La atmósfera, la superficie de los planetas
2005/06/01 Rementeria Argote, Nagore - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
La Tierra está rodeada de una cubierta de gas. Estos gases se han quedado sin retroceder: son demasiado ligeros para estar pegados a la superficie terrestre y demasiado pesados para superar la fuerza de la gravitación de la Tierra y abandonar el espacio abierto. El conjunto de estos gases constituye una atmósfera.
Sin embargo, observando los planetas cercanos, se observa que no todos tienen atmósfera. En general, hay que cumplir una serie de requisitos para tener una atmósfera, pero sobre todo es imprescindible la fuerza gravitatoria. Por lo demás, la temperatura también tiene que ver, lógicamente, con la presión. Se requiere una temperatura mínima para que las moléculas estén en estado gaseoso y no en estado líquido o sólido. Tampoco se recomienda una temperatura demasiado alta, ya que con esta energía el gas puede escapar a un espacio amplio. Sin embargo, un planeta puede tener atmósfera a temperaturas muy altas si tiene mucha fuerza gravitatoria.
Gigantes gaseosos
es una tormenta en la que caben dos iguales que la Tierra.
Mira a Júpiter y al resto de gigantes gaseosos como Saturno, Urano y Neptuno. Su temperatura es altísima, pero su fuerza gravitatoria es aún mayor. Es tan grande que es capaz de captar y retener los gases del entorno alrededor de los planetas. De esta manera se tomó la medida que tienen estos planetas en la actualidad, y por eso se les llama gigantes gaseosos, sobre todo porque son planetas colosales formados por gases. Por ejemplo, la masa de Júpiter es 300 veces la de la Tierra y el volumen 1.300 veces mayor.
No parece fácil distinguir la atmósfera en un planeta formado por gases. En definitiva, ¿cómo distinguir la capa de gas de la zona, que por definición es esa atmósfera, si el propio planeta está formado por gases? Lo cierto es que estos planetas contienen un pequeño núcleo sólido, formado por rocas e hidrógeno metálicos, entre otros. El núcleo sólido de Neptuno, por ejemplo, tiene el tamaño de la Tierra, pero si se tiene en cuenta la atmósfera, Neptuno es casi 60 veces mayor.
A pesar del escaso carácter sólido de los gigantes gaseosos, su capa de gas alrededor del núcleo es también muy compacta, con una gran presión, y se ha determinado que más de una capa de gas que cubre el planeta forma parte del mismo.
A pesar de la densa atmósfera, no hay movimiento. No hay más que mirar el movimiento de las nubes que se ven en la superficie de Saturno o de Júpiter. La presencia de nubes en la atmósfera hace que los desplazamientos de viento –turbulencias, etc.– sean fáciles de seguir. En estos planetas, por tanto, no falta viento. Y hay tormentas, Júpiter, por ejemplo, tiene una enorme mancha roja que parece ser un ciclón. No se puede comparar este ciclón con el de la Tierra, que no es una semana, sino que ha durado siglos. Fue observado por primera vez en 1664 y, a pesar de haber sufrido algunas incidencias, todavía permanece.
Su composición es más parecida al Sol que el resto de planetas. Los componentes principales son el hidrógeno y el helio. De alguna manera, los gigantes gaseosos son estrellas sin energía suficiente.
Suelos
Como
se puede apreciar, nuestro planeta (la Tierra) y sus alrededores son muy diferentes y no se parecen a estos gigantes gaseosos. Basta mirar la medida: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte parecen enanos junto a esos gigantes. Además, son básicamente sólidos, por lo que se denominan planetas terrestres. Al ser tan diferentes, las atmósferas también son muy diferentes.
Se distinguen por tanto dos tipos de planetas respecto a la atmósfera, los gigantes gaseosos y los planetas terrestres. La razón de esta diferencia depende del nacimiento del sistema solar. Hace unos 4.500 millones de años surgieron los planetas: Los pequeños y sólidos planetas terrestres más cercanos al Sol, y los gigantescos planetas gaseosos fueron creciendo a mayor distancia con restos de gases.
En los planetas los elementos más pesados se ‘cayeron’ hacia el centro y sobre ellos se apilaron el resto, dependiendo de su peso. El planeta recién nacido fue definiendo su atmósfera mediante tres procesos: los volcanes liberaban dióxido de carbono y vapor de agua, algunos materiales se evaporaban y los meteoritos ocasionales traían nuevos compuestos. Aunque los procesos fueron similares en todos los planetas, las consecuencias fueron diferentes. La masa de cada planeta y su cercanía al Sol fueron determinantes.
Algunos de esos planetas iniciales resistieron la atmósfera y otros no. A los planetas más pequeños les costó más mantener la atmósfera: Mercurio y Marte. En la actualidad, Mercurio no tiene atmósfera y la de Marte es muy delgada.
Mercurio es el más pequeño de los planetas terrestres, con una masa dieciocho veces menor que la Tierra, y el más cercano al Sol. Las observaciones realizadas desde la Tierra y a través del buque del espacio Mariner 10 no han mostrado indicios de una atmósfera visible. En la superficie se han encontrado cinco elementos (oxígeno, hidrógeno, neón, sodio y potasio) pero no forman una atmósfera, sino una fina capa llamada exosfera.
Mercurio es demasiado pequeño para tener atmósfera. Pero también tiene otra razón para no tener atmósfera: Está muy cerca del Sol y el viento solar arrastra las marcas de gas. De hecho, el Sol emite partículas cargadas en todas las direcciones, a modo de soplo de viento.
Marte también es relativamente pequeño: Es casi el doble que Mercurio, pero nueve veces menor que la Tierra. En las fotografías tomadas a Marte se aprecia la superficie, por lo que la atmósfera es casi transparente (apenas aparecen nubes o similares). Según los expertos, fue también un hecho que contribuyó a que la atmósfera no fuera más fuerte: el impacto de un gran objeto. Se cree que este impacto provocó una gran parte de la atmósfera inicial hacia el espacio, favorecida por el viento solar y la pequeña gravedad. Pero, como hemos dicho, son sospechas.
Venus dir-dir
Los otros dos planetas, la Tierra y Venus, son más grandes y tienen atmósfera. El viento solar llega a Venus con más fuerza que a la Tierra, ya que es el planeta más cercano al Sol tras Mercurio. Sin embargo, es capaz de mantener la capa gaseosa que la rodea. Su atmósfera es muy compacta —no es posible ver la superficie de Venus vista desde la Tierra—, está formada mayoritariamente por dióxido de carbono, y la presión superficial de este planeta es muy elevada, unas 90 veces mayor que la de la Tierra —no es de extrañar que las sondas allí enterradas sólo hayan sobrevivido unas pocas horas antes de que se destruyan las presiones—.
Pero lo que ha despertado la curiosidad de los astrónomos es otra característica de la atmósfera de Venus: la atmósfera gira más rápido que el propio planeta. El periodo de rotación de Venus es de 243 días y el de la atmósfera de 4 días
De hecho, en ausencia de viento, la atmósfera debería girar a la misma velocidad que el planeta. Pero en la atmósfera de Venus se acumula mucha energía. Esta energía procede del Sol: la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera es muy elevada y se acumula energía mediante el efecto invernadero en las nubes de la atmósfera.
Esta densa atmósfera, además de acumular la energía del Sol, también la refleja, y por eso se ve tan brillante Venus. Es el planeta más visible desde la Tierra gracias a su atmósfera.
Sin embargo, esta densa atmósfera de Venus no protege totalmente del viento solar, y las partículas cargadas (iones) parecen producir auroras continuas. La luz de la aurora se produce cuando las moléculas de la atmósfera, tras ser excitadas por los iones, se recuperan. Para protegerse completamente del flujo de iones, Venus necesitaría una potente magnetosfera, un potente campo magnético.
La magnetosfera, por sí misma, es esférica, pero, debido al viento solar, adquiere forma de gota (la cara de cara al Sol es plana y se alarga en el lado opuesto). Sin embargo, la presencia de la magnetosfera tampoco es suficiente para hacer frente al viento solar, ya que ésta tiene ‘puntos débiles’.
Las auroras terrestres son un ejemplo de ello: las auroras se ven en zonas polares y no es casualidad. En los territorios donde estarían los vértices del eje de rotación de la Tierra, la magnetosfera es más débil y el viento solar es más penetrante en la atmósfera. En realidad las auroras son constantes, pero sólo las más intensas son visibles para los ojos humanos.
Al ser un origen y una medida similares, las atmósferas de la Tierra y Venus deberían ser más parecidas —por
algo se dice que Venus es la hermana de la Tierra—. Pero, como es sabido, la composición es muy diferente. Los principales componentes de la atmósfera terrestre son el nitrógeno y el oxígeno, y el de Venus el dióxido de carbono. Al parecer, la evolución de la atmósfera terrestre fue muy diferente. No sabemos exactamente cómo fue esa evolución, pero todos los indicios apuntan a que en el centro de la salsa hay seres vivos. En definitiva, es consecuencia de una evolución ininterrumpida.
Atmósferas remotas
La mayoría de los planetas y satélites de nuestro Sistema Solar han sido observados directamente para determinar si tienen atmósfera, pero con los que están muy lejos el trabajo es más complicado. En el caso de Plutón, por ejemplo, al ser tan pequeño, se puede pensar que no tiene atmósfera. Se han detectado nitrógeno, metano y monóxido de carbono en la superficie de Plutón, pero se encuentran congelados cuando están lejos del Sol, debido a que la temperatura es muy fría (-220 ºC). Sin embargo, a medida que nos acercamos al Sol la temperatura aumenta y es posible que estos compuestos se conviertan en gases y formen una fina atmósfera.
La estructura y temperatura de la atmósfera de Plutón se determinaron en 1988, cuando pasó por delante del Sol. Y para conocer la atmósfera de los planetas extrasolares, exoplanetas, se utiliza también el paso por delante de una estrella. Se recoge cómo cambia la luz que llega de esa estrella y se compara con la que se recibe cuando no tiene un planeta delante. Al filtrarse la luz de la estrella a la atmósfera del exoplaneta, mediante la espectroscopia se identifican los componentes de la atmósfera.
No hace mucho, en 2001, se descubrió por primera vez una atmósfera en un planeta fuera de nuestro sistema solar. Pertenece a un exoplaneta de la constelación de Pegasus (HD 209458b), situado a 150 años luz de la Tierra. Para ello se utilizó el telescopio espacial Hubble. Y no fue un avance lento, teniendo en cuenta que el primer exoplaneta se detectó pocos años antes (1995), un planeta que orbitaba alrededor de una estrella similar al Sol.
Exoplaneta aprovechó un evento concreto para detectar su atmósfera: Pasó entre la Tierra y la estrella que orbitaba. Y así, la luz emitida por la estrella pasó a través de la atmósfera del exoplaneta. Gracias a él se llegó a la conclusión de que era un gigante de gas.
