JUICE, en busca de vida en las lunas heladas de Júpiter

La exploración espacial ha ampliado las fronteras del conocimiento científico, pero también ha dado un vuelco a nuestra visión del lugar que ocupa la humanidad en el Universo. Nicolas André, fascinado por los planetas desde los 12 años, explica qué significa JUICE para los científicos y qué hay detrás de sus investigaciones.

El exitoso lanzamiento de la misión JUICE el 14 de abril de 2023 marcó una fecha importante en la vida de Nicolas André, científico planetario del Instituto de Investigación en Astrofísica y Planetología de Toulouse (IRAP). 

En 2005, Nicolas formó parte del equipo científico que propuso la creación de una misión a Júpiter y sus lunas para el programa de exploración Cosmic Vision 2015-2025 de la Agencia Espacial Europea (ESA). La propuesta funcionó: en 2012, la ESA decidió poner en marcha la misión JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), cuyo objetivo es estudiar las propiedades físicas de las lunas heladas de Júpiter -Ganímedes, Europa y Calisto- y confirmar la posibilidad de mundos habitables alrededor del gigante gaseoso. 

Años de investigación y misiones espaciales anteriores, como Galileo de la NASA, ya han confirmado que algunas de estas lunas contienen vastos océanos de agua líquida bajo su corteza helada, con posibles afloramientos en la superficie en el caso de Europa. La misión JUICE permitirá investigar y confirmar estas hipótesis.

Nicolas André, científico planetario del IRAP © Courtesy of Nicolas André 

Trabajar codo con codo con los científicos

La ESA seleccionó a Airbus como contratista principal de la nave espacial JUICE en 2015 y colaboró estrechamente con los científicos implicados en el proyecto. Benjamin Massart, responsable técnico de carga útil en Airbus Defence and Space, supervisó el desarrollo de algunos de los instrumentos a bordo de JUICE y colaboró con los equipos de ingeniería.

 "La coordinación con los equipos científicos y la ESA fue esencial para crear un entorno técnico que pudiera garantizar el rendimiento de los instrumentos", afirma Benjamin. Definir el alojamiento adecuado para cada uno de los diez instrumentos, gestionar todas las interfaces de los instrumentos con el ingenio espacial (mecánicas, térmicas, eléctricas, de software y de manejo de datos) y verificar las funcionalidades y el rendimiento de extremo a extremo es fundamental para una misión de esta envergadura."

Un campo de nuevos descubrimientos para la ciencia

Después del Sol, Júpiter es el mayor emisor de ondas de radio del Sistema Solar, lo que significa que los radioaficionados de la Tierra pueden escucharlas. "Comprender el mecanismo de las emisiones de radio nos permitirá ver si somos capaces de detectar el mismo tipo de emisión en planetas que orbitan otras estrellas, los llamados exoplanetas, y por tanto detectar otros objetos mucho más lejanos", explica Nicolas

Los científicos también están interesados en estudiar el plasma del sistema lunar de Júpiter. Las partículas cargadas que lo componen, su movimiento y sus propiedades, se rigen por los campos magnéticos y eléctricos del Universo. La fuerza de los campos magnéticos de Júpiter y Ganímedes crea fenómenos muy violentos que influyen en el movimiento de las partículas. "Las propiedades químicas de las superficies de las lunas de Júpiter pueden incluso verse modificadas en ciertos lugares por este bombardeo, lo que nos permitirá comprender si estas lunas pudieron tener entornos favorables a la aparición de la vida tal y como la conocemos en la Tierra", prosigue Nicolas.

Algunos de los instrumentos de JUICE, como su radar de a bordo, se utilizarán para validar la presencia de agua líquida bajo la corteza helada de las tres lunas y para caracterizar las propiedades de estos océanos, como su profundidad y grosor.

 Instrumentos científicos de JUICE © ESA (reconocimiento: trabajo realizado por ATG bajo contrato con la ESA)

¿Existen otras formas de vida en el Universo?

Se trata de una pregunta a la que la humanidad trata de dar respuesta desde hace mucho tiempo. Por eso los científicos se interesan por los entornos del Sistema Solar que contienen agua, y a ser posible agua líquida, porque ésta es la condición esencial para la aparición de la vida tal y como la conocemos. 

Pero el agua sola no basta, hacen falta otros ingredientes para que se produzca la magia. Entre ellos, lo que los científicos denominan "CHNOPS", los seis elementos químicos principales que componen los organismos vivos: carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre. La cámara infrarroja MAJIS de JUICE medirá la presencia de estos elementos estudiando con precisión la composición de la materia en la superficie de las lunas. "Esta cámara", afirma Benjamin, "completa un conjunto de instrumentos ópticos que observarán y analizarán las lunas jovianas en todas las longitudes de onda posibles".

Benjamin Massart en Kourou (Guayana Francesa) © Airbus

El tercer ingrediente necesario para la vida es una fuente de energía. En el caso de Júpiter, esta energía es gravitatoria. Los efectos de las mareas que se encuentran bajo la corteza helada de las lunas, como los que se observan en el sistema Tierra-Luna, deforman las lunas cuando orbitan alrededor de Júpiter. Estas deformaciones generan fricciones que calientan su interior, permitiendo la existencia de agua líquida.

El cuarto y último ingrediente es un entorno estable. "Aquí es donde el bombardeo de partículas cargadas puede ser una perturbación", dice Nicolas, "pero el campo magnético de Ganímedes, la única luna del sistema solar que tiene su propio campo magnético, ayuda a protegerlo en algunos lugares". Sin embargo, nada es imposible: en la Tierra existen condiciones igualmente desfavorables. El lago Vostok, enterrado bajo casi 4 kilómetros de hielo en la Antártida, sin luz y totalmente aislado de la superficie, ha revelado la existencia de organismos totalmente desconocidos que formaron parte de la vida hace millones de años.

Una "foto de familia" para los científicos

Una vez que llegue al sistema joviano en 2031, la sonda JUICE comenzará a transmitir datos continuos a la Tierra, que se almacenarán en la ESA. Los científicos podrán recuperar los datos y procesarlos para que puedan ser utilizados por toda la comunidad científica.  

Hacer que estos datos estén disponibles es vital, como señala Nicolas: "Cuantos más investigadores participemos, más resultados y debates tendremos, lo que favorecerá la aparición de nuevas ideas que estimularán a muchas generaciones de investigadores."

"Al final de la misión, tendremos un buen conocimiento de las condiciones que permiten que surja la vida en el Sistema Solar, una visión macroscópica, una especie de foto de familia. Pero para una observación más microscópica del sistema de Júpiter y de las lunas galileanas, necesitaríamos ir a la superficie de una de las lunas y perforar el material para analizarlo". 

La misión es también una oportunidad para que Airbus amplíe los límites de las tecnologías necesarias para la exploración espacial. Como explica Benjamin, "una misión de esta complejidad facilitará un desarrollo tecnológico que servirá a futuras misiones en los ámbitos de la inteligencia y las operaciones autónomas, el ahorro de energía y la tolerancia a entornos hostiles con temperaturas extremas y alta radiación".

Estas observaciones mantendrán ocupados a los astrofísicos durante los próximos 15 años, y es muy posible que algún día se lance otra misión científica a Júpiter y sus lunas. 

El papel de los científicos del IRAP

La implicación del Instituto de Investigación en Astrofísica y Planetología de Toulouse (IRAP) en la misión JUICE es especialmente significativa, ya que el Instituto participó en la definición científica de la misión espacial, pero también en el diseño técnico de uno de los diez instrumentos a bordo. 

El IRAP ha contribuido con dos sensores al conjunto de instrumentos Particle Environment Package (PEP), cuyo objetivo es medir el gas neutro, las partículas energéticas y el plasma del sistema lunar joviano. El primer sensor, una cámara, tomará por primera vez imágenes a distancia de las regiones más internas de Júpiter y sus lunas heladas, así como de la materia expulsada de este entorno, especialmente por la luna volcánica llamada ‘Io’. El segundo sensor, un espectrómetro de masas iónicas, medirá las partículas y la composición del plasma, el cuarto estado de la materia formado por partículas cargadas -iones y electrones- que representa el 99% de la materia conocida en el universo.

"La contribución técnica que hacemos a los instrumentos es importante para un centro de investigación porque nos permite trabajar en su desarrollo, estando lo más cerca posible de los datos finales. Esto nos permite comprender mejor el funcionamiento de los instrumentos y la calidad de los datos", explica Nicolas André, del IRAP. Además, los equipos de los instrumentos tendrán acceso exclusivo a los datos durante unos seis meses. 

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