Esta es la principal conclusión de dos estudios liderados por investigadores del Instituto Tecnológico de California (Caltech), en Estados Unidos, para los que utilizaron el telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) en Chile, para observar los gases de la tenue atmósfera de Io.
Io, Europa y Ganímedes -otras lunas de Júpiter- se encuentran en una configuración orbital conocida como resonancia de Laplace: por cada órbita de Ganímedes (la más alejada de las tres de Júpiter), Europa completa exactamente dos órbitas e Io completa cuatro.
En esta configuración, las lunas se atraen gravitatoriamente de tal forma que se ven forzadas a formar órbitas elípticas, en lugar de redondas. Estas órbitas permiten que la gravedad de Júpiter caliente el interior de las lunas, provocando el vulcanismo de Io y añadiendo calor al océano líquido subsuperficial de la helada Europa.
Para establecer desde cuándo esto es así, los dos nuevos estudios publicados en las revistas Science y JGR-Planets midieron, entre otros, los isótopos de azufre en la atmósfera de Io, determinando que las lunas han estado encerradas en esta danza resonante durante miles de millones de años.
Io, en perpetua transformación
En la Tierra, se encuentran huellas de acontecimientos pasados a través de fósiles y cráteres, pero Io -por su gran actividad volcánica- está en perpetua transformación, por lo que su superficie solo tiene alrededor de un millón de años, mientras que la propia luna tiene unos 4.500 millones de años.
De ahí la necesidad de analizar, para averiguar su pasado, las sustancias químicas de su atmósfera.
Io carece de agua, por lo que el principal componente de los gases que expulsan sus volcanes es el azufre, lo que da lugar a una atmósfera con el 90 % de dióxido de azufre. Durante los dinámicos ciclos volcánicos de esta luna, los gases cercanos a la superficie vuelven al interior y son regurgitados de nuevo a la atmósfera.
Los átomos de azufre de Io tienen varias formas diferentes, o isótopos (variantes de un mismo elemento con diferente número de neutrones).
Los neutrones adicionales hacen que un elemento sea físicamente más pesado, por lo que en la atmósfera de Io es más probable que los isótopos más ligeros se encuentren en la parte superior, mientras que los más pesados estén en la parte inferior, cerca de la superficie lunar.
La superficie no es la única característica en constante cambio: la atmósfera de Io también está siendo desviada hacia el espacio a una velocidad de 1 tonelada por segundo debido a colisiones con partículas cargadas en el campo magnético de Júpiter.
Toda una vida
Como el isótopo más ligero del azufre, el azufre-32, es más abundante cerca de la parte superior de la atmósfera, donde se producen estas colisiones, ese isótopo se agota desproporcionadamente en comparación con su homólogo más pesado. Saber cuánto azufre ligero falta puede dar pistas sobre el tiempo que la luna ha sido volcánica.
A partir de meteoritos, que son restos del sistema solar primitivo, los investigadores han determinado que el sistema solar se formó con una proporción de aproximadamente 23 átomos de azufre-32 por cada átomo de azufre-34. Si Io hubiera permanecido inalterada desde su formación, tendría esta misma proporción en la actualidad.
Sin embargo, las nuevas mediciones muestran que Io ha perdido entre el 94 y el 99 % de su azufre original, lo que significa que la luna ha estado volcánicamente activa durante miles de millones de años mientras perdía azufre en el espacio durante todo ese tiempo.
"Los isótopos de azufre y cloro indican que Io ha estado volcánicamente activa durante los 4.570 millones de años de historia del sistema solar", resume Science.
Además, la duración del vulcanismo de Io indica que entró en resonancia orbital con Europa y Ganímedes muy poco después de su formación, lo que apoya las predicciones de los modelos de los últimos 20 años.