miércoles, septiembre 07, 2011

Planetas con vientos metálicos

¿Te imaginas un planeta con una atmósfera compuesta por metales y con una superficie ardiente azotada por constantes vientos supersónicos? Pues deja de imaginar, porque esos mundos existen. Se llaman supertierras calientes y figuran entre los planetas más extremos conocidos por el ser humano.

Al igual que sus primos los júpiteres calientes, estos exoplanetas orbitan muy cerca de sus estrellas. Tanto, que las temperaturas en el lado diurno son, literalmente, infernales. Pero a diferencia de los gigantes gaseosos, las supertierras calientes poseen una superficie sólida que puede derretirse hasta formar extensos océanos de lava.

Posible estructura interna de la supertierra caliente CoRoT-7b, donde se aprecia el océano de lava a la derecha (Léger et al.).
Propiedades de algunas supertierras (Castan et al.).
Propiedades de algunas supertierras "infernales" con posibles océanos de lava y atmósferas limitadas al hemisferio diurno (Schaefer et al.).

Y eso no es todo. Se cree que estos planetas podrían tener una atmósfera compuesta en su mayor parte por metales y silicatos procedentes de la sublimación de los materiales de la corteza en el hemisferio diurno. Esta atmósfera sería realmente curiosa, y no solo por su composición. Por un lado, y debido a que el periodo de traslación de estos mundos coincide con el de rotación (tidal locking), la atmósfera solamente estaría presente sobre la cara iluminada del planeta, minimizando los procesos de erosión eólica en el lado oscuro. Por otro lado, se cree que existirían vientos supersónicos y nubes de metales y silicatos sobre el lado diurno. Por contra, en el hemisferio nocturno las temperaturas podrían acercarse al cero absoluto. Vamos, lo que se de dice un mundo de contrastes.

Presión atmosférica (en pascales) en función del ángulo con respecto al punto subsolar (centro del hemisferio diurno) en las supertierras 55 Cnc e (azul), Kepler-10b (negro) y Corot-7b (rojo). En el centro del lado diurno, la presión alcanza 0,1 atmósferas, mientras que en el terminador la presión disminuye hasta casi cero (Schaefer et al.).

Temperatura de la atmósfera en función de la distancia al centro del hemisferio diurno para las tres supertierras anteriores (Schaefer et al.).

Representación artística de la supertierra caliente Kepler-10b (NASA).

Si pudiéramos viajar a una supertierra de este tipo, además de sodio, potasio y monóxido de silicio,  también "respiraríamos" oxígeno, agua y dióxido de carbono. La proporción exacta dependería obviamente de la composición de la corteza y la temperatura superficial del exoplaneta, que varía entre 500 K y 3000 K dependiendo de la supertierra. En planetas con temperaturas más "bajas", la atmósfera estaría formada principalmente por vapor de agua y dióxido de carbono, mientras que en las supertierras infernales tendríamos una composición dominada principalmente por el oxígeno y el monóxido de carbono, con una importante cantidad de metales. Por encima de 4000 K, el monóxido de silicio sería el componente principal. Las supertierras calientes más frías -valga la contradicción- tendrían una presión atmosférica alta, hasta 100 atmósferas, pero en el caso de los mundos con temperaturas más extremas, la presión sería probablemente muy baja, del orden de las 0,1 atmósferas (aún así serían unas 20 veces más densas que la atmósfera de Marte).

Composición atmosférica mayoritaria de las supertierras en función de su temperatura y presión (Castan et al.).

Composición estimada de la corteza de las supertierras (Castan et al.).

Variación de algunas especies químicas en la atmósfera de las supertierras dependiendo de la temperatura (Castan et al.).

Si el planeta posee un campo magnético destacable -algo muy probable-, las velocidades de los vientos supersónicos se verían incrementadas cerca del terminador (la línea que separa la noche del día, que en estos mundos sería una frontera fija), mientras que paradójicamente los vientos subsónicos verían disminuir su velocidad media.

En definitiva, mundos de fantasía que en un hemisferio poseen altísimas temperaturas, mares de lava y vientos ardientes, mientras que en el otro hemisferio reinan el cero absoluto y el vacío del espacio. Una cosa está clara: a medida que conocemos más características de las supertierras, más extraño parece el universo.  


Referencias:

21 comentarios:

  1. Digo yo, que si la temperatura puede variar en esos mundos desde los 3000K en el punto subsolar hasta 0K en las antípodas del punto subsolar (¿punto antisubsolar?), habrá una distancia intermedia entre ambos donde la temperatura debería rondar los 300K, o sea, los 27ºC, ¿no? ¿O las variaciones debidas al tiempo atmosférico harían que dichos lugares fueran excesivamente inestables?

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  2. Orlando, es algo que a mi también me da vueltas por la cabeza, estos planetas "inmoviles" en rotación pueden ser un filón de lugares medianamente habitables.
    Si la circunferencia de los 300k se mantiene estable se podrían fundar colonias.

    Pensando un poco, ¿Al iluminarse siempre las mismas zonas no se llegaría a un momento de condiciones atmosféricas medianamente estables?

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  3. Espero no tener que luchar sobre plataformas mobiles contra mi Maestro en unos planetas de lava como estos, algo me dice que no terminaria bien para mi.

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  4. Pasaba por aquí...jueves, 08 septiembre, 2011

    Si la temperatura en el lado nocturno es próxima al cero absoluto entonces la atmósfera que llevan los vientos se debería congelar al llegar. ¿Podría ser así?, seria asombroso un océano de lava en un extremo y un súper glaciar en el otro, y en medio una franja de no te muevas que es peor.

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  5. Densidad en atmósferas? No quiero ser troll, pero me ha chirriado.

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  6. No veo que pueda ser factible tener en un lado del planeta atmósfera y en el lado opuesto el vacío del espacio. Las presiones siempre tienden a equilibrarse.

    Supongo que todos los volátiles sublimados en la cara iluminada debieran de precipitar en la cara oscura, quedando allí para siempre. Y los que no precipiten serán los que formen la atmósfera, la cual, si es suficientemente densa, transportará calor del lado iluminado al que no lo está. (Venus tarda 243 días terrestres en dar una vuelta y las temperaturas nocturnas no difieren de las diurnas).

    Si hay atmósfera, el lado no iluminado estará caliente. Y si no la hay (Porque los gases hayan solidificado), en tal caso el lado iluminado estará muy caliente y la temperatura del lado frío dependerá del calor interno radiado al espacio por el propio planeta.

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  7. @Orlando: sí, por supuesto. Otra cosa es que el resto de condiciones sean favorables. De todas formas, en otro tipo de mundos con tidal locking y condiciones climáticas más suaves -como planetas alrededor de enanas rojas-, la zona habitable estará alrededor del terminador.

    @Anónimo: tienes razón, me despisté. Iba a poner la densidad y al final puse la presión. Gracias por el aviso.

    Saludos.

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  8. Maravilloso mundo. es intrigante especular sobre que nuevos paisajes nos encontraremos en el futuro. esta entrada es sugerente, ¿algun dia podremos fundar colonias en lugares extremos?

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  9. Estimado Daniel:

    Te sigo desde hace tiempo y no puedo menos que agradecer tu magnífica labor de divulgación científica. Pero quisiera hacer constar unas puntualizaciones sobre el vínculo "Atmospheres of hot super-earths", por ser el material base del que trata tu artículo:

    . De entrada, considera que la super-tierra ha perdido su atmósfera original de volátiles y sufre una contínua erosión metálica con precipitación de los metales sublimados en contacto con el suelo.

    .Presupone que la atmósfera está compuesta de sodio monoatómico y algo de silicatos sublimados, aunque para su modelo considera una atmósfera de sodio puro.

    .Parte de una presión inicial de 100 mBars, que no justifica.

    . Considera que la temperatura decrece linealmente hasta alcanzar 50K que presupone tiene toda la parte no iluminada (Disipación geotérmica). Correcto si no tienes atmósfera, pero no puede darse como conclusión si previamente se ha introducido como supuesto.

    Asume condiciones adiabáticas y calcula la variación de presión en función del ángulo sólido, de acuerdo con el supuesto de variación de temperatura anterior. Teniendo en cuenta que el punto de fusión del sodio es de 370,87K, la conclusión es que precipita antes de llegar a la zona de sombra en la que se impuso la condicion de vacío.

    Demasiadas suposiciones. ¿No te parece?.

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  10. @Anónimo: el artículo se basa en probar una serie de modelos a partir de los escasos datos que conocemos sobre estos mundos. En astrofísica -y en muchas ramas de la ciencia- es inevitable hacer suposiciones más o menos arriesgadas. Lo importante es crear modelos que nos permitan predecir las características de estos mundos. El tiempo dirá si las suposiciones iniciales de estos modelos eran más o menos correctas, pero así funciona la ciencia.

    Saludos.

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  11. Son mundos verdaderamente extremos y todo esto por la proximidad con su estrella madre, habria que ver todo esto que nos cuenta Daniel porque en el universo hay de todo.

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  12. Estoy de acuerdo con Sergei y anónimo. A mí esto, con todo respeto, me parece una... paja mental por decirlo suavemente. Tengo que discrepar además, yo a esto no lo considero ciencia. Al menos no con C mayúscula. Divertimento, especulación, lo que se quiera, pero elaborar conjeturas sobre una pobreza abismal de datos y desde la ignorancia más profunda no es precisamente lo que yo pienso que debería ser la ciencia (quizá la tenga idealizada como producto acabado, pero es que especular puede hacerlo cualquiera, no necesitamos el método para eso).

    Dos cosas más. Esto no sólo no me parece extraño, es que se parece mucho a escenarios estilo SciFi del pasado que no daban una en el clavo (son risibles muchos de los planetas de esa literatura, algunos de ellos estaban realmente pensados por científicos, y tampoco acertaban ni de coña). Los humanos sólo podemos aplicar analogías, y la naturaleza no está en absoluto constreñida por las limitaciones de nuestra mente (y nuestra ignorancia). Es cierto que estas cosas en el pasado tardaron mucho en verse desmentidas (por ejemplo, una novela de Asimov que qué sé yo, fue escrita en los años 40, pues seguramente no estaba desmentida en cuanto a estas especulaciones -digamos la apariencia de Venus- hasta los años 60, lo cual da tiempo de hacer circular la cosa bastante), pero tengo la sospecha de que estas "especulaciones" van a durar muchísimo menos. Porque además, gracias a este y otros blogs nos enteramos todos como nunca antes :D

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  13. "...Tengo que discrepar además, yo a esto no lo considero ciencia..."

    Nunca leas un libro sobre epistemologia....me parece que le haria muy mal a tu concepcion de la realidad y especialmente acerca de como la interpretamos.

    :P

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  14. Anónimo: pues no sé que idea tendrás tú de lo que es la ciencia, pero esto es un ejemplo paper científico bastante común. Si por ciencia entiendes hechos establecidos y comprobados más allá de toda duda, me temo que el ámbito de acción de esa "Ciencia con mayúsculas" que tienes en mente es bastante reducido, por no decir inexistente.

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  15. Primero, era todo sin acritú, como se dice... veo que me explico condenadamente mal.

    Si en cualquier otro campo de la ciencia, alguien saca una comunicación como esta, el consenso general es que es una puta mierda (con perdón). Ya lo han puntualizado y muy bien arriba. Obviamente, nadie va a rasgarse sus vestiduras ni "condenar" tal cosa, y probablemente si quien lo envía es alguien de reconocido prestigio en su campo la cosa se pasará por alto como un divertimento personal. Sí, hay precedentes así en todos los campos. Incluso hay gente que manda sus comunicaciones con huevos de Pascua en los gráficos o hasta en el propio texto, incluso vi en una ocasión una comunicación en inglés que iba en rima (poética, claro).

    Me parece demasiado especulativo, y además muy gratuito. Si en las revistas que se autodicen serias (que luego siempre les cuelan algún gol, eso es inevitable y no lo critico) dejan literalmente miles de comunicaciones sin publicar por problemas de gestión de recursos, pues estas cosas no son tan gratuitas y tienen como en toda balanza sus pros y sus contras. A todo esto en general es a lo que me refiero.

    Supongo que es complicado, y probablemente mejor no hacerlo, repartir etiquetas de "con suficiente base empírica" y "especulación gratuita pura y dura", pero es que, en mi opinión, claro, este señor se ha pasado. Tres exoplanetas.

    Eh, sí, el objetivo de la ciencia es tener hechos establecidos y comprobados más allá de toda duda que eventualmente sólo puedan ser superados (por no decir falseados) por cambios mucho más amplios de cuadro (es decir, que en el marco que fueron pergeñados aún seguirían siendo hechos válidos, como lo es por ejemplo la mecánica newtoniana). Lo que no considero ciencia es la especulación traída por los pelos. Pero claro, entiendo que esto (a) es muy subjetivo y (b) podría ser peor el remedio que la enfermedad.

    Pero imagino que estoy en mi derecho de criticar a este buen hombre :D

    A fin de cuentas, si fuese aficionado a alguna magufada (hay muchos), siendo competente en su campo, probablemente todos lo pasaríamos por alto (yo incluido), sin renunciar a la legítima crítica, naturalmente, esto no lo es, por supuesto, pero como digo, creo que ha tensado la cosa un poco de más.

    Y, no, no me gusta la epistemología, aunque eso es claro está gusto personal. Mayormente porque si bien hay gente que es un placer leerla (Russell, por ejemplo, incluso sabiendo ya dónde estaba equivocado en sus argumentaciones), en general es pasto de ideologías políticas que es algo que no me repele particularmente, sino la forma insidiosa de ocultarlo, que es más bien lo que me saca de quicio. En ese aspecto, es posible que tenga la ciencia idealizada como un mecanismo para filtrar la verdad (hasta donde sea real este concepto) de nuestras propias mentiras, pero la verdad, indicadme uno mejor si lo conoceis.

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  16. @Anónimo: tranquilo, que no me enfado por las críticas. No soy el autor del paper y, por lo tanto, que cada palo aguante su vela.

    A ver, obviamente, estamos ante un paper que no es precisamente una maravilla. No aparecerá en Nature ni en el Astrophisical Journal, eso está calro, pero tampoco es "una puta mierda" precisamente. Desconozco qué tipos de papers sueles leer, pero si te das un paseo por las revistas de astrofísica de menor índice de imapcto, este artículo entraría en el grupo de los normalitos (yo también supongo que el referee le hará cambiar algunos puntos a los autores para su publicación, pero, como he dicho, no es mi problema).

    Yo tengo la ventaja de escribir un blog, no una revista científica, así que no estoy limitado por la precisión de los modelos o la calidad de los datos de los autores. Lo que me interesa en este caso es hablar de las supertierras calientes y de sus atmósferas e intentar despertar la curiosidad sobre el tema en la gente que desconozca estos temas, nada más. No entro a valorar la calidad del artículo porque no la considero especialmente mala y porque no es mi tarea. Ahora bien, el paper ha sido enviado a Astrophysical Journal Letters, así que ya ves que no es exactamente una mierda (ApJL no es la cumbre de la astrofísica, pero dista mucho de ser una revista autoeditada).

    Saludos.

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  17. Bueno, en ningún momento he tenido ninguna crítica que hacer ni al blog ni a tu trabajo, al cual solamente puedo estar agradecido. Precisamente me entero de esto gracias a él, lamento que me explique tan mal que quede resquicio a pensar lo que no ha sido nunca. Ni evidentemente tienes nada que ver con la comunicación, la consideras interesante (que lo es, sin duda) y la traes a público conocimiento. Yo mismo la leo y la critico, así que desde luego que (más que) interesante es.

    "Puta mierda" era en sentido informal. Ninguna comunicación a ninguna revista cae por debajo de unos estándares, por muy trampeada que esté la cosa para presentar unas hipótesis de forma favorable al proponente. Lo que quería decir es que algo similar a esto en otros campos menos especulativos, digamos, sí se hubiera publicado si lo presentan, claro (sobre todo si el autor es quien es), pero me juego dinero a que ningún autor osaría publicarlo, no al menos de esta manera.

    Por zanjar un poco el tema, la verdad, me ha parecido mal que el autor haya hecho un precocinado tan descarado y teledirigido. Está naturalmente en su perfecto derecho, esto es así y no voy a cuestionarlo, en absoluto, pero siendo un tema de ámbito tan restrictivo (precisamente por eso) y dado que el autor no es "un cualquiera", pues no sé, seré perfeccionista o seré exagerado, pero creo que debería haber enfocado la cosa de otra manera, incluso para decir lo mismo.

    Por no prolongarnos, creo que existe un exceso de sensacionalismo a la hora de llamar la atención, y que eso no es bueno. Ese problema no está aquí en este blog (ni en ningún otro), que además lo que hace es dar fe de lo que hay, no le corresponde maquillar la realidad. Por eso he criticado al autor, desde mi punto de vista entiendo que lo es.

    Por cierto, me soprende no ya que descarte cosas "porque le da la gana", sino que no tome en consideración otras, que son tan especulativas o más (y con la misma base), y que dibujarían escenarios todavía más increíbles.

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  18. Creo yo que lo que aquí se discute no son axiomas, sino teorias de otros que Daniel presenta, que pueden ser o no ser ciertas y que afortunadamente se pueden debatir.

    De entrada, se parte de la hipótesis que el planeta perdió toda su atmósfera y por tanto no existe posibilidad de transporte de calor por convección al negar la existencia de un fluido. Eso será con el permiso de doña gravedad.

    Para estimar la retención del gas por la gravedad de un planeta, la teoría manejada habitualmente (Con la que tampoco estoy muy de acuerdo, pero es lo que hay), estima que si la velocidad de escape del planeta es superior a 10 veces la velocidad térmica media, se retiene el 100% del gas. Entre 5 a 9 veces, lo retiene parcialmente y si es menor de 5, lo acaba perdiendo.

    La velocidad térmica media del gas depende a su vez del peso molecular de dicho gas. Por tanto, hay un corte de las moléculas/átomos que pueden existir en estado gaseoso y que la gravedad del planeta puede retener.

    El cálculo que a mí me sale es el siguiente:

    Tierra: Capaz de retener gases de pm>= 6 g/mol
    Venus: Capaz de retener gases de pm>=8 g/mol
    Kepler 10-b: Capaz de retener gases de pm>=14 g/mol
    Corot 7-b: Capaz de retener gases de pm>=8 g/mol
    Corot 7-b: Capaz de retener gases de pm>=10 g/mol

    (La temperatura subestelar la dividí por raiz de dos por considerar que todo el planeta radiaba a temperatura uniforme).

    La conclusión sería que la gravedad de estos planetas es capaz de retener a la mayor parte de especies moleculares, y con las temperaturas existentes candidatos no le iban a faltar. Por tanto serían planetas tipo Venus pero muchísimo más calientes.

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  19. Sabe Dios como serían. Dada su ubicación, pasar por alto los efectos de marea, incluso en cuerpos con rotación capturada (tidal locking) es totalmente gratuito a la hora de cualquier análisis (ejemplo local: Io. El diferencial para el caso del cuerpo que hablamos es mucho mayor). Estos planetas probablemente tendrían rotación diferencial por capas aún siendo básicamente telúricos (cojinetes a lo bestia, me pregunto si podría existir un equivalente de tectónica de placas para esa escala, es decir, de reciclado continuo de la superficie), y la forma de evacuar el calor de marea no puedo ni imaginarla. Por tanto, es muy gratuito ya descartar que no haya campo magnético capaz de deflectar eficientemente el viento solar (nuevamente tenemos ejemplos locales), y sí, sé que se buscan indicios de tal cosa con resultados negativos, pero eso en estos momentos no quiere decir nada. Y el resto es así, un me voy adonde quiero porque yo lo valgo, sin entrar a valorar tu más que pertinente apunte (Venus no ha visto arrebatada su atmósfera en eones a pesar de recibir un impacto pleno del viento solar, y además, es que ni siquiera está claro si este proceso realmente funciona y cómo). Tampoco se considera la posibilidad de que precisamente, por algún tipo de mecanismo no conocido, el planeta acrete materia del viento solar de la estrella en vez de ver arrebatada su atmósfera por éste, algo perfectamente posible.

    Cada una de estas posibilidades nos dibuja escenarios increíbles.


    No, claro que no son axiomas, un axioma no se demuestra por definición. No critico por criticar, es que aunque considere legítimo que todo el mundo tiene derecho a presentar lo que le conviene y más o menos omitir lo que no, en mi opinión hasta eso tiene un límite. Tampoco pasa nada porque proteste un poco ruidosamente, a fin de cuentas, la cosa tampoco sale de aquí (y más de uno pensará igual que yo).

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  20. El anterior anónimo me recuerda al Doctor Sheldon Cooper hablando sobre el trabajo del Doctor Koothrappali en la sitcom americana The Big Band Theory...
    (He intentado hacer una broma, no quiero parecer irrespetuoso). Algunos mecanismos son más verosímiles que otros, pero todo son suposiciones... no hay nada malo en presentar escenarios "presuntamente equivocados", deberíamos considerarlo estimulante ya que todos ellos inciden en lo extraño y exótico de estos mundos extraterrestres.
    Un saludo.

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  21. Estoy de acuerdo con Anónimo. Sabe dios como serán. La teoría cinética de los gases y su “factor de pánico” de 10 sobre la velocidad media del gas a una temperatura determinada para el cálculo tradicional en todo caso te da una idea sobre la posibilidad de mantener una atmósfera. Por ejemplo: Con Titán el resultado es que retendría gases con peso molecular mayor que 34 y ahí la tenemos con una atmósfera de nitrógeno espléndida. ¿Por qué?. Por otros muchísimos factores (Campos magnéticos, etc). Mercurio dá 64 g/mol y por las temperaturas igual podría tener SO2 o S2 como atmósfera y no la tiene. HD85512-b daría un resultado de 6 g/mol como en la tierra, pero con una temperatura parecida a la de Venus. y GILESE 581D sería más frío que Marte y su gravedad podría retener al Helio. Pero en realidad ¿Qué sabemos?. Sin la exploración espacial no somos nada.

    No obstante, bajo este indicador pobre y simplista y el valor que pudiera tener, los planetas del artículo serían una bola de gases a casi 2.000ºC envolviendo un océano de lava. Lo siento por quien quiera montar allí una colonia.

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