Com es troba un mar extraterrestre? Margaret Kivelson ho ha descobert

Era el desembre del 1996, i la sonda espacial Galileo acabava de volar sobre Europa, una de les llunes gelades de Júpiter. Els resultats que s’enviaven a la Terra feien pensar que un camp magnètic emanava d’aquella lluna. En principi a Europa no hi podia haver cap camp magnètic, però era allà, i ni tan sols apuntava en la direcció correcta.

Kivelson recorda que, quan entraven aquelles dades tan estranyes, va dir: “Això és inesperat. I meravellós”.

Va ser la més important de tota una sèrie de sorpreses relacionades amb les llunes de Júpiter. Per a l’equip de Kivelson, la missió no hauria d’haver sigut tan emocionant.

Kivelson i els seus col·legues havien ideat el magnetòmetre que enviava les dades anòmales. El que havia de fer l’instrument era calcular les dimensions de l’enorme camp magnètic de Júpiter i qualsevol variació causada per les seves llunes. En principi, aquells resultats havien d’interessar als físics de l’espai, i poc més. Ningú va pensar mai que l’instrument de Kivelson canviaria el curs de l’exploració espacial.

Però ho va fer. Margaret Kivelson i el seu equip aviat van demostrar que havien descobert el primer mar subsuperficial d’aigua salada en un món extraterrestre.

Margaret Kivelson, que aquest mes farà 90 anys, és professora emèrita de física espacial a la Universitat de Califòrnia a Los Angeles (UCLA). Des de fa quaranta anys participa activament en gairebé tots els grans vols de la NASA més enllà del cinturó d’asteroides. Té un sentit de l’humor irònic i una modèstia que oculta la magnitud dels seus èxits científics.

El seu equip ha transformat l’ús dels magnetòmetres en les missions espacials i els ha convertit en una eina essencial per als descobriments. Ara que s’han fixat els fonaments de l’art de detectar mars, el Sistema Solar exterior s’ha convertit en una zona calenta en la recerca d’habitabilitat.

Aquests últims temps, la Dra. Kivelson treballa com a coinvestigadora en l’instrument de plasma per a la missió interplanetària Europa Clipper, la pròxima gran expedició de la NASA al Sistema Solar exterior. Amb un llançament programat per al 2022, la nau estudiarà l’habitabilitat de la lluna oceànica de Júpiter. Per saber si pot haver-hi vida, calcularà la profunditat i la salinitat del mar i el gruix de la capa de gel que hi ha a sobre.

Però la història va començar amb les inusuals trobades de la Galileo amb les llunes de Júpiter. Va resultar que la inescrutable Europa feia les coses a la seva manera. “Se’ns van acudir un munt d’idees equivocades”, diu Margaret Kivelson. Però van trobar la solució correcta anys després del primer vol de reconeixement.

Harvard i l’hidrogen

Margaret Kivelson va néixer a Nova York. El seu pare era metge i la seva mare, mestra. La Margy, com li diuen els seus amics, ja destacava de ben petita en matemàtiques. “M’agradaven -diu-. Creia que eren una de les matèries més fàcils, i sabia que aquesta opinió no era gens habitual”.

En acabar la secundària, la van acceptar a Harvard, que excloïa les dones de les seves aules i les inscrivia oficialment al Radcliffe College, un centre independent sense professorat. Els professors de Harvard travessaven el parc per repetir la lliçó a les noies. “Les dones no estaven convidades a entrar a les aules de Harvard”.

Va ser a Harvard on va descobrir la física, que li va permetre utilitzar les matemàtiques per trobar unes solucions que tinguessin un sentit físic.

“Vaig tenir la sort de començar a estudiar en un moment en què la física es considerava la matèria més fascinant. Era just després de la Segona Guerra Mundial. Els físics havien salvat el món amb la bomba atòmica i el radar. I, de sobte, la gent es va adonar que la física no era només una matèria absolutament fonamental, sinó que també era útil”.

Quan feia segon es va acabar la segregació a les aules. Al meravellós món de l’era atòmica, els professors de física ja no tenien temps de repetir la classe: “Era ridícul impartir la lliçó a deu dones durant una hora per repetir-la a 400 homes l’hora següent”. Això no vol pas dir que la situació de les dones a Harvard hagués millorat de sobte: quan es va incorporar al postgrau de física, acostumava a ser l’única dona de l’aula.

El 1955 va entrar a la RAND Corporation, una empresa que tenia com a objectiu investigar per al departament de Defensa, i això incloïa la recerca sobre armes nuclears. A Kivelson li van demanar que es concentrés en una equació que descrivís l’estat de l’hidrogen a una pressió equivalent a un milió d’atmosferes de la Terra.

Segons Kivelson, “hi ha dos llocs on trobes hidrogen amb aquest tipus de pressió: la bomba d’hidrogen i el centre de Júpiter”.

Els seus coneixements de física teòrica i la seva posterior experiència en astronomia la van portar a la Universitat de Califòrnia (UCLA) el 1967. La recerca que havia fet a la RAND la va convertir en l’experta local en matèria de Júpiter, i aviat va esdevenir famosa per la seva obra teòrica sobre diverses idees fonamentals en l’àmbit de la física espacial.

Treball de camp

Poc després de la trobada de la sonda Voyager amb Júpiter el 1979, els científics reunits al congrés de la Unió Geofísica Americana a San Francisco van debatre el misteriós corrent d’un milió d’amperes que sortia de la lluna Io i la unia amb Júpiter.

Fran Bagenal, professora emèrita de ciència planetària de la Universitat de Colorado, recorda les intervencions de la doctora Kivelson en aquell debat: “Aquella dona baixeta, menuda -que oficialment no formava part de l’equip de la Voyager, però que escrivia i reflexionava sobre el tema-, va entrar a la sala, va pujar al podi, va abaixar el micròfon a la seva altura perquè la poguessin sentir i va exposar el seu argument; i va tirar per terra les idees de tothom que era a la sala”. “I al final va resultar que tenia raó -afegeix Bagenal-. No se li podia discutir res. Sabia de què parlava”.

Quan la NASA va anunciar la missió Galileo a Júpiter, Kivelson estava en bona posició per proposar un magnetòmetre. “Estava immersa en tota la informació científica aleshores disponible sobre el camp magnètic de Júpiter i el seu entorn de partícules”, afirma. A mesura que s’acostava la data límit, passava setmanes senceres treballant cada dia fins a la mitjanit. Quan van seleccionar el seu instrument, van “treure el xampany, tothom estava molt emocionat”.

La Galileo va entrar en òrbita al voltant de Júpiter el 1995. El primer descobriment important de Kivelson i el seu equip va ser un camp magnètic intern a Ganimedes, la lluna més gran de Júpiter. Carol Paty, professora associada de ciències de la terra de la Universitat d’Oregon, diu que, en realitat, ningú s’esperava que un objecte tan petit i fred tingués la química, la termodinàmica i l’estructura interior necessàries per crear el seu propi camp magnètic: “Aquest descobriment va modificar els coneixements científics sobre el funcionament intern dels cossos planetaris”.

Aleshores va començar la sèrie de trobades entre Europa i la Galileo.

Els geòlegs sospitaven que a la lluna gelada hi havia hagut un mar subsuperficial, però no sabien si encara existia o si s’havia congelat totalment feia molt temps. Això encara seria un misteri si no fos per les dades anòmales captades pel magnetòmetre de la Galileo.

Alguna cosa estranya passava, i Kivelson i el seu equip, força irritat, van buscar-hi diverses explicacions. Aleshores se’ls va acudir la idea que Júpiter induïa el camp magnètic d’Europa.

“És el mateix principi que regeix el detector de metalls d’un aeroport”, explica Krishan Khurana, geofísic de l’UCLA que va participar en el descobriment del mar. Quan passes per l’arc, un detector de metalls produeix una ona magnètica d’alta freqüència. Si portes una clau a la butxaca, l’ona fa que passi per la clau un corrent que, al seu torn, genera un petit camp magnètic propi. Aquest camp magnètic induït és el que dispara el detector de metalls.

I com pot funcionar això en el cas de Júpiter? Quan Europa es desplaça pel camp magnètic de Júpiter, un corrent travessa una mena de conductor subsuperficial de la lluna i crea un camp magnètic en miniatura, que està invertit per oposar-se al camp de Júpiter. I això, en efecte, és el que va activar el detector de metalls de la Galileo. De tota manera, la hipòtesi no era concloent. Hi havia la possibilitat que Europa tingués un camp magnètic intrínsec i que només estigués orientat de cara a Júpiter per casualitat. Com que l’equador magnètic de Júpiter (diferent de l’equador geogràfic) té una inclinació de 10 graus, de vegades Europa és a sobre i de vegades a sota. El que necessitava l’equip de magnetòmetre eren les dades de quan Europa era a l’altra banda de la inclinació.

Si el camp magnètic de la lluna canviava de direccions, això voldria dir que el camp era induït per Júpiter i, per tant, tenia un conductor intern. L’única cosa que encaixaria seria un mar subsuperficial d’aigua salada.

Margaret Kivelson va demanar que la Galileo fes un vol de reconeixement sobre Europa amb una orientació específica, una petició no menor per a una sonda espacial amb recursos limitats i els dies de vol comptats. Se’n va sortir, però, i el vol de reconeixement del gener del 2000 va demostrar precisament el que els models fets pel seu equip havien pronosticat: proves definitives de l’existència d’un oceà global.

Segons Louise Prockter, directora de l’Institut Lunar i Planetari de Houston, “és un dels descobriments més importants de la ciència planetària. Va desencadenar una autèntica revolució”.

Robert Pappalardo, científic que participa en la missió Europa Clipper de la NASA, afirma que el descobriment va tenir repercussions no només per a la lluna Europa sinó també per a tot el Sistema Solar: “El fet és que va decantar la balança a favor de la versemblança de l’existència de mars en mons gelats. Vam passar molt de pressa del potser al gairebé segur i l’ on més? Va ser una transició molt ràpida, perquè aleshores el terme planeta oceà ni tan sols existia. Ara, gràcies a la labor de la Margy, que ha sigut fonamental, és un tipus d’objecte”.

Compartint coneixements

Kivelson encara va cada dia al despatx a treballar, i cada dimecres al vespre organitza a l’UCLA un sopar en què es reuneixen estudiants i professorat de postgrau, una tradició que va començar fa 33 anys. Els assistents comparteixen les investigacions que estan fent i parlen dels últims avenços en física espacial. Els comentaris mutus sobre el treball de cadascú poden ser sorollosos: incisius i animats, però mai acalorats ni hostils. Ella intervé activament. Margaret Kivelson encara no ha acabat de descobrir els secrets de Júpiter.

Traducció: Lídia Fernández Torrell