Cuando Galileo apuntó su telescopio a Júpiter hace 400 años, vio tres manchas de luz alrededor del planeta gigante, que al principio pensó que eran estrellas fijas. Siguió mirando y, finalmente, vio una cuarta mancha y notó que las manchas se movían. El descubrimiento de Galileo de objetos que orbitan alrededor de algo diferente a la Tierra, que llamamos las lunas galileanas en su honor, asestó un duro golpe a la cosmovisión ptolemaica (geocéntrica) de la época.

Galileo no pudo haber previsto la era de la exploración espacial en la que vivimos ahora. Avance rápido 400 años, y aquí estamos. Sabemos que la Tierra no ocupa ningún punto central. Hemos descubierto miles de otros planetas, y muchos de ellos tendrán sus propias lunas. Galileo se sorprendería de esto.

¿Qué pensaría acerca de las misiones robóticas para explorar una de las gotas de luz que vio?

Europa, la luna de Júpiter, es el objetivo más atractivo en la búsqueda de vida en nuestro Sistema Solar. Europa está cubierta por una capa de hielo de entre 15 y 25 kilómetros (9 a 15 millas) de espesor. Debajo del hielo hay un océano de entre 75 y 85 kilómetros (46 a 53 millas) de espesor.

Eso significa que esta luna, la más pequeña de las cuatro lunas galileanas, podría tener tres veces más agua que la Tierra. El agua es cálida y salada, y eso significa que Europa podría albergar vida simple.

La NASA enviará el muy esperado Clipper Europa a la luna congelada en 2024 (programado) para explorar su potencial de soporte vital. No enviará una sonda a la superficie y, de hecho, en realidad no orbitará Europa; en cambio, orbitará alrededor de Júpiter y realizará una serie de sobrevuelos de Europa.

Pero un día enviaremos un explorador robótico a la superficie de Europa. Y lo único mejor que enviar un robot a explorar Europa es enviar un enjambre de robots para hacerlo. Esa es la idea detrás del concepto Sensing With Independent Micro-Swimmers (SWIM).

Un ingeniero en robótica del JPL de la NASA recibió $600,000 en fondos de un programa de la NASA para desarrollar el concepto. El ingeniero es Ethan Schaler, y esta es la segunda ronda de financiación que le otorga Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA. En la fase 1 del programa NIAC, recibió $125,000.

La idea básica detrás del concepto SWIM es ampliar el alcance de recopilación de datos de una misión de Europa y recopilar un tamaño de muestra más grande.

El concepto SWIM de Schaler describe cómo una nave espacial enviada a Europa u otro destino similar como la luna Encelado de Saturno podría usar un enjambre de robots para una mayor efectividad. Un módulo de aterrizaje alcanzaría la superficie y desplegaría un criobot diseñado para viajar a través de la capa de hielo hasta el océano. Una vez allí, el criobot desplegaría unas cuatro docenas de pequeños robots del tamaño de un teléfono móvil. El criobot tendría espacio para estos robots independientes, además de volumen suficiente para albergar sus propios instrumentos, que recopilarían datos durante el largo descenso a través del hielo y en el océano.

El criobot se conectaría al módulo de aterrizaje a través de un cable de comunicaciones, y el módulo de aterrizaje de superficie estacionario sería el punto de comunicación para los controladores de la misión con base en la Tierra. Pero los SWIM-bots más pequeños serían independientes.

Según Schaler, los bots independientes resuelven algunos de los problemas asociados con una misión a Europa mediante la recopilación de datos más sólidos.

"Mi idea es, ¿dónde podemos tomar la robótica miniaturizada y aplicarla en formas nuevas e interesantes para explorar nuestro sistema solar?" Schaler dijo. "Con un enjambre de pequeños robots nadadores, podemos explorar un volumen mucho mayor de agua oceánica y mejorar nuestras mediciones al tener varios robots recopilando datos en la misma área".

El grupo de SWIM-bots independientes resolvería otro problema asociado con la exploración de mundos oceánicos cubiertos de hielo. La única forma factible de atravesar la capa de hielo de 15 a 25 km de Europa es con calor. El criobot se abriría camino a través de todo ese hielo con una fuente de energía nuclear caliente. Debido a las limitaciones del diseño y de la misión, es probable que el criobot no viaje más allá del punto en el que atravesó el fondo del hielo y llegó al océano. La fuente de calor nuclear del criobot calentaría el agua en las inmediaciones del criobot y las reacciones químicas cambiarían la naturaleza del agua, contaminando los datos y degradando su valor. Los SWIM-bots independientes podrían escapar de esta burbuja de calor y obtener una imagen más precisa del océano de Europa.

Samuel Howell es un científico de la NASA/JPL involucrado en la misión Europa Clipper. También es parte del equipo que desarrolla el concepto SWIM. "¿Qué pasa si, después de todos esos años que tomó llegar a un océano, atraviesas la capa de hielo en el lugar equivocado? ¿Qué pasa si hay signos de vida allí, pero no donde entraste al océano?" dijo Howell. "Al traer estos enjambres de robots con nosotros, podríamos mirar 'allá' para explorar mucho más de nuestro entorno de lo que permitiría un solo criobot".

Howell señaló las similitudes entre SWIM e Ingenuity, el pequeño helicóptero que viajó a Marte con el Perseverance Rover.

"El helicóptero amplía el alcance del rover, y las imágenes que envía son contexto para ayudar al rover a comprender cómo explorar su entorno", dijo. "Si en lugar de un helicóptero tuvieras varios, sabrías mucho más sobre tu entorno. Esa es la idea detrás de SWIM".

Schaler dice que los bots individuales también podrían actuar juntos en un enjambre si se desea, al igual que lo hacen las bandadas de peces. Esta maniobra podría desempeñar un papel fundamental en la búsqueda de vida al identificar gradientes de energía o salinidad. Los gradientes de energía se consideran críticos para el desarrollo de la vida porque la vida básicamente se alimenta de ellos. La vida explota los gradientes de energía para hacer mejores y mejores copias de sí misma que se esparcen por el medio ambiente, en busca de otros gradientes de energía para explotar. (De hecho, en una forma de verlo, la vida existe para aplanar los gradientes de energía y esparcir la entropía hasta que no exista ningún orden en el universo, pero eso está un poco fuera de tema. Lea esto si tiene curiosidad:"Física, Vida, y todo lo bueno.")

"Si hay gradientes de energía o gradientes químicos, así es como puede comenzar a surgir la vida. Tendríamos que ir río arriba desde el criobot para detectarlos", dijo Schaler.

Cada uno de los SWIM-bots tendría instrumentos para medir la temperatura y la salinidad. También medirán la acidez y la presión, y cada uno tendrá sus propios sistemas de propulsión y comunicación.

El concepto SWIM es un paso fascinante en el esfuerzo por explorar Europa. Se ocupa de algunos de los problemas inherentes a la exploración de un océano enterrado bajo el hielo, ya sea en Europa o en una de las otras lunas oceánicas con capa de hielo del Sistema Solar. Pero existen otros obstáculos para explorar estas lunas, y algunos de ellos pueden ser extraordinariamente difíciles de superar.

Europa solo tiene un océano debido a su proximidad a Júpiter. A medida que la luna orbita el planeta gaseoso, la flexión de las mareas calienta Europa lo suficiente como para mantener el agua en estado líquido. Pero esa proximidad y la flexión de las mareas tienen un costo:Júpiter emite una poderosa radiación. Tan poderoso, de hecho, que la misión Juno de la NASA a Júpiter mantiene sus instrumentos sensibles dentro de una bóveda de titanio para su protección. También sigue una órbita polar que le ayuda a evitar lo peor de la radiación. Pero con cada órbita, la bóveda de titanio es degradada por la radiación hasta que los instrumentos están tan dañados que la misión efectivamente terminará.

Cualquier misión a Europa tendrá que lidiar con esa radiación de alguna manera, aunque la barrera de hielo brindaría cierta protección para el criobot y los SWIM-bots.

Otro problema es llevar una nave espacial de forma segura a la superficie de Europa. Las imágenes muestran una superficie fracturada cubierta de bloques de hielo en algunos lugares. Otras áreas están llenas de grietas. La región ecuatorial de Europa puede estar dominada por penitentes, picos helados de hasta 15 metros (49 pies) de altura. Maniobrar hasta un lugar de aterrizaje podría ser muy difícil. A diferencia de Marte, donde los rovers estudian la superficie en detalle y pueden ayudar a los planificadores de misiones a encontrar lugares de aterrizaje seguros y científicamente valiosos, la superficie de Europa no está bien mapeada. Tampoco es tan bien entendido. La superficie podría ser tan dura o tan blanda que es difícil diseñar una nave espacial que pueda aterrizar con éxito en la superficie helada.

Pero mientras que el concepto SWIM es solo un concepto en este momento, el Europa Clipper no lo es. Los científicos esperan que el Clipper pueda cartografiar la superficie de Europa tanto como lo ha hecho el Mars Reconnaissance Orbiter para Marte. Los datos del Clipper deberían ayudar a un módulo de aterrizaje a lidiar con la superficie de Europa.

Con suerte, todo el capital intelectual que se gasta en explorar Europa dará sus frutos. El Europa Clipper en sí ni siquiera alcanzará la órbita alrededor de Júpiter hasta 2030. Así que tendremos que esperar mucho tiempo antes de que una misión alcance la superficie de Europa. Y es posible que la primera misión de superficie ni siquiera tenga un criobot para perforar el hielo y estudiar el océano.

Pero un día, a menos que se produzca un colapso social o algo más apocalíptico, conseguiremos una nave espacial allí y exploraremos. Si eres lo suficientemente joven cuando estás leyendo esto, tal vez estés vivo para escuchar los gritos de "¡Eureka!" mientras científicos emocionados anuncian el descubrimiento de microbios en el vasto océano de Europa. + Explora más

Un enjambre de diminutos robots nadadores podría buscar vida en mundos distantes