Atmósferas desaparecidas y terraformación


Atmósferas desaparecidas y  terraformación

Es un verdadero enigma la aparentemente misteriosa ausencia de atmósferas densas en determinados cuerpos celestes, como Mercurio, la Luna o Marte, por citar algunos.

Los argumentos que había empleado para convencerlos estaban relacionados con dos conceptos cinemáticos como son la velocidad de escape y la velocidad cuadrática media de las partículas que forman parte de los gases en cuestión.

Si recordás,cuando la primera de esas dos magnitudes superaba a la segunda, los gases nunca podrían escapar de la atracción gravitatoria del planeta y éste presentaría una atmósfera hecha y derecha.

En el caso contrario, es decir, si las moléculas se moviesen, en promedio, con velocidades más grandes que la de escape, entonces abandonarían sin remedio el planeta, desapareciendo para siempre en el vacío del espacio interestelar.


Sin embargo, al hacer cuentas, pudimos ver que a pesar de que cuerpos como Mercurio, la Luna o Marte poseían velocidades de escape superiores a las incorregibles ganas de juerga de las moléculas de gases como el oxígeno, nitrógeno, hidrógeno o helio, aun así dichos planetas o satélites no presentaban estos gases en sus coberturas gaseosas.

 ¿Dónde está la respuesta a semejante contradicción aparente?

La solución al enigma la había apuntado muy certeramente uno de ustedes en los comentarios y tiene que ver con que las velocidades de las moléculas vienen dadas por una función de distribución (la de Maxwell, en este caso).

 ¿Qué significa esto? Dicho de forma llana y sencilla, que no todas ellas se están moviendo con la misma velocidad.

La velocidad cuadrática media, como su propio apellido indica, representa un valor promedio, no un valor instantáneo ni un valor exacto.

De hecho, se pueden definir otras velocidades de forma análoga a como hicimos con la velocidad cuadrática media.

Por ejemplo, suele ser habitual definir la velocidad media o también la velocidad más probable, que es aquélla para la cual la distribución de Maxwell presenta un máximo, es decir, representa la velocidad que poseen una mayor fracción de las moléculas.

Por ejemplo,  (gases a 0 ºC) las velocidades más probables para el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno y el helio resultan ser 1506 m/s, 376 m/s, 402 m/s y 1065 m/s, respectivamente.

Pero aún se puede ir más allá. Resulta que a pesar de que la mayor parte de las moléculas se mueven con las velocidades anteriores, también existe una porción o fracción de las mismas que puede ser más o menos grande (dependiendo del gas en particular y, sobre todo, de la temperatura) con velocidades muy superiores.

Estas velocidades pueden, según los casos, ser del mismo orden que la velocidad de escape. Como consecuencia, estarían en disposición de huir de la gravedad que intenta retenerlas.

Al escapar, las moléculas restantes volverían a redistribuir sus velocidades para adaptarse de nuevo a la función de Maxwell y el proceso de escape se repetiría incesantemente hasta la práctica desaparición total de las moléculas.

Es algo parecido a lo que ocurre cuando calentás al fuego un recipiente con agua. A medida que asciende la temperatura, parte de las moléculas de agua que están en la superficie del líquido adquieren más velocidad que el resto y pueden pasar al estado gaseoso (al aire).

Al desaparecer, dejan sitio libre a otras que ascienden hasta la superficie y el mismo proceso vuelve a tener lugar.

Si se espera el tiempo suficiente, el recipiente quedará vacío, es decir, la totalidad del agua se habrá evaporado.

Bien, parece que el misterio de la desaparición de las atmósferas planetarias ha quedado, al fin, resuelto.

Sólo me resta darles un ejemplo numérico de las afirmaciones anteriores. Verán. Resulta que la atmósfera terrestre está constituida por varias capas.

De abajo arriba nos encontramos primero con la troposfera, que se extiende hasta unos 10-15 km de altura, luego está la estratosfera (hasta unos 40-50 km), la mesósfera (90 km), termosfera y, finalmente, la exosfera.

Casi un 99,9 % de la masa de nuestra atmósfera se encuentra en la troposfera, pero eso no significa que las otras zonas no sean importantes. De hecho, el ozono que nos protege de la dañina radiación ultravioleta procedente del Sol se encuentra en la estratosfera.

¿Por qué les cuento esto ahora?


Pues sencillamente porque es justamente la ausencia de moléculas en las capas altas de la atmósfera lo que permite que allí las temperaturas (el Sol zumba allí de lo lindo) sean tan elevadas que pueden ser incluso de muchos cientos e incluso miles de grados centígrados.

Por ejemplo, a unos 500 km de altura se pueden alcanzar fácilmente los 600 ºC. Si se calcula la velocidad más probable de las moléculas de hidrógeno y oxígeno para este valor resultan ser de unos increíbles 3000 m/s para el primero y 800 m/s para el segundo.

Utilizando la función de distribución de velocidades de Maxwell, se puede determinar que la fracción de moléculas que poseen una velocidad igual a la de escape es de 1 entre 1.000.000 para el hidrógeno y de 1 entre 1.000.000(y otros 78 ceros más) para el oxígeno. ¿Qué quiere decir esto?

Nada más y nada menos que el hidrógeno, en caso de que hubiera estado presente en nuestra atmósfera primigenia, se nos habría ido escapando muy lentamente a lo largo de muchos eones, mientras que el oxígeno lo ha tenido trillones de trillones de trillones (y más trillones) de veces más difícil y por eso, aún sigue presente y permitiéndonos que lo esnifemos por mucho tiempo.

Para terminar, me gustaría contestar a los que han planteado en los comentarios la cuestión de la tectónica de placas para explicar la ausencia de atmósferas en sitios como Mercurio o la Luna. Efectivamente, determinados gases están presentes en las atmósferas planetarias debido a que han escapado del interior de los mismos mediante procesos de tipo geológico, como pueden ser la actividad volcánica.

Sin ir más lejos, éste es el caso de la Tierra.

En cambio, otros gases como el oxígeno proceden de procesos como la disociación de las moléculas del agua por la acción de los rayos ultravioleta solares o de procesos biológicos como la fotosíntesis.

Evidentemente, no tenemos evidencia alguna sobre la existencia de vida en Mercurio, con lo cual la presencia potencial de gases en él debería tener su origen en fenómenos de otro tipo.

Volviendo, sólo por un instante, al mundo de la ciencia ficción, parece ya evidente que la solución para que todos nuestros amigos de las películas puedan caminar en paz y tranquilidad de forma confortable por las exóticas superficies de otros mundos puede consistir en adoptar dos posturas: o bien nos adaptamos a esos otros mundos o, por el contrario, los modificamos de acuerdo a nuestras necesidades.



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