Se utilizaron un yunque de diamante (arriba a la derecha) y un láser en el laboratorio en una muestra de olivino para alcanzar las condiciones de presión-temperatura esperadas en la parte superior de la capa de agua debajo de la atmósfera de hidrógeno de Urano (izquierda). En este experimento, el magnesio en olivino disuelto en el agua. Crédito:Shim / ASU
Si bien los científicos han acumulado un conocimiento considerable de los planetas rocosos de nuestro sistema solar, como la Tierra y Marte, se sabe mucho menos sobre los planetas ricos en agua helada, Neptuno y Urano.
En un nuevo estudio publicado recientemente en Astronomía de la naturaleza , un equipo de científicos recreó la temperatura y la presión del interior de Neptuno y Urano en el laboratorio, y al hacerlo, hemos adquirido una mayor comprensión de la química de las capas de aguas profundas de estos planetas. Sus hallazgos también brindan pistas sobre la composición de los océanos en exoplanetas ricos en agua fuera de nuestro sistema solar.
Se cree convencionalmente que Neptuno y Urano tienen distintas capas separadas, que consiste en una atmósfera, hielo o líquido, un manto rocoso y un núcleo metálico. Para este estudio, el equipo de investigación estaba particularmente interesado en la posible reacción entre el agua y la roca en los interiores profundos.
"A través de este estudio, estábamos buscando ampliar nuestro conocimiento del interior profundo de los gigantes de hielo y determinar qué interacciones agua-roca podrían existir en condiciones extremas, "dice el autor principal Taehyun Kim, de la Universidad de Yonsei en Corea del Sur. "Los gigantes de hielo y algunos exoplanetas tienen capas de agua muy profundas, a diferencia de los planetas terrestres. Propusimos la posibilidad de una mezcla a escala atómica de dos de los materiales de construcción de planetas (agua y roca) en el interior de los gigantes de hielo ".
Para imitar las condiciones de las capas de aguas profundas de Neptuno y Urano en el laboratorio, el equipo sumergió por primera vez los minerales típicos de formación de rocas, olivino y ferropericlasa, en agua y comprimió la muestra en un yunque de diamante a presiones muy altas. Luego, para controlar la reacción entre los minerales y el agua, tomaron medidas de rayos X mientras un láser calentaba la muestra a una temperatura alta.
La reacción química resultante condujo a altas concentraciones de magnesio en el agua. Con base en estos hallazgos, el equipo concluyó que los océanos en planetas ricos en agua pueden no tener las mismas propiedades químicas que el océano de la Tierra y la alta presión haría que esos océanos fueran ricos en magnesio.
"Descubrimos que el magnesio se vuelve mucho más soluble en agua a altas presiones. De hecho, el magnesio puede volverse tan soluble en las capas de agua de Urano y Neptuno como la sal en el océano de la Tierra, ", dice el coautor del estudio, Sang-Heon Dan Shim, de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de la Universidad Estatal de Arizona.
Una imagen de microscopía electrónica de la muestra de olivino muestra una gran estructura de cúpula vacía donde el magnesio bajo agua a alta presión precipitó como óxido de magnesio. Crédito:Kim et al.
Estas características también pueden ayudar a resolver el misterio de por qué la atmósfera de Urano es mucho más fría que la de Neptuno. a pesar de que ambos son planetas ricos en agua. Si existe mucho más magnesio en la capa de agua de Urano debajo de la atmósfera, podría impedir que el calor se escape del interior a la atmósfera.
"Esta agua rica en magnesio puede actuar como una manta térmica para el interior del planeta, "dice Shim.
Más allá de nuestro sistema solar Estos experimentos de alta presión y alta temperatura también pueden ayudar a los científicos a comprender mejor los exoplanetas subneptuno. que son planetas fuera de nuestro sistema solar con un radio más pequeño o una masa más pequeña que Neptuno.
Los planetas subneptuno son el tipo más común de exoplanetas que conocemos hasta ahora, y los científicos que estudian estos planetas plantean la hipótesis de que muchos de ellos pueden tener una capa gruesa rica en agua con un interior rocoso. Este nuevo estudio sugiere que los océanos profundos de estos exoplanetas serían muy diferentes del océano de la Tierra y podrían ser ricos en magnesio.
"Si un proceso dinámico temprano permitió una reacción roca-agua en estos exoplanetas, la capa de agua superior puede ser rica en magnesio, posiblemente afectando la historia térmica del planeta, "dice Shim.
Para los próximos pasos, el equipo espera continuar sus experimentos de alta presión / alta temperatura en diversas condiciones para aprender más sobre la composición de los planetas.
"Este experimento nos proporcionó un plan para una mayor exploración de los fenómenos desconocidos en los gigantes de hielo, "dice Kim.
