La NASA ayuda a descifrar cómo algunos planetas distantes tienen nubes de arena

Las enanas marrones, objetos celestes que caen entre estrellas y planetas, se muestran en esta ilustración con un rango de temperaturas, desde la más caliente (izquierda) hasta la más fría (derecha). Las dos en el medio representan aquellas en el rango de temperatura adecuado para que se formen nubes hechas de silicatos.
Créditos:
NASA/JPL-Caltech
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Un nuevo estudio que utilizó observaciones de archivo del ahora retirado Telescopio Espacial Spitzer encontró un rasgo común entre los mundos distantes donde se forman las nubes exóticas.

La mayoría de las nubes en la Tierra están hechas de agua, pero más allá de nuestro planeta vienen en muchas variedades químicas. La parte superior de la atmósfera de Júpiter, por ejemplo, está cubierta de nubes de color amarillo hechas de amoníaco e hidrosulfuro de amonio. Y en mundos fuera de nuestro Sistema Solar, hay nubes compuestas de silicatos, la familia de minerales formadores de rocas que constituyen más del 90% de la corteza terrestre. Pero los investigadores no han podido observar las condiciones bajo las cuales se forman estas nubes de pequeños granos de polvo.

Un nuevo estudio que aparece en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society proporciona una idea: la investigación revela el rango de temperatura en el que se pueden formar las nubes de silicato y son visibles en la parte superior de la atmósfera de un planeta distante. El hallazgo se derivó de las observaciones de enanas marrones realizadas por el telescopio espacial Spitzer de la NASA ahora retirado, cuerpos celestes que caen en una categoría entre los planetas y las estrellas, pero encaja en una comprensión más general de cómo funcionan las atmósferas planetarias.

«Comprender las atmósferas de las enanas marrones y los planetas donde se pueden formar nubes de silicato también puede ayudarnos a comprender lo que veríamos en la atmósfera de un planeta más cercano en tamaño y temperatura a la Tierra», dijo Stanimir Metchev, Profesor de Estudios de Exoplanetas en Western University en Londres, Ontario, y coautor del estudio.

Química nublada

Los pasos para hacer cualquier tipo de nube son los mismos. Primero, caliente el ingrediente clave hasta que se convierta en vapor. En las condiciones adecuadas, ese ingrediente podría ser una variedad de cosas, como agua, amoníaco, sal o azufre. Atrápelo, enfríelo lo suficiente para que se condense, y listo, ¡nubes! Por supuesto, la roca se vaporiza a una temperatura mucho más alta que el agua, por lo que las nubes de silicato solo son visibles en mundos calientes, como las enanas marrones utilizadas para este estudio y algunos planetas fuera de nuestro Sistema Solar.

Aunque se forman como estrellas, las enanas marrones no son lo suficientemente masivas como para iniciar la fusión, el proceso que hace que las estrellas brillen. Muchas enanas marrones tienen atmósferas casi indistinguibles de las de los planetas dominados por gas, como Júpiter, por lo que pueden usarse como representación de esos planetas.

Antes de este estudio, los datos de Spitzer ya sugerían la presencia de nubes de silicato en un puñado de atmósferas de enanas marrones. (El telescopio espacial James Webb de la NASA podrá confirmar este tipo de nubes en mundos distantes). Este trabajo se realizó durante los primeros seis años de la misión Spitzer (que se lanzó en 2003), cuando el telescopio estaba operando tres instrumentos enfriados criogénicamente. Sin embargo, en muchos casos, la evidencia de nubes de silicato en las enanas marrones observadas por Spitzer era demasiado débil para sostenerse por sí sola.

Para esta última investigación, los astrónomos reunieron más de 100 de esas detecciones marginales y las agruparon por la temperatura de la enana marrón. Todas ellas cayeron dentro del rango de temperatura pronosticado donde deberían formarse las nubes de silicato: entre aproximadamente 1,900 grados Fahrenheit (alrededor de 1,000 grados Celsius) y 3,100 F (1,700 C). Si bien las detecciones individuales son marginales, juntas revelan un rasgo definitivo de las nubes de silicato.

Las nubes de silicato pueden ser visibles en atmósferas de enanas marrones, pero solo cuando la enana marrón está a menos de 3100 grados Fahrenheit (alrededor de 1700 grados Celsius) y a más de 1900 F (1000 C). Demasiado calor, y las nubes se vaporizan; demasiado fríos, y se convierten en lluvia o se hunden más en la atmósfera. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

«Tuvimos que profundizar en los datos de Spitzer para encontrar estas enanas marrones donde había algún indicio de nubes de silicato, y realmente no sabíamos qué encontraríamos», dijo Genaro Suárez, investigador postdoctoral en Western University y autor principal de el nuevo estudio. “Nos sorprendió mucho lo fuerte que fue la conclusión una vez que tuvimos los datos correctos para analizar”.

En atmósferas más calientes que el extremo superior del rango identificado en el estudio, los silicatos permanecen en forma de vapor. Debajo del extremo inferior, las nubes se convertirán en lluvia o se hundirán en la atmósfera, donde la temperatura es más alta.

De hecho, los investigadores creen que existen nubes de silicato en las profundidades de la atmósfera de Júpiter, donde la temperatura es mucho más alta que en la parte superior, debido a la presión atmosférica. Las nubes de silicato no pueden elevarse más, porque a temperaturas más bajas los silicatos se solidificarán y no permanecerán en forma de nube. Si la parte superior de la atmósfera estuviera miles de grados más caliente, las nubes de amoníaco e hidrosulfuro de amonio del planeta se vaporizarían y las nubes de silicato podrían llegar a la cima.

Los científicos están encontrando una colección cada vez más variada de entornos planetarios en nuestra galaxia. Por ejemplo, han encontrado planetas con un lado permanentemente frente a su estrella y el otro permanentemente en la sombra, un planeta donde las nubes de diferentes composiciones pueden ser visibles, según el lado observado. Para comprender esos mundos, los astrónomos primero deberán comprender los mecanismos comunes que les dan forma.

Más sobre la misión

Todo el cuerpo de datos científicos recopilados por Spitzer durante su vida está disponible para el público a través del  archivo de datos de Spitzer, alojado en el Archivo de ciencia infrarroja en IPAC en Caltech en Pasadena, California. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, una división de Caltech, administró las operaciones de la misión Spitzer para la Dirección de Misiones Científicas de la agencia en Washington. Las operaciones científicas se llevaron a cabo en el Centro de Ciencias Spitzer en IPAC en Caltech. Las operaciones de la nave espacial se basaron en Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado.

Para obtener más información sobre la misión Spitzer de la NASA, visite:


Fuente: NASA, Laboratorio de Propulsión a Chorro – Calthec.

Artículo original:NASA Helps Decipher How Some Distant Planets Have Clouds of Sand‘. Calla Cofield. Jul 7, 2022.

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