Como en la tierra agua en otros planetas, satélites e incluso los cometas se presentan en una variedad de formas dependiendo de múltiples factores como la presión y la temperatura. Aparte de lo gaseoso, líquido, y estados sólidos a los que estamos acostumbrados, el agua puede formar un tipo diferente de sólido cristalino llamado hidrato de clatrato. Aunque se parecen al hielo, Los hidratos de clatrato tienen en realidad pequeñas jaulas a base de agua en las que quedan atrapadas moléculas más pequeñas. Estas moléculas "invitadas" atrapadas son esenciales para preservar la estructura cristalina de los hidratos de clatrato, que de otro modo "colapsaría" en hielo o agua normal.

Los hidratos de clatrato juegan un papel crucial en la evolución de la atmósfera de un planeta o satélite; Los gases volátiles como el metano se almacenan en estos cristales y se liberan lentamente a lo largo de escalas de tiempo geológicas. Debido a la enorme cantidad de tiempo que necesitan los hidratos de clatrato para formarse y disociarse a temperaturas criogénicas, Ha resultado muy difícil realizar experimentos en la Tierra para predecir su presencia en otros cuerpos celestes.

En un estudio reciente publicado en La Revista de Ciencias Planetarias , un equipo de científicos abordó este problema con una combinación de teoría y datos experimentales. Científico principal, Profesor Hideki Tanaka de la Universidad de Okayama, Japón, explica:"Durante muchos años, Hemos estado desarrollando una rigurosa teoría de la mecánica estadística para estimar y predecir el comportamiento de los hidratos de clatrato. En este estudio en particular, nos centramos en extender esta teoría al rango de temperatura criogénica, hasta el límite de 0 K ".

Un desafío notable fue teóricamente establecer las condiciones para la formación y disociación de hidratos de clatrato en equilibrio termodinámico a temperaturas extremadamente bajas. Esto fue necesario para utilizar el famoso modelo de coexistencia agua / hidrato / huésped en hidratos de clatrato propuesto por van der Waals y Platteeuw en 1959. Tanaka, Yagasaki, y Matsumoto revisó esta teoría para adaptarse a las condiciones criogénicas que se encontrarían fuera de la Tierra y corroboró su validez basándose en datos termodinámicos recopilados por sondas espaciales.

Luego, los científicos utilizaron esta nueva teoría para analizar los estados del agua en Titán, la luna de Saturno, Las lunas de Júpiter Europa y Ganímedes, y Plutón. Según su modelo, hay un contraste notable en las formas estables de agua que se encuentran en estos cuerpos celestes. Mientras que Europa y Ganímedes contienen solo hielo regular en contacto con la fina atmósfera, toda el agua en la superficie de Titán, y posiblemente Plutón, está en forma de hidratos de clatrato. "Es notable, "dice Tanaka, "que un estado específico del agua aparece exclusivamente en diferentes satélites y superficies planetarias dependiendo de la temperatura y la presión. En particular, el agua en Titán parece estar completamente en forma de hidratos de clatrato que contienen metano hasta la superficie desde la parte superior de su océano subsuperficial ".

La extensión de la teoría disponible sobre los hidratos de clatrato a temperaturas criogénicas permitirá a los investigadores corroborar y revisar las interpretaciones actuales sobre las formas de agua estables en el espacio exterior y en los cuerpos celestes. Esta información será fundamental para comprender la evolución de las atmósferas planetarias, desbloqueando otra pieza del rompecabezas en nuestra búsqueda para comprender la evolución de nuestro planeta y el resto del universo.