A atmosfera, a superficie dos planetas
2005/06/01 Rementeria Argote, Nagore - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
A Terra está rodeada dunha cuberta de gas. Estes gases quedáronse sen retroceder: son demasiado lixeiros paira estar pegados á superficie terrestre e demasiado pesados paira superar a forza da gravitación da Terra e abandonar o espazo aberto. O conxunto destes gases constitúe una atmosfera.
Con todo, observando os planetas próximos, obsérvase que non todos teñen atmosfera. En xeral, hai que cumprir una serie de requisitos paira ter una atmosfera, pero sobre todo é imprescindible a forza gravitatoria. Polo demais, a temperatura tamén ten que ver, loxicamente, coa presión. Requírese una temperatura mínima para que as moléculas estean en estado gaseoso e non en estado líquido ou sólido. Tampouco se recomenda una temperatura demasiado alta, xa que con esta enerxía o gas pode escapar a un espazo amplo. Con todo, un planeta pode ter atmosfera a temperaturas moi altas si ten moita forza gravitatoria.
Xigantes gaseosos
Mira a Júpiter e ao resto de xigantes gaseosos como Saturno, Urano e Neptuno. A súa temperatura é altísima, pero a súa forza gravitatoria é aínda maior. É tan grande que é capaz de captar e reter os gases da contorna ao redor dos planetas. Desta maneira tomouse a medida que teñen estes planetas na actualidade, e por iso chámaselles xigantes gaseosos, sobre todo porque son planetas colosais formados por gases. Por exemplo, a masa de Júpiter é 300 veces a da Terra e o volume 1.300 veces maior.
Non parece fácil distinguir a atmosfera nun planeta formado por gases. En definitiva, como distinguir a capa de gas da zona, que por definición é esa atmosfera, si o propio planeta está formado por gases? O certo é que estes planetas conteñen un pequeno núcleo sólido, formado por rocas e hidróxeno metálicos, entre outros. O núcleo sólido de Neptuno, por exemplo, ten o tamaño da Terra, pero si tense en conta a atmosfera, Neptuno é case 60 veces maior.
A pesar do escaso carácter sólido dos xigantes gaseosos, a súa capa de gas ao redor do núcleo é tamén moi compacta, cunha gran presión, e determinouse que máis dunha capa de gas que cobre o planeta forma parte do mesmo.
A pesar da densa atmosfera, non hai movemento. Non hai máis que mirar o movemento das nubes que ven na superficie de Saturno ou de Júpiter. A presenza de nubes na atmosfera fai que os desprazamentos de vento –turbulencias, etc.– sexan fáciles de seguir. Nestes planetas, por tanto, non falta vento. E hai tormentas, Júpiter, por exemplo, ten una enorme mancha vermella que parece ser un ciclón. Non se pode comparar este ciclón co da Terra, que non é una semana, senón que durou séculos. Foi observado por primeira vez en 1664 e, a pesar de sufrir algunhas incidencias, aínda permanece.
A súa composición é máis parecida ao Sol que o resto de planetas. Os compoñentes principais son o hidróxeno e o helio. Dalgunha maneira, os xigantes gaseosos son estrelas sen enerxía suficiente.
Chans
Como se pode apreciar, o noso planeta (a Terra) e os seus arredores son moi diferentes e non se parecen a estes xigantes gaseosos. Basta mirar a medida: Mercurio, Venus, a Terra e Marte parecen ananos xunto a eses xigantes. Ademais, son basicamente sólidos, polo que se denominan planetas terrestres. Ao ser tan diferentes, as atmosferas tamén son moi diferentes.
Distínguense por tanto dous tipos de planetas respecto da atmosfera, os xigantes gaseosos e os planetas terrestres. A razón desta diferenza depende do nacemento do sistema solar. Fai uns 4.500 millóns de anos xurdiron os planetas: Os pequenos e sólidos planetas terrestres máis próximos ao Sol, e os xigantescos planetas gaseosos foron crecendo a maior distancia con restos de gases.
Nos planetas os elementos máis pesados caeron’ cara ao centro e sobre eles se apilaron o resto, dependendo do seu peso. O planeta recentemente nado foi definindo a súa atmosfera mediante tres procesos: os volcáns liberaban dióxido de carbono e vapor de auga, algúns materiais se evaporaban e os meteoritos ocasionais traían novos compostos. Aínda que os procesos foron similares en todos os planetas, as consecuencias foron diferentes. A masa de cada planeta e a súa proximidade ao Sol foron determinantes.
Algúns deses planetas iniciais resistiron a atmosfera e outro non. Aos planetas máis pequenos custoulles máis manter a atmosfera: Mercurio e Marte. Na actualidade, Mercurio non ten atmosfera e a de Marte é moi delgada.
Mercurio é o máis pequeno dos planetas terrestres, cunha masa dezaoito veces menor que a Terra, e o máis próximo ao Sol. As observacións realizadas desde a Terra e a través do buque do espazo Mariner 10 non mostraron indicios dunha atmosfera visible. Na superficie atopáronse cinco elementos (osíxeno, hidróxeno, neón, sodio e potasio) pero non forman una atmosfera, senón una fina capa chamada exosfera.
Mercurio é demasiado pequeno paira ter atmosfera. Pero tamén ten outra razón paira non ter atmosfera: Está moi preto do Sol e o vento solar arrastra as marcas de gas. De feito, o Sol emite partículas cargadas en todas as direccións, a modo de sopro de vento.
Marte tamén é relativamente pequeno: É case o dobre que Mercurio, pero nove veces menor que a Terra. Nas fotografías tomadas a Marte apréciase a superficie, polo que a atmosfera é case transparente (apenas aparecen nubes ou similares). Segundo os expertos, foi tamén un feito que contribuíu a que a atmosfera non fose máis forte: o impacto dun gran obxecto. Crese que este impacto provocou una gran parte da atmosfera inicial cara ao espazo, favorecida polo vento solar e a pequena gravidade. Pero, como dixemos, son sospeitas.
Venus dir-dir
Os outros dous planetas, a Terra e Venus, son máis grandes e teñen atmosfera. O vento solar chega a Venus con máis forza que á Terra, xa que é o planeta máis próximo ao Sol tras Mercurio. Con todo, é capaz de manter a capa gasosa que a rodea. A súa atmosfera é moi compacta —non é posible ver a superficie de Venus vista desde a Terra—, está formada maioritariamente por dióxido de carbono, e a presión superficial deste planeta é moi elevada, unhas 90 veces maior que a da Terra —non é de estrañar que as sondas alí enterradas só sobrevivan unhas poucas horas antes de que se destrúan as presións—.
Pero o que espertou a curiosidade dos astrónomos é outra característica da atmosfera de Venus: a atmosfera vira máis rápido que o propio planeta. O período de rotación de Venus é de 243 días e o da atmosfera de 4 días
De feito, en ausencia de vento, a atmosfera debería virar á mesma velocidade que o planeta. Pero na atmosfera de Venus acumúlase moita enerxía. Esta enerxía procede do Sol: a concentración de dióxido de carbono na atmosfera é moi elevada e acumúlase enerxía mediante o efecto invernadoiro nas minchas da atmosfera.
Esta densa atmosfera, ademais de acumular a enerxía do Sol, tamén a reflicte, e por iso vese tan brillante Venus. É o planeta máis visible desde a Terra grazas á súa atmosfera.
Con todo, esta densa atmosfera de Venus non protexe totalmente do vento solar, e as partículas cargadas (iones) parecen producir auroras continuas. A luz da aurora prodúcese cando as moléculas da atmosfera, tras ser excitadas polos iones, recupéranse. Paira protexerse completamente do fluxo de iones, Venus necesitaría una potente magnetosfera, un potente campo magnético.
A magnetosfera, por si mesma, é esférica, pero, debido ao vento solar, adquire forma de pinga (a cara de face ao Sol é plana e alárgase no lado oposto). Con todo, a presenza da magnetosfera tampouco é suficiente paira facer fronte ao vento solar, xa que esta ten ‘puntos débiles’.
As auroras terrestres son un exemplo diso: as auroras ven en zonas polares e non é casualidade. Nos territorios onde estarían os vértices do eixo de rotación da Terra, a magnetosfera é máis débil e o vento solar é máis penetrante na atmosfera. En realidade as auroras son constantes, pero só as máis intensas son visibles paira os ollos humanos.
Ao ser unha orixe e una medida similares, as atmosferas da Terra e Venus deberían ser máis parecidas —por algo se di que Venus é a irmá da Terra—. Pero, como é sabido, a composición é moi diferente. Os principais compoñentes da atmosfera terrestre son o nitróxeno e o osíxeno, e o de Venus o dióxido de carbono. Ao parecer, a evolución da atmosfera terrestre foi moi diferente. Non sabemos exactamente como foi esa evolución, pero todos os indicios apuntan a que no centro da salsa hai seres vivos. En definitiva, é consecuencia dunha evolución ininterrompida.
Atmosferas remotas
A maioría dos planetas e satélites do noso Sistema Solar foron observados directamente paira determinar si teñen atmosfera, pero cos que están moi lonxe o traballo é máis complicado. No caso de Plutón, por exemplo, ao ser tan pequeno, pódese pensar que non ten atmosfera. Detectáronse nitróxeno, metano e monóxido de carbono na superficie de Plutón, pero se atopan conxelados cando están lonxe do Sol, debido a que a temperatura é moi fría (-220 ºC). Con todo, a medida que nos achegamos ao Sol a temperatura aumenta e é posible que estes compostos convértanse en gases e formen una fina atmosfera.
A estrutura e temperatura da atmosfera de Plutón determináronse en 1988, cando pasou por diante do Sol. E paira coñecer a atmosfera dos planetas extrasolares, exoplanetas, utilízase tamén o paso por diante de una estrela. Recóllese como cambia a luz que chega desa estrela e compárase coa que se recibe cando non ten un planeta diante. Ao filtrarse a luz da estrela á atmosfera do exoplaneta, mediante a espectroscopia identifícanse os compoñentes da atmosfera.
Non fai moito, en 2001, descubriuse por primeira vez una atmosfera nun planeta fóra do noso sistema solar. Pertence a un exoplaneta da constelación de Pegasus (HD 209458b), situado a 150 anos luz da Terra. Paira iso utilizouse o telescopio espacial Hubble. E non foi un avance lento, tendo en conta que o primeiro exoplaneta detectouse poucos anos antes (1995), un planeta que orbitaba ao redor de una estrela similar ao Sol.
Exoplaneta aproveitou un evento concreto paira detectar a súa atmosfera: Pasou entre a Terra e a estrela que orbitaba. E así, a luz emitida pola estrela pasou a través da atmosfera do exoplaneta. Grazas a el chegouse á conclusión de que era un xigante de gas.
