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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 los 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.
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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 las nubes de silicato pueden formarse y son visibles en la parte superior de la atmósfera de un planeta distante. El hallazgo se derivó de las observaciones realizadas por el retirado Telescopio Espacial Spitzer de la NASA de enanas marrones, cuerpos celestes que se encuentran entre planetas y 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 que está más cerca en tamaño y temperatura de la Tierra”, dijo Stanimir Metchev, profesor de estudios de exoplanetas en la Universidad Occidental en Londres, Ontario, y coautor del estudio.
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Química nublada
Los pasos para hacer cualquier tipo de nube son los mismos. Primero, calienta el ingrediente clave hasta que se convierta en vapor. Bajo las condiciones adecuadas, ese ingrediente podría ser una variedad de cosas, incluyendo agua, amoníaco, sal o azufre. Atraparlo, enfriarlo lo suficiente para que se condense, y voilà – ¡nubes! Por supuesto, la roca se vaporiza a una temperatura mucho más alta que el agua, por lo que las nubes de silicato son visibles solo 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 un proxy para esos planetas.
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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. En muchos casos, sin embargo, la evidencia de nubes de silicato en 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. Todos ellos cayeron dentro del rango de temperatura pronosticado para donde deberían formarse las nubes de silicato: entre aproximadamente 1,900 grados Fahrenheit (aproximadamente 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 es más fría que aproximadamente 3,100 grados Fahrenheit (aproximadamente 1,700 grados Celsius) y más cálida que 1,900 F (1,000 C). Demasiado caliente, y las nubes se vaporizan; demasiado frío, y se convierten en lluvia o se hunden más abajo en la atmósfera. Crédito: NASA/JPL-Caltech
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“Tuvimos que cavar a través de los datos de Spitzer para encontrar estas enanas marrones donde había alguna indicación de nubes de silicato, y realmente no sabíamos lo que encontraríamos”, dijo Genaro Suárez, investigador postdoctoral en la Universidad de Western y autor principal del 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 siguen siendo un vapor. Debajo del extremo inferior, las nubes se convertirán en lluvia o se hundirán más abajo en la atmósfera, donde la temperatura es más alta.
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De hecho, los investigadores piensan que las nubes de silicato existen 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 fuera miles de grados más caliente, las nubes de amoníaco e hidrosulfuro de amonio del planeta se vaporizarían y las nubes de silicato podrían elevarse a la cima.
Los científicos están encontrando una colección cada vez más variada de ambientes planetarios en nuestra galaxia. Por ejemplo, han encontrado planetas con un lado permanentemente frente a su estrella y el otro permanentemente en sombra, un planeta donde las nubes de diferentes composiciones podrían ser visibles, dependiendo del lado observado. Para comprender esos mundos, los astrónomos primero necesitarán comprender los mecanismos comunes que los conforman.
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Referencia: NASA/JPL-Caltech
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