L'atmosfera, la superfície dels planetes
2005/06/01 Rementeria Argote, Nagore - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
La Terra està envoltada d'una coberta de gas. Aquests gasos s'han quedat sense retrocedir: són massa lleugers per a estar pegats a la superfície terrestre i massa pesats per a superar la força de la gravitació de la Terra i abandonar l'espai obert. El conjunt d'aquests gasos constitueix una atmosfera.
No obstant això, observant els planetes pròxims, s'observa que no tots tenen atmosfera. En general, cal complir una sèrie de requisits per a tenir una atmosfera, però sobretot és imprescindible la força gravitatòria. D'altra banda, la temperatura també té a veure, lògicament, amb la pressió. Es requereix una temperatura mínima perquè les molècules estiguin en estat gasós i no en estat líquid o sòlid. Tampoc es recomana una temperatura massa alta, ja que amb aquesta energia el gas pot escapar a un espai ampli. No obstant això, un planeta pot tenir atmosfera a temperatures molt altes si té molta força gravitatòria.
Gegants gasosos
Mira a Júpiter i a la resta de gegants gasosos com Saturn, Urà i Neptú. La seva temperatura és altíssima, però la seva força gravitatòria és encara major. És tan gran que és capaç de captar i retenir els gasos de l'entorn al voltant dels planetes. D'aquesta manera es va prendre la mesura que tenen aquests planetes en l'actualitat, i per això se'n diu gegants gasosos, sobretot perquè són planetes colossals formats per gasos. Per exemple, la massa de Júpiter és 300 vegades la de la Terra i el volum 1.300 vegades major.
No sembla fàcil distingir l'atmosfera en un planeta format per gasos. En definitiva, com distingir la capa de gas de la zona, que per definició és aquesta atmosfera, si el propi planeta està format per gasos? La veritat és que aquests planetes contenen un petit nucli sòlid, format per roques i hidrogen metàl·lics, entre altres. El nucli sòlid de Neptú, per exemple, té la grandària de la Terra, però si es té en compte l'atmosfera, Neptú és gairebé 60 vegades major.
Malgrat l'escàs caràcter sòlid dels gegants gasosos, la seva capa de gas al voltant del nucli és també molt compacta, amb una gran pressió, i s'ha determinat que més d'una capa de gas que cobreix el planeta forma part d'aquest.
Malgrat la densa atmosfera, no hi ha moviment. No hi ha més que mirar el moviment dels núvols que es veuen en la superfície de Saturn o de Júpiter. La presència de núvols en l'atmosfera fa que els desplaçaments de vent –turbulències, etc.– siguin fàcils de seguir. En aquests planetes, per tant, no mancada vent. I hi ha tempestes, Júpiter, per exemple, té una enorme taca vermella que sembla ser un cicló. No es pot comparar aquest cicló amb el de la Terra, que no és una setmana, sinó que ha durat segles. Va ser observat per primera vegada en 1664 i, malgrat haver sofert algunes incidències, encara roman.
La seva composició és més semblant al Sol que la resta de planetes. Els components principals són l'hidrogen i l'heli. D'alguna manera, els gegants gasosos són estrelles sense energia suficient.
Sòls
Com es pot apreciar, el nostre planeta (la Terra) i els seus voltants són molt diferents i no s'assemblen a aquests gegants gasosos. Prou mirar la mesura: Mercuri, Venus, la Terra i Mart semblen nans al costat d'aquests gegants. A més, són bàsicament sòlids, per la qual cosa es denominen planetes terrestres. En ser tan diferents, les atmosferes també són molt diferents.
Es distingeixen per tant dos tipus de planetes respecte a l'atmosfera, els gegants gasosos i els planetes terrestres. La raó d'aquesta diferència depèn del naixement del sistema solar. Fa uns 4.500 milions d'anys van sorgir els planetes: Els petits i sòlids planetes terrestres més pròxims al Sol, i els gegantescos planetes gasosos van anar creixent a major distància amb restes de gasos.
En els planetes els elements més pesats ‘van caure’ cap al centre i sobre ells es van apilar la resta, depenent del seu pes. El planeta nounat va anar definint la seva atmosfera mitjançant tres processos: els volcans alliberaven diòxid de carboni i vapor d'aigua, alguns materials s'evaporaven i els meteorits ocasionals portaven nous compostos. Encara que els processos van ser similars en tots els planetes, les conseqüències van ser diferents. La massa de cada planeta i la seva proximitat al Sol van ser determinants.
Alguns d'aquests planetes inicials van resistir l'atmosfera i uns altres no. Als planetes més petits els va costar més mantenir l'atmosfera: Mercuri i Mart. En l'actualitat, Mercuri no té atmosfera i la de Mart és molt prima.
Mercuri és el més petit dels planetes terrestres, amb una massa divuit vegades menor que la Terra, i el més pròxim al Sol. Les observacions realitzades des de la Terra i a través del vaixell de l'espai Mariner 10 no han mostrat indicis d'una atmosfera visible. En la superfície s'han trobat cinc elements (oxigen, hidrogen, neó, sodi i potassi) però no formen una atmosfera, sinó una fina capa anomenada exosfera.
Mercuri és massa petit per a tenir atmosfera. Però també té una altra raó per a no tenir atmosfera: Està molt prop del Sol i el vent solar arrossega les marques de gas. De fet, el Sol emet partícules carregades en totes les direccions, a manera de bufo de vent.
Mart també és relativament petit: És gairebé el doble que Mercuri, però nou vegades menor que la Terra. En les fotografies preses a Mart s'aprecia la superfície, per la qual cosa l'atmosfera és gairebé transparent (a penes apareixen núvols o similars). Segons els experts, va anar també un fet que va contribuir al fet que l'atmosfera no fos més forta: l'impacte d'un gran objecte. Es creu que aquest impacte va provocar una gran part de l'atmosfera inicial cap a l'espai, afavorida pel vent solar i la petita gravetat. Però, com hem dit, són sospites.
Venus dir-dir
Els altres dos planetes, la Terra i Venus, són més grans i tenen atmosfera. El vent solar arriba a Venus amb més força que a la Terra, ja que és el planeta més pròxim al Sol després de Mercuri. No obstant això, és capaç de mantenir la capa gasosa que l'envolta. La seva atmosfera és molt compacta —no és possible veure la superfície de Venus vista des de la Terra—, està formada majoritàriament per diòxid de carboni, i la pressió superficial d'aquest planeta és molt elevada, unes 90 vegades major que la de la Terra —no és d'estranyar que les sondes allí enterrades només hagin sobreviscut unes poques hores abans que es destrueixin les pressions—.
Però el que ha encuriosit dels astrònoms és una altra característica de l'atmosfera de Venus: l'atmosfera gira més ràpid que el propi planeta. El període de rotació de Venus és de 243 dies i el de l'atmosfera de 4 dies
De fet, en absència de vent, l'atmosfera hauria de girar a la mateixa velocitat que el planeta. Però en l'atmosfera de Venus s'acumula molta energia. Aquesta energia procedeix del Sol: la concentració de diòxid de carboni en l'atmosfera és molt elevada i s'acumula energia mitjançant l'efecte d'hivernacle en els núvols de l'atmosfera.
Aquesta densa atmosfera, a més d'acumular l'energia del Sol, també la reflecteix, i per això es veu tan brillant Venus. És el planeta més visible des de la Terra gràcies a la seva atmosfera.
No obstant això, aquesta densa atmosfera de Venus no protegeix totalment del vent solar, i les partícules carregades (ions) semblen produir aurores contínues. La llum de l'aurora es produeix quan les molècules de l'atmosfera, després de ser excitades pels ions, es recuperen. Per a protegir-se completament del flux d'ions, Venus necessitaria una potent magnetosfera, un potent camp magnètic.
La magnetosfera, per si mateixa, és esfèrica, però, a causa del vent solar, adquireix forma de gota (la cara de cara al Sol és plana i s'allarga en el costat oposat). No obstant això, la presència de la magnetosfera tampoc és suficient per a fer front al vent solar, ja que aquesta té ‘punts febles’.
Les aurores terrestres són un exemple d'això: les aurores es veuen en zones polars i no és casualitat. En els territoris on estarien els vèrtexs de l'eix de rotació de la Terra, la magnetosfera és més feble i el vent solar és més penetrant en l'atmosfera. En realitat les aurores són constants, però només les més intenses són visibles per als ulls humans.
A l'ésser un origen i una mesura similars, les atmosferes de la Terra i Venus haurien de ser més semblants —per alguna cosa es diu que Venus és la germana de la Terra—. Però, com és sabut, la composició és molt diferent. Els principals components de l'atmosfera terrestre són el nitrogen i l'oxigen, i el de Venus el diòxid de carboni. Pel que sembla, l'evolució de l'atmosfera terrestre va ser molt diferent. No sabem exactament com va ser aquesta evolució, però tots els indicis apunten al fet que en el centre de la salsa hi ha éssers vius. En definitiva, és conseqüència d'una evolució ininterrompuda.
Atmosferes remotes
La majoria dels planetes i satèl·lits del nostre Sistema Solar han estat observats directament per a determinar si tenen atmosfera, però amb els quals estan molt lluny el treball és més complicat. En el cas de Plutó, per exemple, en ser tan petit, es pot pensar que no té atmosfera. S'han detectat nitrogen, metà i monòxid de carboni en la superfície de Plutó, però es troben congelats quan estan lluny del Sol, pel fet que la temperatura és molt freda (-220 °C). No obstant això, a mesura que ens acostem al Sol la temperatura augmenta i és possible que aquests compostos es converteixin en gasos i formin una fina atmosfera.
L'estructura i temperatura de l'atmosfera de Plutó es van determinar en 1988, quan va passar per davant del Sol. I per a conèixer l'atmosfera dels planetes extrasolars, exoplanetes, s'utilitza també el pas per davant d'una estrella. Es recull com canvia la llum que arriba d'aquesta estrella i es compara amb la que es rep quan no té un planeta davant. En filtrar-se la llum de l'estrella a l'atmosfera de l'exoplaneta, mitjançant l'espectroscòpia s'identifiquen els components de l'atmosfera.
No fa molt, en 2001, es va descobrir per primera vegada una atmosfera en un planeta fora del nostre sistema solar. Pertany a un exoplaneta de la constel·lació de Pegasus (HD 209458b), situat a 150 anys llum de la Terra. Per a això es va utilitzar el telescopi espacial Hubble. I no va ser un avanç lent, tenint en compte que el primer exoplaneta es va detectar pocs anys abans (1995), un planeta que orbitava al voltant d'una estrella similar al Sol.
Exoplaneta va aprofitar un esdeveniment concret per a detectar la seva atmosfera: Va passar entre la Terra i l'estrella que orbitava. I així, la llum emesa per l'estrella va passar a través de l'atmosfera de l'exoplaneta. Gràcies a ell es va arribar a la conclusió que era un gegant de gas.
