Neptuno y Urano son los dos planetas más distantes de nuestro sistema solar y los dos gigantes gaseosos. Crédito: NASA
Urano y Neptuno tienen campos magnéticos completamente sesgados, posiblemente debido a las estructuras internas especiales de los planetas. Pero los nuevos experimentos realizados por científicos de ETH Zurich ahora muestran que el misterio sigue sin resolverse.
Los dos grandes planetas gaseosos, Urano y Neptuno, tienen extraños campos magnéticos. Cada uno de ellos está fuertemente inclinado hacia el eje de rotación del planeta y muy alejado del centro físico del planeta. La razón de esto ha sido durante mucho tiempo el misterio de las enseñanzas planetarias. Varias teorías asumen que este extraño fenómeno puede deberse a la estructura interna única de estos planetas. Según estas teorías, el campo magnético oblicuo es causado por la circulación en la capa de convección, que consiste en un fluido eléctricamente conductor. Esta capa de convección a su vez rodea de manera estable una capa estratificada, no convencional en la que el material no circula debido a su alta viscosidad y por lo tanto no contribuye al campo magnético.
Estados de emergencia
Las simulaciones por computadora muestran que el agua y el amoníaco, los principales componentes de Urano y Neptuno, entran en un estado inusual a presiones y temperaturas muy altas: el «estado superiónico» que tiene propiedades tanto sólidas como líquidas. En este estado, los iones de hidrógeno se vuelven móviles en la estructura reticular formada por oxígeno o nitrógeno.
Los campos magnéticos de la Tierra, Urano y Neptuno son muy diferentes. Fuente: ETH Zurich / T. Kimura
Estudios experimentales recientes confirman que el agua superiónica puede existir a una profundidad donde teóricamente hay una región con capas estables. Por tanto, puede suceder que la capa estratificada esté formada por componentes superiónicos. Sin embargo, no está claro si los ingredientes son realmente capaces de suprimir la convección, ya que se desconocen las propiedades físicas del estado superiónico.
Alta presión en el espacio más pequeño
Tomoaki Kimura y Motohiko Murakami del Departamento de Geociencias de la ETH en Zúrich están ahora un paso más cerca de encontrar la respuesta. Ambos investigadores realizaron experimentos de alta presión y alta temperatura con amoníaco en su laboratorio. El objetivo de los experimentos fue determinar la elasticidad del material superiónico. La flexibilidad es una de las propiedades físicas más importantes que influye en la convección térmica en el manto planetario. Cabe destacar que la flexibilidad de los materiales sólidos y líquidos es completamente diferente.
Esta podría ser la estructura interna de los dos planetas gaseosos, según teorías anteriores. Fuente: ETH Zurich / T. Kimura
Para su investigación, los científicos utilizaron un aparato de alta presión llamado celda de yunque de diamante. En este dispositivo, el amoníaco se coloca en un pequeño recipiente de aproximadamente 100 micrones de diámetro, que luego se sujeta entre dos terminales de diamante exprimiendo la muestra. Esto hace posible someter los materiales a presiones extremadamente altas, como las que se encuentran dentro de Urano y Neptuno.
Luego, la muestra se calienta a más de 2000 grados Celsius utilizando un láser infrarrojo. Al mismo tiempo, un rayo láser verde ilumina la muestra. Al medir el espectro de la luz láser verde dispersa, los científicos pueden determinar la elasticidad del material y el enlace químico en el amoníaco. Los cambios en el espectro de ondas a diferentes presiones y temperaturas se pueden utilizar para determinar la elasticidad del amoníaco a diferentes profundidades.
Representación esquemática de la celda del yunque de diamante. La estructura química se puede determinar mediante el espectro Raman y la elasticidad del material de muestra con la dispersión de Brillouin. Fuente: ETH Zurich / T. Kimura
Se ha descubierto una nueva fase
En sus mediciones, Kimura y Murakami descubrieron una nueva fase de amoníaco superiónico (fase γ) que presenta una elasticidad similar a la de la fase líquida. Esta nueva fase puede ser estable en el interior profundo de Urano y Neptuno y, por lo tanto, puede existir allí. Sin embargo, el amoníaco superiónico se comporta como un líquido y, por lo tanto, no sería lo suficientemente viscoso como para contribuir a la formación de una capa no convencional.
La pregunta de cuáles son las propiedades del agua superiónica dentro de Urano y Neptuno es aún más urgente a la luz de los nuevos resultados. Incluso ahora, el misterio de por qué ambos planetas tienen campos magnéticos tan irregulares sigue sin resolverse.