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Respuestas (XCII): ¿Existen cometas tan grandes como la Luna?

by Jordi Pereyra

Francisco García me envió un mensaje (a través de la pestaña de contacto del blog) en el que preguntaba si sería posible que existiera un cometa tan grande como la Luna. Aunque la propuesta me pareció curiosa, a primera vista me dio la impresión de que el tema no tendría bastante «sustancia» como par escribir una entrada al respecto… Pero, a medida que he ido tirando del hilo, me he dado cuenta de que estaba completamente equivocado: la respuesta tiene un giro muy interesante.

En primer lugar, cuando pensamos en un cometa, nos viene a la cabeza uno de estos churros luminosos cósmicos:

El cometa Halley. Crédito: NASA

Pero, por supuesto, el cometa propiamente dicho no es esa estela brillante, sino el trozo de hielo y roca que la está produciendo. Me explico.

En los fríos confines del sistema solar, donde los compuestos volátiles como el agua o el amoniaco están congelados de manera permanente, existen dos regiones enormes del espacio que están repletas de amasijos de hielo y roca de tamaños dispares: el cinturón de Kuiper y la nube de Oort.

Para hacernos una idea de la lejanía y la escala de estas regiones, hay que tener en cuenta que las distancias del sistema solar se miden en unidades astronómicas (UA), una unidad que está basada en la distancia que separa la Tierra del sol (150 millones de kilómetros, que corresponde a 1 UA).  Dicho esto, los objetos del cinturón de Kuiper están repartidos a una distancia de entre 30 y 50 UA del sol y los de la nube de Oort abarcarían el espacio comprendido entre las 2.000 y las 200.000 UA. En comparación, Neptuno da vueltas alrededor del sol a una distancia media de 30,1 UA.

La imagen no está a escala, sólo da una idea de la forma de cada uno. Crédito: ESA

Pues, bien, se estima que existen cerca de un billón de cuerpos hechos de hielo y roca contenidos en estas dos regiones combinadas, con diámetros que van desde unos pocos metros hasta un par de miles de kilómetros. Por suerte, la mayor parte de ellos no se mueven de allí y no molestan a nadie, pero, de vez en cuando, la órbita de alguno de estos objetos se desestabiliza y se precipita hacia el sistema solar interior. Y es entonces cuando empieza el espectáculo.

A medida que estos objetos congelados se adentran en el sistema solar, el calor del sol va sublimando el hielo de su superficie, formando un envoltorio de gas y polvo a su alrededor llamado coma. Además, mientras estos objetos se acercan cada vez más al sol, el viento solar arrastra ese envoltorio de gas en la dirección opuesta a su movimiento, estirándolo y formando esa característica cola brillante que se puede extender a lo largo de millones de kilómetros por el espacio.

Llegados a este punto, ese trozo de hielo y roca habrá adoptado el aspecto de cometa que es tan fácilmente reconocible:

Fotografía del cometa McNaught. (Fuente)

Imaginaba que esto sería una entrada corta, pero veo que ya te estás enrollando con el aspecto de los cometas.

No, no, voz cursiva, es que este dato es importante porque hoy estamos hablando del tamaño de los cometas o, lo que es lo mismo, del diámetro del pedazo de hielo y roca que está oculto tras ese envoltorio de gas brillante. Y, al parecer, es difícil estimar el tamaño de un cometa precisamente porque el brillo de su coma a veces impide observar con claridad el núcleo rocoso congelado que hay en su interior. Por supuesto, ese no es el caso de todos los cometas y, además, hay técnicas que permiten estimar el tamaño de su núcleo de manera indirecta. También existen misiones espaciales que se han acercado a los cometas para estudiarlos con gran nivel de detalle y la sonda Philae incluso está posada sobre uno ahora mismo.

Lo que quiero decir es que se conoce el tamaño de algunos cometas con precisión y parece que su diámetro suele rondar entre unos cientos de metros y 30 kilómetros, pero, cuando intentas buscar cuál es el cometa más grande conocido, inevitablemente te encuentras con aproximaciones.

El cometa más grande que se conoce en la actualidad es Hale-Bopp, con un diámetro de unos 60 kilómetros, pero es posible que en el pasado nos hayan visitado cometas aún más grandes. Por ejemplo, en 1729 se observó un cometa (ahora catalogado como C/1729 P1) que, según los testigos de la época, alcanzó una magnitud visual de -3. Esto significa que el brillo del cometa en el cielo era cuatro veces más intenso que el de Sirio, la estrella más brillante del firmamento. En base a este dato, se ha estimado que el núcleo del cometa C/1729 P1 podría haber medido unos 100 kilómetros de diámetro, lo que, de ser cierto, lo convertiría en el cometa más grande que jamás se ha registrado.

Bueno, 100 kilómetros no está mal… Pero está muy lejos de los 3.474 kilómetros de diámetro de la Luna. ¿De verdad no hay cometas mucho más grandes que el puñetero C/1729 P1?

Buena pregunta, voz cursiva.

Como hemos visto, un cometa es cualquier trozo de hielo y roca de los confines del sistema solar que se precipita hacia el sol y desarrolla una envoltura de gas y polvo a medida que se acerca a él. Por tanto, cualquier objeto congelado del cinturón de Kuiper o de la nube de Oort es susceptible de convertirse en un cometa si su órbita se desestabiliza… Y, de hecho, estas regiones contienen muchos objetos con diámetros muy superiores a los 100 kilómetros, entre ellos los planetas enanos, que tienen diámetros que casi son comparables al de la Luna.

Y aquí llega el giro que comentaba: uno de estos potenciales cometas gigantes es el planeta enano Haumea, un mundo congelado que mide unos 2.300 x 1.700 x 1.138 kilómetros.

Con ese nombre y esa forma de dar las medidas, parece que estás hablando de un mueble de IKEA, en lugar de un cuerpo celeste.

Toda la razón, voz cursiva, es que Haumea es el objeto menos esférico del sistema solar (como comenté en esta otra entrada), así que es mejor concretar sus tres dimensiones como si fuera una viga de madera, porque hablar de su «diámetro» no da una idea exacta de su tamaño.

En cualquier caso, el asunto es que la órbita de Haumea no es estable y se ha estimado que en el futuro podría llegar a pasar lo bastante cerca de Neptuno como para que la gravedad este planeta perturbe radicalmente su órbita. Cuando esta interacción ocurra, tendrá dos posibles resultados para Haumea: o bien terminará siendo expulsado al espacio interestelar, o será catapultado hacia el sistema solar interior.

Si se produce este segundo escenario, el hielo de la superficie de Haumea se sublimará a medida que se acerque al sol y el viento solar esparcirá el gas a lo largo de su trayectoria hasta formar una gigantesca cola brillante, mucho más larga que la de cualquier otro cometa. De hecho, debido a su gran tamaño, muy superior al de cualquier otro cometa conocido, el brillo del posible cometa Haumea será unas 10.000 veces superior al de Hale-Bopp y aparecerá tan brillante en el cielo como la Luna llena. O sea, que, por una vez, la respuesta a una de las preguntas que me mandáis es afirmativa: sí, podrían existir cometas casi tan grandes como la Luna.

¡Qué pasada! ¿Y esto cuando ocurrirá?

En 2 millones de años.

Odio la astronomía.

¡Bueno, no nos precipitemos, voz cursiva! Entiendo que la actual falta de cometas tan brillantes como la Luna llena aleje a muchos lectores de la astronomía, pero, aun así, es posible que alguno de ellos conozca a alguien a quién si le interesen la astronomía o la física en general. Incluso es posible que esos lectores hipotéticos aún no hayan decidido qué regalar a esas personas estas navidades inminentes. Si es así, les recomendaría que echaran un vistazo a los libros de Ciencia de Sofá como potencial regalo para estas fiestas (guiño navideño, guiño navideño).

 

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Respuestas (XCI): ¿Cómo sería el clima de la Tierra si un día durara tanto como un año?

by Jordi Pereyra

Antes de nada, creo que es mejor que aclare a qué viene el título del artículo. Resulta que existe un fenómeno llamado «acoplamiento de marea» que tiene lugar cuando un cuerpo celeste tarda el mismo tiempo en dar una vuelta alrededor de otro que en completar una rotación sobre sí mismo. Eso es precisamente lo que le ocurre a la Luna, que tarda 27,3 días tanto en dar una vuelta alrededor de la Tierra como en completar una rotación y, como resultado, siempre vemos la misma cara nuestro satélite (expliqué por qué la Luna sigue esta órbita en esta otra entada).

Por tanto, el tema que quiero abordar hoy es qué pasaría si la Tierra llegara a una situación de acoplamiento gravitatorio con el sol y, por tanto, tardara lo mismo en completar una órbita que en girar una vez sobre su propio eje… O, lo que es lo mismo, si un día durara tanto como un año. Y, a su vez, este planteamiento equivale a la pregunta que me envió Pol Amunategi: ¿cómo sería la Tierra si la misma cara de nuestro planeta apuntara siempre hacia el sol?

O sea, esto:

Así que al turrón.

El acoplamiento de marea es un fenómeno bastante común que afecta a varios satélites de nuestro sistema solar (como Europa, Ganímedes o Tritón) e incluso existe un caso de acoplamiento doble entre Plutón y Caronte en el que el planeta enano y su principal satélite siempre se muestran la misma cara mutuamente, como podéis ver en esta animación:

Pero el acoplamiento de marea es un fenómeno que no está limitado a los satélites, ya que es posible que una gran cantidad de exoplanetas estén acoplados a sus estrellas, en especial los que tienen órbitas más cerradas. En estos mundos acoplados, la mitad de la superficie está expuesta a la luz de su estrella de manera permanente y la otra mitad está sumida en una noche eterna.

Pues, nada, voy a llamar a Elon Musk, porque justo acabo de empezar una start-up de venta interestelar de persianas y creo que he encontrado el tipo de planeta idóneo al que vender el concepto. 

No tan rápido, voz cursiva, porque es posible que la atmósfera de muchos de estos planetas no sea demasiado compatible con la vida entrepreneur-friendly.

En primer lugar, la diferencia entre la temperatura de las dos caras de un planeta acoplado a su estrella puede ser tremenda. Para hacernos una idea del efecto que tiene la exposición prolongada a la luz o a la oscuridad en el espacio, basta con levantar la vista hacia la Luna: aunque nuestro satélite no está acoplado al sol, su superficie alcanza temperaturas de hasta 120ºC cuando está iluminada y se desploma hasta los -263ºC en el fondo de los cráteres polares, donde no llega la luz solar.

En un planeta sometido a los efectos del acoplamiento de marea que, como la Luna, no tuviera atmósfera, el escenario sería así de sencillo y hostil para la vida… Pero el panorama se complica un poco cuando el planeta en cuestión está rodeado de aire.

La atmósfera juega un papel clave en la regulación de la temperatura de un mundo acoplado a su estrella porque el aire caliente de la cara iluminada puede a moverse hacia la cara fría y viceversa, reduciendo la diferencia de temperatura entre las dos mitades del planeta. Un ejemplo extremo de este fenómeno se ha observado en HD 189733b, un gigante gaseoso acoplado a su estrella en el que la temperatura de la cara iluminada supera los 1.000ºC, lo que produce vientos que circulan a velocidades de hasta 8.700 km/h hacia la cara oscura.

Ufff, qué palo… ¿Y ahora cómo le digo a Elon que olvide lo del negocio de las persianas? Es una pena, porque parecía muy entusiasmado.

Bueno, no todos los planetas acoplados a sus estrellas son así, voz cursiva. HD 189733b es un caso muy extremo y los efectos del acoplamiento de marea sobre la atmósfera de un planeta rocoso son más complejos que en un gigante gaseoso, porque, además de su tamaño, su distancia a la estrella y su velocidad de rotación, hay otros factores que intervienen en su clima, como su topografía, la presencia de océanos o la composición de su superficie y su atmósfera.

Pero hay un fenómeno en concreto que puede evitar que un mundo rocoso que esté acoplado a su estrella termine asolado por vientos huracanados: el efecto Coriolis.

Hablé con más detalle sobre este efecto en esta entrada extremadamente antigua, pero, en resumidas cuentas, es un fenómeno provocado por la propia rotación del planeta: los puntos cercanos al ecuador se mueven más deprisa alrededor del eje de rotación que las regiones polares y este movimiento diferencial arrastra la atmósfera a velocidades distintas según la latitud, haciendo que el viento sople en una dirección predominante en cada una de ellas. En el caso de la Tierra, las corrientes dominantes tienen esta pinta en cada latitud:

El efecto Coriolis tiene una gran influencia sobre nuestro clima y, de hecho, si la Tierra rotara lo bastante despacio como para que este fenómeno desapareciera, entonces los patrones climáticos serían mucho más simples porque el aire caliente de la franja ecuatorial se limitaría a fluir hacia las regiones polares frías y el aire frío se desplazaría hasta las regiones calientes, dando lugar a un planeta donde los vientos siempre soplarían de norte a sur (o al revés).

Por tanto, en el caso de un planeta acoplado a su estrella que rote muy despacio, el efecto Coriolis será casi inexistente y su clima estará dominado por un flujo de aire que se esparcirá de manera radial desde la cara iluminada y caliente hacia la cara oscura y fría. Algo así, vaya:

Pero, si el planeta acoplado en cuestión gira muy deprisa o es muy grande (dos factores que intensifican el efecto Coriolis), el arrastre lateral de la atmósfera que genera su rotación produce un patrón climático mucho más difícil de predecir, como el de la Tierra.

Por ejemplo, los autores de este artículo llevaron a cabo varias simulaciones con las que analizaron cómo se comportaba la atmósfera de planetas con diferentes tamaños (de 1 a 2 radios terrestres) y distintos periodos de rotación (de 1 a 100 días) que estaban acoplados a estrellas enanas rojas. Sus resultados sugieren que, en los planetas con un periodo de rotación de entre 12 y 100 días, en los que el efecto Coriolis es más débil, el calor fluye con facilidad de una cara a otra y la temperatura de la cara iluminada incluso puede llegar a bajar lo suficiente como para permitir la existencia de agua líquida.

Ahora bien, los planetas simulados que tenían un periodo de rotación inferior a 12 días podían adoptar una de las siguientes tres configuraciones climáticas:

  1. La parte alta de la atmósfera entra en estado de súper-rotación (o sea, que da vueltas alrededor del planeta más rápido de lo que este rota sobre sí mismo, como le ocurre a Venus) e impide que el aire de la parte baja ascienda y circule. En este caso, la superficie de la cara iluminada se calienta por encima del punto de evaporación del agua y el planeta deja de ser habitable.
  2. La parte alta de la atmósfera desarrolla corrientes lentas en latitudes más altas que posibilitan la circulación del aire entre las dos caras del planeta e igualan un poco sus temperaturas, llegando a permitir la existencia de agua líquida en la cara iluminada y volviéndola habitable.
  3. Los planetas con un diámetro 2 veces superior al de la Tierra y un periodo de rotación inferior a 5 días pueden llegar a desarrollar unas oscilaciones atmosféricas que terminan formando un estado climático intermedio, pero aún habitable.

Por otro lado, los planetas más grandes de estas simulaciones tienden a tener unas diferencias mayores de temperatura entre sus dos caras, pero su temperatura media es más baja que la de los pequeños, debido a que su cara oscura irradia calor al espacio más deprisa y enfría la atmósfera de manera más eficiente. El efecto de la velocidad de rotación y el tamaño de los planetas sobre su temperatura aparece representado en estos tres gráficos:

Pero aquí no acaba la cosa, porque la presencia de océanos en un mundo acoplado a su estrella puede ayudar aún a igualar más la temperatura de sus dos caras. Como se comenta en este otro estudio, el estado de estos océanos dependería de varios factores, como la intensidad de la radiación de la estrella, los patrones de circulación del calor en la atmósfera y la concentración de gases de efecto invernadero, pero un factor crítico sería la distribución de los continentes: si los océanos de dicho planeta estuvieran conectados entre ellos, como ocurre en la Tierra, entonces el agua caliente podría circular hacia la cara oscura del planeta con más facilidad y mantenerla libre de hielo, mejorando aún más las condiciones de habitabilidad del planeta. En cambio, en un planeta acoplado con una circulación atmosférica y oceánica deficiente, el agua de la cara oscura permanecería permanentemente congelada.

Vale, vale, ya me ha quedado más o menos claro el rollo que se gastan los planetas acoplados.. Entonces, ¿cómo sería la Tierra si entrara en una configuración de acoplamiento gravitatorio con el sol?

Es una pregunta muy difícil de responder, voz cursiva, pero podemos especular un poco en base a lo que hemos visto hasta ahora sobre planetas acoplados a estrellas enanas rojas. Pero, insisto, esto es pura especulación.

En este escenario, la Tierra tardaría el mismo tiempo en completar una rotación sobre su eje que en dar una vuelta alrededor del sol: el equivalente a 365 días. El efecto Coriolis producido por una rotación tan lenta sería casi inexistente y la atmósfera del planeta seguramente entraría en el régimen climático en el que el aire caliente fluiría de la cara iluminada a la oscura (y el aire frío seguiría el camino opuesto) de manera radial, sin desarrollar patrones muy complejos.

La velocidad de los vientos que producirían estas corrientes de aire es difícil de cuantificar, porque, al menos en parte, dependería de lo dispares que fueran las temperaturas de cada cara del planeta: cuanto más fría estuviera la cara oscura, más se comprimiría su atmósfera y menor sería su presión, así que «succionaría» el aire caliente de la cara iluminada con más fuerza y produciría vientos más intensos. Si nos remitimos al último gráfico, la circulación atmosférica de un mundo con un diámetro similar al de la Tierra y un periodo de rotación superior a 100 días rebajaría la diferencia de temperatura entre las dos caras del planeta a unos razonables 30ºC, aunque la temperatura media del planeta podría superar los 50ºC, lo que indica que la temperatura de la cara iluminada podría ser demasiado alta como para que fuera habitable… O al menos para que fuera cómodamente habitable.

Ahora bien, si tenemos en cuenta el efecto regulador de los océanos (algo que no se considera en el gráfico), el agua podría ayudar a transportar parte de ese calor excesivo de la cara iluminada a la oscura, reduciendo la diferencia entre la temperatura de las dos y refrescando un poco la mitad eternamente diurna del planeta. De hecho, si la temperatura de las dos caras se igualara lo suficiente y, por tanto, también su presión, incluso sería posible que la superficie de la Tierra no estuviera constantemente azotada por vientos huracanados.

Aun así, también es cierto que no se necesitan diferencias de presión muy altas para provocar vientos de cientos de kilómetros por hora. Para hacernos una idea del efecto de la presión sobre el viento, durante el huracán Wilma de 2005, la presión atmosférica de la zona bajó hasta los 882 milibares, lo que representa sólo un 10% menos que la presión normal, de 1.013 milibares. Pues bien, resulta que esta pequeña diferencia de presión produjo vientos que alcanzaron velocidades de casi 300 km/h.

O sea, que, pese a todo, es posible que una Tierra acoplada al sol fuera un lugar mucho más ventoso que el planeta al que estamos acostumbrados, particularmente en la frontera entre la cara oscura y la cara iluminada… Y eso es una pena, porque esa región posiblemente tendría una temperatura intermedia y, además, estaría atrapada en una puesta/salida de sol eterna.

Bueno, mira, no pinta tan mal el panorama. Entonces, ¿hay alguna posibilidad de que la Tierra se acople al sol en un futuro y no tenga que descartar la genial idea del negocio de las persianas?

Pues no, voz cursiva, puedes tirar esa idea a la basura, porque a lo máximo que puede aspirar nuestro planeta es a llegar a una situación de doble acoplamiento con la Luna (como el caso de Plutón y Caronte), pero nunca a acoplarse con el sol. Aún así, nuestra estrella agotará su combustible mucho antes de que eso ocurra y se hinchará cada vez más hasta que engulla nuestro planeta. Y entonces no habrá persianas que nos puedan proteger del sol, por mucho que las diseñe Elon Musk.

 

 

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Respuestas cortas (III): ¿Por qué hay hidrocarburos en Titán (la luna de Saturno)?

by Jordi Pereyra

Un lector que responde al misterioso nombre de Dani (así, sin más) me preguntó hace poco a través de la nueva pestaña de contacto del blog por qué existen grandes cantidades de hidrocarburos en la superficie y la atmósfera de Titán, la luna de Saturno. Para poner un poco de contexto al asunto, los hidrocarburos son sustancias cuyas moléculas están formadas únicamente por átomos de carbono e hidrógeno (como el metano, CH4, o el pentano, C5H12) y en la Tierra los utilizamos como combustible, dado que liberan bastante energía cuando se queman.

Entonces… Si algún futuro astronauta encendiera una cerilla en Titán… ¡¿El satélite entero saltaría por los aires?!

Luego volveremos a eso, voz cursiva.

Lo curioso es que, aunque en la Tierra estamos acostumbrados a encontrar este tipo de hidrocarburos en estado gaseoso, en Titán hace tanto frío (alrededor de -180ºC) que estos gases condensan y depositan en forma líquida sobre su superficie. Como resultado, Titán es el único cuerpo del sistema solar, además de la Tierra, que tiene un ciclo hidrológico con nubes, lluvias, ríos y lagos… Aunque este ciclo está basado en el metano, en lugar del agua, claro.

La silueta de algunos lagos del hemisferio norte de Titán, marcada sobre las densas nubes de hidrocarburos que rodean el satélite. (Imagen en mayor resolución)

En cualquier caso, Dani tiene entendido que, en nuestro planeta, los hidrocarburos como el metano provienen de la descomposición de materia orgánica. Por tanto, la cuestión que le intriga es esta: si Titán está repleto de metano, ¿significa eso que ha existido (o existe) vida en este satélite de Saturno?

Vamos a echar un vistazo a la cuestión.

En la Tierra, el metano es el componente principal del gas natural. Esta mezcla de gases se forma a partir de restos orgánicos antiguos que, tras quedar sepultados bajo tierra, han pasado millones de años descomponiéndose a altas presiones y temperaturas. Pero, entre otras cosas, el metano también es el componente más célebre de las flatulencias (aunque no el causante de su olor, como mucha gente piensa) y, de hecho, muchos incluso habréis oído que los pedos de las vacas representan una fracción importante de las emisiones de este gas de efecto invernadero a escala global.

Aun así, aunque sea tentador pensar que todo el metano de Titán es una señal de que este satélite contiene vida, hay que tener en cuenta que el universo tiene otras maneras de producir metano que no requieren la acción de ningún ser vivo.

Lo primero que hay que tener en cuenta es que el metano es un gas relativamente abundante en el espacio porque se puede formar en las nubes protoplanetarias, grandes masas de gas y polvo interestelar como la que dio lugar a nuestro sistema solar (como comentaba en esta otra entrada).

En concreto, los átomos de carbono e hidrógeno se pueden quedar adheridos a los granos de polvo que hay en estas nebulosas mientras flotan por el espacio y, con el tiempo, debido a la exposición a radiación ultravioleta, estos átomos terminan reaccionando químicamente y combinándose, formando moléculas más complejas, como el metano u otros hidrocarburos.

Sabiendo esto, es probable que Titán adoptara gran parte de su metano de la misma nube de gas y polvo que dio lugar a Saturno, el planeta al que orbita. Al fin y al cabo, también se han detectado grandes cantidades de metano en Saturno, así que esa nube primigenia en la que se formaron tanto el planeta como el satélite debía contener una concentración considerable de este gas.

Ahora bien, Titán está perdiendo su metano constantemente porque, a gran altitud, la radiación ultravioleta del sol rompe las moléculas metano y de nitrógeno que contiene su atmósfera. Como resultado, los átomos de carbono, hidrógeno y nitrógeno se vuelven a combinar de forma distinta, dando lugar a otras sustancias y distintos hidrocarburos que se precipitan de nuevo hacia la superficie, donde se acumulan sobre el suelo y en los lagos del satélite.

Esta pérdida continua de gas sugiere que el satélite debe contener más metano del que podemos observar en su atmósfera y su superficie porque, de lo contrario, cualquier rastro de esta sustancia hubiera desaparecido de la faz del satélite hace mucho tiempo. Por tanto, se cree que la mayor parte del metano de que hay en Titán se encuentra bajo el suelo y que está siendo expulsado gradualmente a la atmósfera a través de la actividad criovolcánica, manteniendo su concentración más o menos estable.

¿Críovolcanes? ¿Y eso qué son? ¿Volcanes inmaduros como este chiste tan forzado? ¡JAJAJA!

Una broma graciosísima, voz cursiva. Son un tipo de volcanes que se encuentran en mundos muy fríos, como Titán, y que, en lugar de roca fundida, expulsan agua, amoníaco u otros compuestos volátiles.

Aún así, también hay quién argumenta que Titán no pudo haber adoptado su metano de la nebulosa presolar, porque, de ser así, el satélite contendría otros gases que también están presentes en Saturno, como el xenón o el criptón, en una proporción similar… Pero esto no se ha observado, así que también se ha sugerido que ese metano subterráneo no se incorporó a Titán durante su formación, sino que podría estar siendo generado en el interior del satélite.

¡Eso significa que deben existir restos de organismos bajo la superficie de Titán! ¡O incluso que hay seres vivos! ¡Puede que Titán esté habitado por algún tipo de vacas criogénicas subterráneas!

No te apresures tanto con las conclusiones, voz cursiva, porque existen procesos geológicos que producen este gas sin la intervención de ningún ser vivo.

Un ejemplo es la serpentinización, que genera metano a partir de las reacciones químicas que se dan entre el agua y ciertos gases y minerales. Se sospecha que bajo la superficie de Titán podrían existir cantidades considerables de agua líquida, posiblemente mezclada con amoníaco u otros compuestos que evitan su congelación. Si este es el caso, entonces el metano se podría producir en el interior del planeta y acumular en el agua en forma de clatratos.

(Fuentes: 1, 2)

Pero, aunque este mecanismo se ha observado en la Tierra y no hay un motivo por el que no pudiera tener lugar en Titán, producir la cantidad de metano que existe en el satélite requeriría la serpentización de un gran volumen de material en su interior… Y no se sabe si es posible que Titán produzca bastante metano mediante este proceso como para compensar la pérdida debida a la radiación solar.

Total que, en resumidas cuentas y respondiendo a la pregunta de Dani, parece que el metano que hay en Titán se acumuló allí durante la formación del planeta o que está siendo producido en su interior por procesos geológicos… O, seguramente, una mezcla de las dos cosas.

Vaya, qué decepción… Pero, ¿podemos estar 100% seguros de que ese metano no tiene un origen biológico?

Tiene pinta, voz cursiva, porque no existe ningún indicio claro de que exista vida en Titán.

De hecho, conviene recordar que muchos organismos que viven en nuestro propio planeta emiten metano sólo porque es un resultado de los procesos químicos que rigen la vida terrícola. Dado que las condiciones físicas y químicas son radicalmente distintas en Titán, la hipotética vida que albergara este satélite probablemente estaría basada en sustancias muy diferentes y su «alimento» y los productos de su descomposición serían muy distintos, así que no tendrían por qué producir metano.

Es más, los modelos teóricos sugieren que unos hipotéticos organismos que surgieran en Titán vivirían en los lagos de metano, pero no producirían metano como subproducto de su metabolismo, igual que, en la Tierra, los peces viven en el agua, pero no generan más agua. En su lugar, se cree que esta posible vida de Titán consumiría otros compuestos orgánicos que están disueltos en los lagos de metano, como el acetileno, y emitirían hidrógeno como producto de deshecho.

Esta predicción es curiosa porque alrededor de un 0,1% de la atmósfera de Titán es hidrógeno. El dato en sí no tiene ningún misterio, porque este gas puede provenir de muchas fuentes no-biológicas, de modo su presencia no es un indicativo de que exista vida en este satélite. Lo que sí tiene a los astrónomos un poco intrigados es el hecho de que el hidrógeno no parece estar repartido de manera uniforme por la atmósfera y tiende a concentrarse por encima de los 50º grados de latitud en el hemisferio norte, donde se encuentran la mayor parte de los lagos del satélite. De hecho, más curiosa aún es la detección de niveles más bajos de acetileno de los que cabría esperar en la superficie del planeta, aunque…

¡¿Y qué otra prueba quieres de que existe vida en Titán, maldita sea?! ¡Me voy al campo a darle acetileno a unas vacas para confirmar la hipótesis!

Deja las vacas tranquilas, voz cursiva, porque Titán es un mundo complejo y, de nuevo, existen procesos geológicos que pueden explicar estas anomalías. Incluso podría darse el caso de que estas discrepancias no fueran más que fallos de los modelos que se utilizan para analizar este satélite, así que, insisto: de momento no hay ningún indicio de que exista vida en Titán. Para estar más seguros, habrá que esperar a que se manden nuevas misiones a este satélite de Saturno en el futuro.

Ok… Ok… Y, volviendo a la pregunta del principio, con todo ese metano en el aire, ¿si encendiera un mechero sobre Titán, el satélite entero reventaría?

Para nada, voz cursiva, porque la atmósfera de Titán está repleta de nitrógeno (98,4%) y metano (1,4%), con trazas de hidrógeno y otros hidrocarburos, pero no contiene nada de oxígeno. Al no haber oxígeno, una reacción de combustión no es posible y el mechero ni siquiera se encendería. Así que no, el planeta entero no se incendiaría si alguien encendiera una cerilla sobre su superficie.

Pf… Esta entrada no ha sido más que una decepción tras otra… Pasa a la publicidad de los libros, anda.

No hace falta que me lo digas dos veces.

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Respuestas cortas (I): ¿Por qué la luz no tiene masa, si tiene energía?

by Jordi Pereyra

Hace poco estuve hablando sobre el concepto de masa y, en resumidas cuentas, en la entrada llegaba a la conclusión de que la masa no es más que una manifestación de los diferentes tipos de energía que componen un objeto. Dicho de otra manera, en el nivel más fundamental, las cosas están compuestas por distintos tipos de energía y la masa es un concepto que simplemente cuantifica la resistencia al movimiento que ofrece un montón de energía concreto… O su inercia, vaya.

Pero, después de leer la entrada, a algunos lectores les surgió una duda: si, por un lado, la masa es un reflejo de la cantidad de energía que contiene un objeto y, por el otro, la luz tiene energía… Entonces, ¿por qué la luz no tiene masa? 

Por tanto, quería aprovechar esta pregunta para inaugurar una nueva sección de artículos más cortos (con los que pretendo actualizar el blog más a menudo) y, de paso, aclarar la confusión.

En primer lugar, aunque es cierto que la luz tiene energía, las partículas que la componen, los fotones, no tienen masa en reposo.

Ya empezamos con los términos raros innecesarios…

Para nada, voz cursiva, la masa en reposo es precisamente la magnitud a la que nos referimos cuando hablamos de masa. Dicho de otra manera, la masa en reposo de un objeto es un reflejo de la energía que tiene asociada cuando está quieto, por el mero hecho de existir y de estar compuesto por una cantidad determinada de materia. Esta energía proviene tanto de la energía cinética de las partículas que contiene como de su interacción con el llamado campo de Higgs, y se manifiesta dándole inercia y, por tanto, masa, al objeto.

Pero, claro, los fotones no interaccionan con el campo de Higgs ni tampoco pueden estar en reposo, porque siempre se desplazan a la velocidad de la luz, así que la luz no tiene ningún tipo de masa en reposo… Y, como son dos conceptos equivalentes, por eso se dice que la luz no tiene masa.

Ahora bien, eso no significa que la luz no pueda tener energía. Para saber de dónde viene la energía de la luz, tendremos que fijarnos en la ecuación completa de Einstein que vimos en esta otra entrada:

Como podéis ver, la energía total de un objeto es la suma de otros dos tipos de energía distintos: su energía en reposo (que está asociada a su masa en reposo) y su energía cinética, derivada de su movimiento.

Hablemos ahora de este segundo tipo de energía.

Como ya vimos en esta otra entrada, la masa de un objeto aumenta con la velocidad, en el sentido de que, cuanto más deprisa se mueve, más aumenta su inercia y más cuesta acelerarlo hasta una velocidad aún mayor. Esto ocurre porque el momento del objeto crece a medida que acelera (el momento no es más que el producto de su masa en reposo multiplicado por la velocidad a la que se desplaza) y, a su vez, como se puede ver en el último término de la ecuación anterior, ese incremento del momento provoca un aumento de la energía cinética. Por tanto, a medida que un objeto gana velocidad, también aumenta su energía y, por tanto, su inercia (o su masa).

A esa inercia asociada al movimiento de un objeto se le suele llamar masa relativista. Pero, ojo, que este término puede dar lugar a confusiones: aunque contenga la palabra «masa», no representa ningún tipo de masa «real». En realidad, la masa relativista no es una propiedad intrínseca de un objeto, como la masa en reposo, sino que sólo refleja cuánto cambia su inercia en función de la velocidad a la que se desplaza.

Además, este aumento de masa debido a la velocidad no es perceptible en nuestra vida diaria porque sólo se manifiesta a velocidades cercanas a la de la luz (300.000 km/s). Por tanto, en nuestro día a día tan sólo experimentamos la masa en reposo de los objetos que nos rodean… Que es otro de los motivos por los que a la masa en reposo le llamamos simplemente masa.

Pero, ojo, porque, aunque la luz no tenga masa (en reposo), sí que tiene cierto momento que le otorga energía cinética. Por tanto, aunque la luz no reciba ninguna aportación de energía de su masa en reposo, sí que tiene una energía cinética asociada a su movimiento.

¡Pero si acabas de decir que la luz no tiene masa en reposo! ¿Entonces cómo va a tener momento, que precisamente es el producto de la masa en reposo por la velocidad?

Buen apunte, voz cursiva. A diferencia de otras partículas, el momento de la luz no depende de su masa y de su velocidad, sino de su frecuencia y de la llamada constante de Planck. Multiplicando estos dos parámetros por la velocidad de la luz, obtenemos la energía cinética de un rayo de luz… O, simplemente, su energía, porque es la única que tiene.

O sea, que, en resumidas cuentas, la energía de la luz proviene de su momento (y viceversa), no de su masa. Y, de hecho, esa energía derivada de su momento le da una ligera inercia a la luz (aunque no esté asociada a ninguna masa en reposo), lo que explica por qué es capaz de ejercer un empuje minúsculo sobre las cosas.

Espero que esta breve entrada haya resuelto la duda.

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