pequeñas puedan albergar océanos jóvenes es un desafío», escriben Matija Cuk del Instituto SETI y Alyssa Rhoden del Instituto de Investigación del Suroeste en Colorado en un comentario adjunto en Nature. «La incorporación de Mimas al catálogo de mundos oceánicos también cambia nuestra imagen general de cómo podrían aparecer esas lunas». Ahora es el momento de echar otro vistazo más de cerca a las otras lunas heladas de tamaño mediano del sistema solar.
Fuente: Valery Lainey (Observatorio de París) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-023-06975-9
