La lluvia de helio en Júpiter explica la falta de neón

Lluvia de helio
Conforme se enfrían Júpiter y Saturno, el interior de los planetas se aproxima a temperaturas donde el hidrógeno y el helio ya no se mezclan. Este proceso, que es probable que ya haya tenido lugar en Saturno, podría llevar a la formación de gotitas de helio que podrían “llover” hacia el centro del planeta y proporcionar una fuente de calor adicional. Ilustración de Jonathan DuBois

En la Tierra, el gas helio se usa para hacer volar globos, como en la película “Up.”

En el interior de Júpiter, sin embargo, las condiciones son tan extrañas que, de acuerdo con las predicciones de científicos de la Universidad de California en Berkeley, el helio se condensa en gotas que caen en forma de lluvia.

La lluvia de helio se propuso anteriormente para explicar el excesivo brillo de Saturno, un gigante gaseoso como Júpiter, pero de un tercio de su masa.

En Júpiter, no obstante, los científicos de la UC Berkeley afirman que la lluvia de helio es la mejor forma de explicar la carencia de neón en las capas exteriores del planeta, el mayor planeta del Sistema Solar. El neón se disuelve en las gotas de helio y cae hacia el interior donde se re-disuelve, eliminando de las capas superiores ambos elementos, lo que es consistente con las observaciones.

“El helio se condensa inicialmente como una bruma en la capa superior, similar a una nube, y cuando las gotas se hacen más grandes, caen hacia el interior”, dice el profesor de posdoctorado de la UC Berkeley Hugh Wilson, coautor de un informe que aparece esta semana en la revista Physical Review Letters. “El neón se disuelve en el helio y cae con él. Por lo que nuestro estudio vincula la pérdida de neón observada en la atmósfera con otro proceso propuesto, la lluvia de helio”.

El coautor de Wilson, Burkhard Militzer, profesor asistente de la UC Berkeley de Ciencias Planetarias y Terrestres y Astronomía, señala que la “lluvia” — las gotas de agua que caen en la Tierra — es una analogía imperfecta de lo que sucede en la atmósfera de Júpiter. Las gotas de helio se forman aproximadamente a 10 000 – 13 000 kilómetros por debajo de la cima de las nubes de hidrógeno de Júpiter, a presiones y temperaturas tan altas que “no se puede decir si el helio y el hidrógeno son gaseosos o líquidos”, comenta. Son fluidos, por lo que la lluvia realmente es una mezcla de gotas de helio fluido con neón que caen a través de un fluido de hiddrógeno metálico.

La predicción de los investigadores ayudará a refinar los modelos del interior de Júpiter y de otros planetas, de acuerdo con Wilson. El modelado del interior planetario se ha convertido en una área candente desde el descubrimiento de cientos de planetas extrasolares que viven en entornos extremos alrededor de otras estrellas. El estudio también será relevante para la misión Juno de la NASA a Júpiter, la cual tiene previsto su lanzamiento el próximo año.

Militzer y Wilson están entre los modeladores, usando una “teoría funcional de densidad” para predecir las propiedades del interior de Júpiter, específicamente lo que sucede a los constituyentes predominantes — el hidrógeno y el helio — cuando las temperaturas y presiones se incrementan más cerca del centro del planeta. Estas condiciones son aún demasiado extremas para reproducirse en el laboratorio. Incluso experimentos en células de yunques de diamante sólo pueden reproducir presiones del núcleo de la Tierra. En 2008, las simulaciones del ordenador de Militzer llevaron a la conclusión de que el núcleo rocoso de Júpiter estaba rodeado por una gruesa capa de hielos de metano, agua y amoniaco que lo hacían el doble de grande que en anteriores predicciones.

Los dos modeladores se embarcaron en su actual investigación debido a un descubrimiento de la sonda Galileo cuando descendía a través de la atmósfera de Jupiter en 1995 y que envió medidas de temperatura, presión y abundacia de elementos hasta que fue destroazada bajo el peso de la atmósfera. Todos los elementos parecían estar ligeramente enriquecidos en comparación con su abundancia en el Sol — que se supone que es similar a la abundancia de elementos de hace 4560 millones de años cuando se formó el Sistema Solar – excepto por el neón y el helio. El neón destacaba debido a que sólo tenía un décimo de la abundancia del Sol.

Sus simulaciones demostraron que la única forma en la que podía eliminarse el neón de la atmósfera superior es que cayese con el helio, dado que el neón y el helio se meclan fácilmente, como el alcohol y el agua. Los cálculos de Militzer y Wilson sugieren que a aproximadamente 10 000 – 13 000 kilómetros dentro del planeta, donde las temperaturas son de 5000 grados Celsius y la presión de 1 a 2 millones de veces la presión atmosférica de la Tierra, el hidrógeno se transforma en un metal conductor. El helio, al no ser un metal, no se mezla con el hidrógeno metálico, por lo que se forman gotas, como el aceite en el agua.

Esto proporcionó una explicación para la eliminación del neón de la atmósfera superior.

“Conforme el helio y el neón caen más hondo en el planeta, la envoltura restante rica en hidrógeno lentamente pierde tanto el neón como el helio”, dice Militzer. “Las concentraciones medidas de ambos elementos concuerdan cuantitativamente con nuestros cálculos”.

La lluvia de helio de Saturno se predijo debido a una observación diferente: Saturno está más caliente de lo que debería, basándose en su edad y ritmo de enfriamiento predicho. La lluvia libera calor y tiene en cuenta la diferencia.

La temperatura de Júpiter está de acuerdo con los modelos de su edad y ritmo de enfriamiento, y no necesitaba de la hipótesis de la lluvia de helio hasta el descubrimiento de la falta de neón en la atmósfera. Es interesante señalar que el teórico David Stevenson del Instituto Tecnológico de California, predijo la carencia de neón en Júpiter antes de las medidas de la sonda Galileo, pero nunca publicó una razón para su idea.

El artículo de Physical Review Letters, ahora online, se prevé que aparezca en la edición impresa del 26 de marzo.


Autor: Robert Sanders
Fecha Original: 22 de marzo de 2010
Enlace Original

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Comments (3)

  1. Jurl

    Quietos paraos… que todavía falta explicar la excesiva “sequedad” de la atmósfera de Júpiter…

  2. [...] principios de este año, los astrónomos anunciaron que el gigante gaseoso tenía lluvias de helio de vez en cuando. Júpiter también ha tendido a crear una variedad de nuevas tormentas, o manchas, con algunos [...]

  3. [...] principios de este año, los astrónomos anunciaron que el gigante gaseoso tenía lluvias de helio de vez en cuando. Júpiter también ha tendido a crear una variedad de nuevas tormentas, o manchas, con algunos [...]

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