Vida, pero no como la conocemos

Después de una serie de fracasos en las misiones, en julio de 1965 se produjo el primer sobrevuelo con éxito de Marte. El Mariner 4 de EE.UU. se convirtió en la primera nave espacial en tomar imágenes de cerca de otro planeta, enviando a la Tierra 22 imágenes de la superficie marciana con cráteres de impacto. Desde entonces, más de 20 misiones exitosas han explorado la atmósfera y la superficie del planeta rojo.

Gracias a las imágenes y los datos recogidos -y por los telescopios, tanto en la Tierra como en el espacio- ahora sabemos que hace miles de millones de años, Marte tenía los tres ingredientes críticos para la vida. Tenía abundancia de los componentes químicos, agua líquida en su superficie y una fuente de energía (actividad volcánica) para alimentar las reacciones químicas que hacen posible la vida (en la Tierra esa fuente de energía es el sol). En la actualidad, se considera que la superficie inhóspita de Marte no es apta para la vida, pero no se ha descartado la posibilidad de que exista vida en las profundidades de su superficie helada. Sin embargo, hasta la fecha no se ha encontrado ninguna prueba de vida -antigua o no-. Resulta que el hecho de que Marte sea habitable no significa que realmente tenga un hábitat.

La búsqueda de vida marciana está en marcha, con otras tres misiones a Marte previstas para lanzarse en los próximos años. A más largo plazo, varias agencias espaciales también pretenden recoger muestras de Marte y devolverlas a la Tierra para un análisis más exhaustivo. Y la búsqueda de signos de vida extraterrestre se está extendiendo a las profundidades de nuestro sistema solar y más allá.

Europa

El gigante gaseoso Júpiter, el siguiente planeta más allá de Marte en el sistema solar, es inhóspito para la vida en cualquier forma actualmente imaginable. Pero sus lunas heladas, especialmente Europa, tienen potencial. Varias misiones han pasado por Júpiter y sus lunas de camino a otros lugares, pero la misión Galileo de la NASA fue la primera diseñada para orbitar específicamente el planeta y estudiar sus lunas. Recogió imágenes y datos en el sistema joviano desde 1995 hasta 2003, pasando 12 veces por Europa.

Las imágenes y los datos recogidos por esta nave sugieren que Europa tiene una estructura en capas como la Tierra: un núcleo rico en hierro, un manto rocoso y una corteza de hielo. Las mediciones de los campos magnéticos han revelado la existencia de una corriente eléctrica en el interior, lo que es compatible con un océano líquido salado bajo la gruesa corteza de hielo que rodea todo el planeta. Las fotografías que muestran enormes grietas en el hielo, tomadas por la misma misión, apoyan esta idea.

La superficie de Europa se asemeja al hielo marino de la Tierra en la Antártida, explica François Poulet, del Instituto de Astrofísica Espacial de la Universidad París-Sur de Francia: «Indica que el hielo es geológicamente bastante joven y podría ser una prueba de su interacción con un depósito de agua líquida. En diciembre de 2012, el telescopio espacial Hubble también detectó vapor de agua sobre el polo sur de Europa y se propuso que procedía de penachos de agua en erupción. Sin embargo, las naves espaciales aún no han visto estos penachos, por lo que si existen deben ser intermitentes.

Así que, probablemente, Europa tiene agua. ¿Pero qué hay de los otros dos componentes necesarios para ser habitable? Tiene una fuente de energía térmica que proviene de la fricción de ser atraído hacia el campo gravitatorio de Júpiter en diferentes cantidades durante las distintas etapas de su órbita elíptica. También hay mucha radiación alrededor de Júpiter para iniciar potencialmente reacciones químicas (lo suficientemente fuertes como para destruir rápidamente cualquier compuesto orgánico formado). Pero todavía no se sabe si tiene los ingredientes químicos adecuados; los modelos sugieren que sí, pero se necesitan más datos concretos.

En 2022, tanto la Agencia Espacial Europea (ESA) como la Nasa planean lanzar naves espaciales que se acercarán a Europa. La nave de la ESA Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) tardará más de siete años en llegar al sistema joviano. Llegaremos a finales de 2029 y comenzaremos a operar durante 2030″, afirma Poulet, miembro del equipo que desarrolla el espectrómetro visible e infrarrojo de a bordo llamado Majis (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer). El objetivo principal de la misión Juice es Ganímedes, otra de las lunas de Júpiter, pero Europa recibirá dos sobrevuelos. Majis caracterizará la composición de la superficie de esta luna y, junto con el espectrómetro UV de a bordo, determinará la composición de la finísima atmósfera de Europa. Otras cámaras y espectrómetros también ayudarán a comprender el interior y la corteza de este mundo helado.

Para la misión Europa Clipper de la Nasa, Europa es la estrella del espectáculo. Aunque la misión aparentemente obvia sería orbitar Europa durante unos años, cualquier nave espacial que lo hiciera estaría expuesta a la radiación de Júpiter, que acortaría su vida. En cambio, Europa Clipper orbitará alrededor de Júpiter, entrando y saliendo de su cinturón de radiación. Llevará a cabo al menos 45 sobrevuelos cercanos de Europa durante tres años y medio. Una mezcla de cámaras y espectrómetros examinará la luna y su tenue atmósfera. Si los penachos de agua sobre el Polo Sur existen, también podrá volar a través de ellos y, por tanto, medir directamente la composición química del océano lunar. Si el Europa Clipper se lanza en 2022, hay dos momentos posibles para su llegada: 2025, si se utiliza el nuevo Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) de la Nasa que está actualmente en desarrollo, o enero de 2030, si se utiliza un cohete tradicional.

Encélado

Las lunas del vecino de Júpiter también son objetivos principales en la búsqueda de vida extraterrestre, especialmente Encélado y Titán. Cassini llegó al sistema de Saturno en 2001 y realizó 23 sobrevuelos de Encélado y 127 de Titán antes de que la misión terminara en septiembre de 2017.

El primer sobrevuelo de Encélado hizo saltar las alarmas de que no era el cuerpo helado sin aire que se suponía anteriormente, explica la científica del proyecto Cassini Linda Spilker. Así que Cassini se acercó, y luego volvió a acercarse. En el tercer sobrevuelo detectamos en el infrarrojo térmico un polo sur caliente y vimos de cerca las cuatro fracturas en forma de raya de tigre», explica. Las marcas de las rayas de tigre cerca del Polo Sur son 200°C más calientes que el resto de la luna. Al igual que en el caso de Europa, se supone que la fricción causada por las fuerzas gravitatorias de Saturno hace que Encélado se caliente desde dentro hacia fuera.

Este tercer sobrevuelo también recogió pruebas de un penacho de material que sale de las rayas. «Por supuesto, esto nos hizo sentirnos más intrigados por Encélado», dice Spilker. Algunos de los siguientes 20 sobrevuelos atravesaron directamente el penacho y tomaron muestras de los gases y partículas que contenía. Fue entonces cuando encontramos vapor de agua, un depósito salino y sustancias orgánicas.’

El espectrómetro de masas iónico y neutro a bordo de Cassini detectó moléculas orgánicas en los penachos, tanto en los gases como en las partículas de su interior, hasta el límite del instrumento. ‘Pudieron detectar hasta 100 unidades de masa atómica. Hay grupos de C2 a C6 y posiblemente más allá’, explica Spilker.

Encontramos vapor de agua, un depósito salino y orgánicos procedentes de los chorros polares de Encélado

Aunque fue ‘muy emocionante encontrar estos orgánicos’, aún no es posible decir si fueron formados por seres vivos o no, explica. El instrumento no tiene forma de hacer esa distinción, tenemos que volver con espectrómetros de masas más potentes, yendo a un rango mucho más amplio que pueda buscar moléculas madre de cadena grande, como aminoácidos y ácidos grasos». Estos dos datos apuntan a la existencia de fuentes hidrotermales en el fondo marino de Encélado», afirma Spilker. Las fuentes hidrotermales se forman en lugares donde el agua del mar se encuentra con el magma. El agua desciende por las grietas del núcleo, se calienta y vuelve a salir con fuerza.

En la Tierra, los respiraderos hidrotermales están repletos de organismos que no se ven en ningún otro lugar. Estos microbios obtienen su energía de los nutrientes de los fluidos ricos en minerales que suben desde el núcleo de la Tierra. Se cree que son los únicos organismos de la Tierra que no obtienen su energía del sol. Los respiraderos hidrotermales de Encélado, y de otros cuerpos planetarios, son por tanto lugares potenciales para la vida.

Se cree que Encélado, al igual que Europa, tiene un océano global bajo su superficie helada. Un estudio de 10 años de datos de la Cassini, en el que se observa la vibración de la luna, descubrió que el núcleo y la corteza no están unidos. Una forma de desacoplarlos es tener un océano global de agua líquida», dice Spilker. Ahora se estima que este océano global en Encélado podría tener cientos de millones o incluso miles de millones de años de antigüedad, incluso podría haber durado desde el momento en que Encélado se formó». Eso es emocionante porque significa que ha habido una gran cantidad de tiempo en una enorme masa de agua para que la vida se forme potencialmente, explica.

Los datos recogidos por Cassini muestran que Encélado tiene los tres ingredientes necesarios para albergar vida, pero aún no se ha encontrado ninguna prueba de que la vida esté realmente presente. Los telescopios, explica Spilker, no son muy buenos para explorar esta luna: «Encélado es muy pequeño y está muy cerca de Saturno, lo que dificulta su detección desde la Tierra». Y por esta razón es deseable una nueva misión aquí, explica.

Titan

Cassini no fue la primera nave espacial en visitar las lunas de Saturno. La Voyager 1 visitó la región en 1980. Cuando los investigadores volvieron a procesar algunas de estas viejas imágenes, después de que Cassini descubriera los penachos de Encélado, se dieron cuenta de que los chorros habían sido captados por la cámara 25 años antes.

Sin embargo, fue Titán el principal objetivo de la misión Voyager de la Nasa. En 1944, los astrónomos utilizaron telescopios para descubrir que esta luna tenía una gruesa atmósfera que contenía metano. Los datos recogidos por las naves Voyager mostraron entonces que se trataba principalmente de nitrógeno, un pequeño porcentaje de metano y pequeñas cantidades de hidrocarburos como etano, propano y acetileno. A mediados de los años noventa, el Observatorio Espacial Infrarrojo realizó mediciones que nos ayudaron a encontrar algunas moléculas más complejas», explica Sarah Hörst, química atmosférica de la Universidad Johns Hopkins de Baltimore (Estados Unidos). El benceno era la molécula más pesada que conocíamos antes de la Cassini», añade.

La química se complica muy rápidamente en Titán

«La Cassini llegó allí y empezó a hacer mediciones de la atmósfera y, en lugar de encontrar cosas que tenían una masa de 78 como el benceno, la Cassini descubrió que hay iones en la parte superior de la atmósfera de Titán que tienen masas de más de 10.000″, dice Hörst. Así que son setecientos u ochocientos átomos de carbono en lugar de seis o siete átomos de carbono».

Los instrumentos a bordo de Cassini -y su sonda Huygens, que aterrizó en Titán en enero de 2005- no pudieron identificar estos iones, sólo confirmar que existen. Estas moléculas se forman cuando el nitrógeno y el metano del exterior de la atmósfera se descomponen por la luz ultravioleta y la radiación, y luego se recombinan de todas las maneras posibles. La química se complica muy rápidamente en Titán», explica Ralph Lorenz, también de la Universidad Johns Hopkins. Hörst está de acuerdo: «Una de las cosas más importantes que Cassini nos ha dicho sobre Titán es que la química es aún más complicada de lo que pensábamos antes de llegar allí».

Titán también se cree que tiene un océano de agua líquida bajo su superficie helada. ‘La corteza de hielo es probablemente mucho más gruesa en Titán que en Europa y Encélado’, dice Hörst. De nuevo, como se sospecha en las otras lunas con océanos subterráneos, podría existir vida allí abajo. Pero éste no es el único entorno de Titán en el que podría formarse vida.

Titán tiene lagos en sus polos. Es el único lugar aparte de la Tierra que se conoce que tiene un líquido en su superficie. Pero con una temperatura superficial de -180°C estos no pueden contener agua. La misión Cassini determinó que están llenos de etano y metano superfríos, que son gases en la Tierra. En Titán, estos hidrocarburos líquidos esculpen valles fluviales, forman nubes y caen como lluvia. Pero, ¿podrían actuar también como el disolvente necesario para la vida?

«Si hay organismos en la superficie, tendrían que utilizar una química muy diferente a la nuestra», explica Hörst. Podría seguir basándose en el carbono, el nitrógeno, el hidrógeno y el oxígeno. Podría tratarse simplemente de un conjunto diferente de moléculas que funcionan mejor a esas temperaturas y con ese disolvente.’

La materia orgánica se desprende constantemente de la atmósfera

«No entendemos realmente toda la gama de posibilidades químicas en un disolvente no polar como el metano líquido», explica Lorenz. Se ha especulado con la posibilidad de formar membranas con acrilonitrilo. La idea es que este tipo de ensamblaje se llame azotosoma, un análogo del liposoma en la química biológica convencional». Los extremos de las moléculas que aman el metano y que lo odian podrían permitir que el acrilonitrilo se organizara en una vesícula esférica capaz de aislar un conjunto de sustancias químicas de otro.

‘Conocemos algunas posibilidades de las funciones que la química del acrilonitrilo tiene que desempeñar para acabar convirtiéndose en algo vivo, pero no sabemos cómo podrían realizarse todos los pasos. Tampoco sabemos, por supuesto, cómo podrían realizarse todos los pasos en el agua», dice Lorenz. Así que son dos entornos diferentes los que necesitamos para buscar vida en Titán. Podemos buscar vida tal y como la conocemos, pero también vida tal y como no la conocemos, lo que complica las cosas».

Hörst y Lorenz forman parte de una misión en fase de ideas que pretende hacer precisamente esto. En diciembre de 2017, la Nasa anunció más financiación para desarrollar la posibilidad de enviar una aeronave de rotor similar a un dron, llamada Dragonfly, para explorar la química prebiótica de Titán. En la primavera de 2019, la Nasa anunciará si Dragonfly despega o no.

«Si tenemos la suerte de que Dragonfly reciba financiación, se lanzaría en 2025 y llegaríamos a Titán en 2034″, explica Lorenz. Dragonfly sería un cuadricóptero capaz de volar unas decenas de kilómetros en una hora, más lejos de lo que jamás ha viajado ningún explorador planetario. Las peculiaridades del entorno de Titán, con su baja gravedad y su densa atmósfera, hacen que sea muy fácil trasladar el laboratorio mediante rotores. Podremos despegar y explorar objetivos cada vez más interesantes», afirma.

Dragonfly contaría con un conjunto de instrumentos para estudiar la química de la superficie y la atmósfera de Titán. También sería capaz de explorar bajo la superficie utilizando un taladro y un espectrómetro de rayos gamma. El objetivo es obtener «información sobre cosas que no se pueden ver necesariamente si sólo miramos la superficie», explica Hörst. La materia orgánica se desprende constantemente de la atmósfera y puede tapar lo que hay debajo». ‘El Atacama Large Millimetre Array, un conjunto de radiotelescopios en el desierto de Atacama, en Sudamérica, es un recurso realmente increíble para nosotros’, dice Hörst. Utilizan Titán como objetivo de calibración y todos esos datos están disponibles públicamente. La gente ya está descubriendo un buen número de nuevas moléculas en la atmósfera de Titán utilizando esos datos». El telescopio también permitirá descubrir información sobre cómo se distribuyen estas moléculas en la atmósfera de Titán. ‘Y luego, una vez que se lance el James Webb, es de esperar que también podamos obtener buena ciencia de Titán con ese telescopio.’

Más allá de nuestro sistema solar

El lanzamiento del telescopio espacial James Webb (JWST) está previsto para la primera mitad de 2019. Se «aparcará» en el punto dos de Lagrange, un lugar del espacio profundo donde la atracción gravitatoria del Sol, la Tierra y la Luna se anulan mutuamente. Se quedará allí y orbitará alrededor de ese punto del espacio», explica Nikole Lewis, astrónoma del Space Telescope Science Institute de Baltimore (EE.UU.), donde se está desarrollando el JWST. También es el centro de operaciones científicas del telescopio espacial Hubble.

Además de estudiar los planetas y lunas de nuestro sistema solar, el JWST mirará más allá de nuestro sistema solar y se unirá al estudio de los exoplanetas que tienen el potencial de albergar vida. En febrero de 2017, se anunció que la estrella Trappist-1 tiene siete planetas del tamaño de la Tierra en su órbita. A solo 39 años luz de distancia, este sistema solar se parece mucho al nuestro. Y al menos tres de los planetas están en la llamada zona habitable, lo que significa que podrían albergar agua líquida en sus superficies.

Los planetas de Trappist-1 fueron encontrados utilizando el telescopio espacial Spitzer, el Pequeño Telescopio de Planetas y Planetesimales en Tránsito (Trappist) en Chile y algunos otros telescopios basados en la Tierra. Y desde su descubrimiento, un equipo codirigido por Lewis ha examinado las atmósferas de algunos de estos planetas utilizando el Hubble. JWST añadirá muchos más detalles a la imagen que su equipo está formando actualmente de estos exoplanetas y sus atmósferas.

JWST es un telescopio infrarrojo con una sensibilidad mucho mayor que cualquiera de sus predecesores. Podrá detectar las huellas químicas -si es que existen- de los componentes de las atmósferas de los exoplanetas, incluyendo el agua, el metano, el dióxido de carbono, el oxígeno y el ozono.

El equipo de Lewis también buscará pruebas de que hay vida en uno o más de estos planetas, alterando la química de su atmósfera. Esperamos que ciertas especies químicas estén en equilibrio y que la vida altere ese equilibrio», explica. Vamos a ser capaces de buscar en un gran número de planetas estos signos de desequilibrio en sus atmósferas que indicarían que hay vida allí»

Lewis está claramente entusiasmada con lo que el futuro puede traer. ‘Va a ser una época muy transformadora en términos de exoplanetas y también de la ciencia del sistema solar. Avanzando, tratando de entender las lunas en nuestros sistemas solares y luego tal vez su potencial para soportar la vida.’