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La lluvia de helio dentro de Saturno podría dar forma a su campo magnético

La lluvia de helio dentro de Saturno podría dar forma a su campo magnético

Saturno es el único planeta que conocemos cuyo campo magnético está alineado casi exactamente con su eje de rotación. En un nuevo análisis de datos recopilados durante las órbitas finales de la misión Cassini de la NASA, los astrónomos proponen que la naturaleza única del campo podría provenir de una gruesa capa de «lluvia» de helio que cae lentamente sobre el núcleo metálico de hidrógeno del planeta. Los resultados aparecen en el AGU Advances de junio.

Este diagrama muestra el interior de Saturno, con una capa gruesa «insoluble en helio», donde las gotas de helio se asientan lentamente contra el núcleo.

Los científicos creen que el efecto dínamo en la rotación y convección de un fluido conductor genera campos magnéticos planetarios.

El campo magnético de la Tierra, por ejemplo, se origina dentro de su núcleo de hierro fundido de convección vigorosa, mientras que los núcleos de Júpiter y Saturno contienen hidrógeno calentado y comprimido a un estado metálico (fluido). Urano y Neptuno son demasiado pequeños para proporcionar las condiciones adecuadas para el hidrógeno metálico; en cambio, se cree que sus dínamos internos funcionan con una forma inusual de agua ionizada.

El eje magnético de casi todos estos planetas, excepto Saturno, se inclina al menos varios grados desde el eje de rotación del planeta. Urano y Neptuno son los más extremos, sus ejes magnéticos inclinados de 45 ° a 60 ° desde sus ejes de giro.

Las naves espaciales Pioneer y Voyager midieron los campos magnéticos de los planetas exteriores, incluida su orientación, hace décadas. Pero los datos de la misión Cassini más reciente mostraron que la inclinación máxima posible de Saturno es excepcionalmente pequeña, por debajo de 0,007 °, dice Hao Cao (Universidad de Harvard), que no participó en el estudio actual.

Campo magnético de Saturno

Este modelo muestra el campo magnético de Saturno como se ve en la superficie.

Durante décadas, los científicos planetarios pensaron que el interior de la convección de Saturno era 99% de hidrógeno y helio. Sin embargo, la distribución de esos elementos y sus estados físicos dentro del planeta seguía siendo desconocida.

Ahora, los datos de los últimos meses de la misión Cassini están ayudando a los científicos a comprender las condiciones interiores y la distribución de los materiales que conducen al campo magnético inusualmente alineado de Saturno.

Durante sus últimas 22 órbitas, la nave espacial Cassini se acercó cada vez más a la región polar de Saturno. “Recopiló datos hermosos sobre el campo magnético, más detallados que nunca antes”, dice Sabine Stanley (Universidad Johns Hopkins).

Chi Yan (también en Johns Hopkins) y Stanley incorporaron estos datos en los modelos de computadora que desarrollaron para calcular los campos magnéticos que producirían varias fuerzas dentro del planeta. Modificaron sus modelos hasta que proporcionaron la mejor coincidencia con las observaciones. Los últimos pases, cuando Cassini se acercó más a Saturno, ayudaron a reducir el rango de condiciones posibles dentro del planeta.

Las extrañas capas de Saturno

Yan y Stanley encuentran que su mejor modelo del interior de Saturno tiene cuatro capas. El núcleo interno es sólido, o posiblemente un fluido estratificado sin convección.

Contiene la roca y el hielo alrededor de los cuales Saturno se condensó originalmente y se extiende aproximadamente una cuarta parte del camino hasta la superficie.

A continuación, se encuentra un núcleo exterior convectivo de hidrógeno metálico y helio disuelto, la capa que alberga la dínamo del planeta.

La temperatura y la presión son tan altas que esta capa se encuentra en un estado inusual llamado fluido supercrítico , que no es ni líquido ni gaseoso. Alcanza hasta aproximadamente el 42% del camino hacia la superficie.

La tercera capa también es un fluido supercrítico, pero el helio que contiene no se disuelve en el hidrógeno, sino que permanece separado como el aceite en el agua. Aquí, el helio “llueve” a través del hidrógeno fluido, pero solo muy lentamente, un fenómeno previamente predicho pero nunca observado definitivamente.

La lluvia de helio es algo extraño y fascinante, que Stanley llama «una de mis cosas favoritas en el universo». Solo puede suceder a presiones superiores a un megabar, aproximadamente un millón de veces la presión atmosférica de la Tierra al nivel del mar, pero a presiones más bajas que el núcleo extremadamente denso. En Saturno, esta transición ocurre aproximadamente al 70% del camino hacia la superficie.

Mientras que el hidrógeno y el helio se mezclan a presiones más bajas más cerca de la superficie y se mezclan nuevamente dentro del núcleo, a un millón de atmósferas se vuelven inmiscibles, como el aceite y el agua.

El helio, que representa aproximadamente una cuarta parte del fluido, forma gotas dentro del hidrógeno metálico que caen más profundamente en el planeta.

«El proceso es realmente lento», dice Stanley. El helio no llueve, sino que se deposita lentamente en el fondo de la capa de lluvia de helio, donde las presiones se vuelven lo suficientemente altas como para que el helio se vuelva metálico y pueda disolverse en hidrógeno metálico.

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Harold

Harold

Entusiasta del SEO, fundador del grupo Astronomía, Cosmos y Ciencia para todos en Facebook. Arquitecto de Software, programador, amante del marketing, la tecnología y la ciencias. Admiro a Carl Sagan, Nikola Tesla, Alan Turing, Giordano Bruno, Tales de Mileto, Arquímedes, Newton, Einstein, Faraday, Harold Urey, Stanley Miller, Christian Huygens, Hipatia de Alejandría, Nikolái Vavilov y muchos mas!

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