Usando uno de los laser más poderosos del mundo, los físicos han hallado evidencia experimental de que en Saturno llueve helio, un fenómeno en que se mezcla hidrógeno líquido y helio separados como si fueran agua y aceite, enviando gotas de helio a la atmósfera del planeta gigante. El resultado es una prueba más de las temperaturas y presiones extremas que ocurren en Saturno. Sin embargo, también sugieren que este tipo de lluvia de helio podría ocurrir en Júpiter lo cual parece ser un comportamiento por demás inesperado.
“Estamos observando la primera evidencia experimental en condiciones que atañen a los planetas Júpiter y Saturno”, dice Gilbert Collins, un físico especialista en materia extrema, del Livermore National Laboratory (LLNL), en Livermore, California. “Es una sorpresa que esto pase en ese regimen de temperaturas y densidades”, advierte Collins, quien describe sus resultados en una plática en la Unión de Geofísicos Norteamericanos, celebrada en san Francisco, California.
Saturno es más brillante (en un 50%) que lo que debería ser de acuerdo a su probable temperatura. Podemos pensar que este comportamiento se da porque está envuelto por una capa de hidrógeno y helio. En la medida que las temperaturas y presiones se acercan al interior del planeta, los gases se vuelven líquidos. Aún a niveles profundos, el nitrógeno líquido se vuelve conductor de la electricidad, o metálico, en donde el helio líquido se mantiene mezclado con éste. Pero cuando las condiciones sobrepasan cierto umbral de presiones y temperaturas, el helio líquido se sale de la mezcla de gases disuelta. De acuerdo a esta teoría, el helio líquido forma gotas “de lluvia” y caen hacia el núcleo de Saturno, lo que hace que la energía potencial gravitacional haga al planeta más luminoso.
Los físicos téoricos nunca habrían considerado que esto pudiese pasar en Júpiter, el cual es más caliente que Saturno. Este calor extra sin embargo, mezcla el hidrógeno y el helio de forma más vigorosa, previniendo que este último caiga en forma de gotas de lluvia. Las teorías que han sugerido que la lluvia de helio vienen de mediados de los años setenta del siglo pasado, pero no había evidencia experimental.
Ahora se tiene evidencia. Collins y sus colegas usaron el laser OMEGA que se encuentra en el Laboratorio para la energía del laser, en la Universidad de Rochester, en Nueva York, el cual produce pulsos de 40 kilojoules de luz intensa por un nanosegundo. Primero pusieron una mezcla de hirdrógeno y helio entre dos cristales de diamante, comprimiendo la muestra hasta que se hizo líquida. Entonces lanzaron el laser, vaporizando el diamante instantáneamente y mandando ondas de choque que comprimieron aún más la mezcla. A ciertas temperaturas y presiones, los científicos notaron que creció la conductividad de la mezcla -un signo de que el helio se había separado de la sopa de gases y que solamente había dejado hidrógeno metálico conductivo.
“Lo que ocurrió nos hizo pensar que había algo aquí. Parecéría que algo extraño estaba pasando con la conductividad”, dice Marius Millot, un físico del LLNL y miembro del equipo. Millot dice que les llevó 5 años y 300 disparos de laser para hallar la temperatura y presión de transición, que va entre 3000 y 20,000 grados Kelvin y presiones entre 30 y 300 gigapascales. De hecho, encontraron que la separación ocurre con más frecuencia de la esperada, incluso en temperaturas y presiones que pueden hallarse en Júpiter. “La gente pensaba que esto sólo pasaba en Saturno”, dice Millot, “pero hallamos que puede ser que ocurra en ambos planetas. La evolución de los mismos podría haber sido influenciada dramáticamente por esta separación”.
El resultado es “inesperado” y “emocionante”, dice Sarah Stewart, una científica planetaria de la Universidad de California, Davis, quien no está involucrada en el estudio. “El hecho de que esto ocurra también en Júpiter hace que simplemente no tengamos un modelo completo de la evolución de los planetas gigantes”, indicó.
Los resultados obtenidos por OMEGA no necesariamente son, sin embargo, la palabra final. Sus mediciones frecuentemente están en conflicto con los resultados de la máquina Z del Laboratorio Nacional Sandia, quien trabaja en experimentos similares de presión. “Es una reflexión de lo difícil que es hacer estos experimentos en este rango de temperaturas y presiones”. Stewart espera que la máquina Z confirme los resultados mostrados de Rochester.
David Stevenson, un científico planetario del Instituo de Tecnología de Pasadena y uno de los teóricos que propuso el mecanismo de la lluvia de helio dijo que es siempre bueno tener una confirmación experimental de una teoría, pero la forma en que los resultados de OMEGA coinciden con sus predicciones de los años 70s bien podría ser, dijo bromeando “una mera coincidencia”.
Referencias: