Una lluvia de helio explica la carencia de neón en la atmósfera de Júpiter

En nuestro planeta, el helio se usa para el vuelo de los globos, como en la película Up. Dentro de Júpiter, sin embargo, las condiciones son tan extrañas que, según las predicciones de científicos de la Universidad de California en Berkeley, el helio se condensa en gotas que caen en forma de lluvia

Un corte a través del interior de Júpiter muestra las capas superiores despojadas de helio y neón, la fina capa donde el helio se condensa y cae, y el interior profundo, donde el helio y neón se mezclan de nuevo con el hidrógeno metálico

La lluvia de helio ya había sido propuesta como explicación del excesivo brillo de Saturno, un gigante gaseoso como Júpiter, pero con un tercio de su masa.

En Júpiter, sin embargo, los científicos de la Universidad de California en Berkeley dicen que la mejor manera de explicar la carencia de neón en las capas exteriores del mayor planeta del Sistema Solar es esta lluvia de helio. El neón es disuelto por las gotas de helio y cae hacia el interior, donde se re-disuelve, eliminando a ambos elementosde las capas superiores, lo que resulta consistente con lo que se observa.

“El helio se condensa al principio como bruma en la capa superior, como una nube, y cuando las gotas se hacen más grandes caen hacia la profundidad interior”, dice el estudiante 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. Así que nuestro estudio vincula la pérdida de neón que se observa en la atmósfera al otro proceso propuesto, la lluvia de helio”.

El coautor de Wilson, Burkhard Militzer, profesor asistente de Ciencias Planetarias y Terrestres y Astronomía en la U. C. en Berkeley, 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 a 13 000 kilómetros por debajo de la cima de las nubes de hidrógeno de Júpiter, bajo presiones y temperaturas tan altas que “no se puede decir si el helio y el hidrógeno son un gas o un líquido”, dice. Son fluidos, asíque la lluvia en realidad es mezcla de gotas de helio fluido con neón cayendo a través de hiddrógeno metálico fluido.

La predicción de los investigadores ayudará a refinar los modelos del interior de Júpiter y el interior de otros planetas, según Wilson. El modelado del interior planetario se ha convertido en una área álgida desde el descubrimiento de cientos de planetas extrasolares que existen en ambientes extremos alrededor de otras estrellas. El estudio también será relevante para la misión Juno de la NASA a Júpiter, que está programada para su lanzamiento el próximo año.

Militzer y Wilson están entre los modeladores que utilizan una “teoría funcional de densidad” para predecir las propiedades del interior de Júpiter, específicamente qué es lo que les ocurre a los constituyentes predominantes —el hidrógeno y el helio— cuando las temperaturas y presiones crecen hacia el centro del planeta. Estas condiciones ya son demasiado extremas para reproducirlas en el laboratorio. Incluso experimentos con células pimza de diamante sólo pueden reproducir las presiones del núcleo de la Tierra. En el 2008, las simulaciones de la camputadora de Militzer llevaron a la conclusión de que el núcleo rocoso de Júpiter estaba rodeado por una gruesa capa de hielo de metano, de agua y de amoniaco, que lo hacían el doble de tamaño que en las primeras predicciones.

Los dos modeladores se embarcaron en su actual investigación debido a un descubrimiento de la sonda Galileo que descendió a través de la atmósfera de Jupiter en 1995, y que envió mediciones de temperatura, presión y cantidad de elementos hasta que fue aplastada por el peso de la atmósfera. Todos los elementos parecieron estar algo enriquecidos en comparación con su abundancia en el Sol —que se asume que es similar a la abundancia de elementos de hace 4.560 millones de años, cuando se formó el Sistema Solar— excepto el neón y el helio. El neón destacaba debido a que sólo medía un décimo de su abundancia del Sol.

Sus simulaciones demostraron que la única manera en que podía removerse neón de la atmósfera superior es que cayera junto al helio, dado que el neón y el helio se mezclan con facilidad, tal como el alcohol y el agua. Los cálculos de Militzer y Wilson sugieren que a aproximadamente 10.000 a 13.000 kilómetros hacia el interior del planeta, donde las temperaturas son de unos 5.000 grados Celsius y la presión de 1 a 2 millones de veces la presión atmosférica en la Tierra, el hidrógeno se transforma en un metal conductor. El helio, que no es un metal, no se mezla con el hidrógeno metálico, así que éste forma en gotas, como las gotas de aceite en el agua.

Esto proporcionó una explicación para la remoción de neón en la atmósfera superior.

“Cuando el helio y el neón caen a más profundidad en el planeta, la envoltura rica en hidrógeno que queda pierde lentamente tanto el neón como el helio”, dice Militzer. “Las concentraciones medidas de ambos elementos concuerdan en cantidad con nuestros cálculos”.

La lluvia de helio en Saturno fue predicha debido a una observación diferente: Saturno está más caliente de lo que debería estarlo, en base a su edad y el ritmo de enfriamiento predicho. La lluvia libera calor y da cuenta de la diferencia.

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

El artículo de Physical Review Letters, ya online, está planeado para aparecer en la edición impresa del 26 de marzo.

Fuente: Universidad de California. Aportado por Eduardo J. Carletti

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