La luna Encélado de Saturno es una capa congelada que envuelve un océano global, y cerca de su polo sur, las fracturas en la corteza están expulsando vapor de agua y partículas de hielo al espacio como un géiser que nunca recibió el memo sobre la plomería interior. Esas partículas les dan a los científicos una forma de estudiar un océano alienígena sin perforar kilómetros de hielo, lo cual es conveniente porque nadie tiene un taladro tan largo.

Un equipo internacional que incluye investigadores del Earth-Life Science Institute (ELSI) del Institute of Science Tokyo ha investigado ahora qué le sucede a esa agua oceánica mientras viaja desde debajo de la superficie y eventualmente se convierte en los diminutos granos de hielo detectados en el espacio.

Entre 2004 y 2017, el Analizador de Polvo Cósmico de la nave Cassini de la NASA midió la composición de partículas de hielo individuales en el anillo E de Saturno, que se abastece continuamente con material que erupciona desde Encélado. Un equipo liderado por el Prof. Frank Postberg de la Freie Universität Berlin examinó 961 espectros de masa de granos ricos en sal conocidos como partículas Tipo 3. Si los granos fueran simplemente pequeñas muestras del mismo agua oceánica, los científicos podrían esperar que contuvieran mezclas de sales ampliamente similares. En cambio, algunos eran especialmente ricos en cloruro de sodio, mientras que otros contenían mayores cantidades de carbonatos, fosfatos o cloruro de potasio. Un patrón particularmente llamativo: el cloruro y el carbonato rara vez aparecían juntos en la misma partícula rica en sodio.

Eso planteó un enigma básico. Si todos estos granos provenían del mismo océano, ¿por qué sus composiciones químicas diferían tanto? Es el equivalente en ciencia planetaria de pedir la misma sopa en el mismo restaurante y recibir condimentos salvajemente diferentes cada vez.

Para explorar esa cuestión, el profesor Yasuhito Sekine y sus colegas en ELSI crearon gotas de laboratorio que contenían las principales sales que se cree están presentes en el océano de Encélado. Los investigadores congelaron gotas de diferentes tamaños bajo diferentes condiciones de enfriamiento, y luego estudiaron cómo se distribuían los elementos químicos una vez que las gotas se habían solidificado. Los resultados mostraron que la velocidad de congelación juega un papel importante.

En gotas de aproximadamente 200 micrómetros de diámetro, las sales se separaron en diferentes regiones cuando la congelación ocurrió relativamente lenta, a aproximadamente 10 K por minuto o menos. Cuando las gotas se congelaron más rápido, sus ingredientes químicos permanecieron mucho más uniformemente mezclados.

"Lo que nos sorprendió fue que la diversidad vista por Cassini podría surgir de gotas que se originan en esencialmente la misma agua oceánica", dijo Sekine. "Nuestros experimentos muestran que cuando gotas oceánicas relativamente grandes se congelan lentamente, diferentes sales pueden separarse dentro de ellas. Si esas gotas congeladas luego se rompen, pueden producir granos de hielo mucho más pequeños, cada uno con composiciones químicas muy diferentes".

Los hallazgos también pueden revelar algo sobre lo que sucede dentro de la corteza helada de la luna. Estudios anteriores generalmente asumían que el rocío de agua de mar de Encélado se congela rápidamente y se mueve rápidamente hacia el espacio poco después de salir del océano. Los nuevos experimentos apuntan a un escenario diferente: las gotas pueden inicialmente moverse mucho más lentamente a través del sistema de ventilación subterráneo, siguiendo caminos complicados a través de fracturas en el hielo antes de acercarse a la superficie.

Los investigadores sugieren que el rocío oceánico primero forma gotas que van desde decenas a cientos de micrómetros de tamaño. A medida que esas gotas se mueven lentamente a través de secciones más profundas de las ventilaciones, se congelan gradualmente, dando a las sales suficiente tiempo para separarse en diferentes regiones. Más cerca de la superficie, las condiciones cambian. El gas comienza a moverse más rápido, y las gotas congeladas pueden chocar contra las paredes de canales helados más estrechos a alta velocidad. Esas colisiones pueden romper las gotas en pedazos mucho más pequeños. Cada fragmento puede provenir de una región rica en sal diferente dentro de la gota congelada original, creando granos con composiciones químicas muy diferentes. Esos fragmentos pueden luego escapar al espacio y convertirse en parte del anillo E de Saturno.

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