¿Cuál es el origen de la atmósfera de azufre de la luna Io?

La luna Io de Júpiter es uno de los cuerpos con mayor actividad geológica del sistema solar y es el origen de las partículas cargadas que provocan las auroras en el gigante gaseoso. Su fina atmósfera compuesta principalmente de dióxido de azufre tiene un origen muy ligado a estos dos fenómenos.

Io es uno de los cuerpos más activos e interesantes del sistema solar. Esta luna de Júpiter fue descubierta en 1610 por Galileo Galilei aunque no fue hasta la visita de la sonda Voyager 1 en 1979 que descubrimos que su superficie estaba cubierta por cientos de volcanes activos. Esta luna está rodeada por una fina atmósfera compuesta principalmente de dióxido de azufre, con ciertas cantidades de monóxido de azufre y oxígeno y azufre atómicos. Esta es una composición muy poco habitual para una atmósfera, pues suelen estar compuestas de dióxido de carbono, nitrógeno, metano, hidrógeno, helio, etc. Sin embargo la atmósfera de Io tiene su origen ligado a su incesante actividad geológica.

Esta actividad tiene por su parte un origen totalmente diferente a la terrestre. En el caso de nuestro planeta, el calor acumulado durante la formación del planeta y el generado desde entonces por la desintegración de elementos radiactivos ha mantenido al interior de la Tierra a suficiente temperatura como para que permanezca en estado líquido. Esto debió ser así para muchos otros planetas y lunas del sistema solar, pero al ser considerablemente más pequeños que la Tierra (que es el cuerpo rocoso más grande orbitando alrededor del Sol) se enfriaron mucho más rápido que ésta. Esto es de hecho lo que ocurrió en Marte, que en sus orígenes tenía vulcanismo y hasta campo magnético, resultado de este núcleo caliente y líquido, pero que en la actualidad no presenta ninguna de las dos.

Io es la cuarta luna más grande del sistema solar, siendo apenas mayor que nuestra propia luna, por lo que debería haberse enfriado su interior hace mucho tiempo. Y si Io fuera la única luna de gran tamaño orbitando alrededor de Júpiter, o si lo hiciera mucho más lejos, más allá de las otras lunas galileanas, así habría ocurrido. Pero Io tiene una posición muy concreta, que es en última instancia responsable de su aspecto y condición actual. Io se sitúa a apenas 420 000 kilómetros de Júpiter o casi 6 veces el radio del propio Júpiter. Esta distancia es apenas superior a la que separa a la Tierra de su luna, pero Júpiter es mucho más grande. Proporcionalmente, es como si la Luna orbitara a unos 38 000 kilómetros de la Tierra, más o menos donde orbitan los satélites geoestacionarios. Más allá de Io orbitan Europa, Ganímedes y Calisto, que tienen tamaños comparables o incluso superiores. De orbitar en solitario, Io habría acabado sufriendo un acoplamiento de marea con Júpiter y le mostraría la misma cara a lo largo de toda una órbita circular. 

El tirón constante de Europa y Ganímedes sin embargo impiden que esto ocurra y hace que Io tenga una órbita ligeramente elíptica y que sufra un cierto bamboleo alrededor de esa posición fija que debería tener. A lo largo de la órbita, Io ve cómo el abultamiento causado por la gravedad de Júpiter sobre el cuerpo va oscilando, nunca llegando al reposo y causando una tremenda fricción en el interior de la Luna. Esta fricción es la responsable de los 400 volcanes activos observados sobre Io. En la Tierra tenemos entre 50 y 80 volcanes activos de media.

Las erupciones en Io sin embargo son considerablemente más violentas que en la Tierra. Se han observado gases emanando a velocidades de unos 2 kilómetros por segundo, alcanzando las nubes creadas por estos volcanes varios cientos de kilómetros de altura. La lava expulsada durante las erupciones tiene temperaturas de entre 400 ºC y 650 ºC, aunque se han observado gases a casi 2 000 ºC. Además, esta constante actividad geológica es responsable de que la superficie de Io sea una de las más jóvenes del sistema solar y que no muestre cráteres ni estrías, como sí muestra el resto de grandes satélites. Esto no significa que sobre Io no caigan meteoritos, ni se formen valles, fallas o fosas, sino que cualquier “desperfecto” que se forme sobre su superficie es rellenado en poco tiempo por material fundido, por lava. 

Todo este material expulsado, que contiene grandes cantidades de azufre en distintos formatos moleculares, ha dado a Io un color entre amarillento y anaranjado, repleto de manchas grisáceas y marrones. Es también este el origen de la fina atmósfera que rodea al satélite. De ahí que la composición sea tan poco habitual, porque este material proviene del interior de Io y ha llegado a la superficie en forma de cientos de erupciones volcánicas. Pero lo gases expulsados no siempre caen a Tierra ni permanecen en forma de atmósfera. Gran cantidad de ellos sale despedido del satélite y acaba en órbita alrededor de Júpiter. Esto ha creado por un lado una especie de donut, o anillo tridimensional de radiación que rodea Júpiter a lo largo de la órbita de Io. Además, estas partículas expulsadas durante una erupción son gran parte de lo que provoca las constantes e intensas auroras que pueden observarse en Júpiter, junto con el viento solar.

Referencias:

Walker, A. C.; et al. (2010). "A Comprehensive Numerical Simulation of Io's Sublimation-Driven Atmosphere". Icarus. in. press (1): 409–432, doi:10.1016/j.icarus.2010.01.012

Current Eruptions, 2022, Smithsonian Institution, National Museum of Natural History, Global Volcanism Program, https://volcano.si.edu/gvp_currenteruptions.cfm

José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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