¿Podría la atmósfera llegar a congelarse?

Las atmósferas pueden tener muchas composiciones y propiedades diferentes, como evidencia las diferencias entre Venus, Marte y la Tierra, pero ¿puede llegar una atmósfera a enfriarse tanto como para acabar congelándose y cayendo a superficie? ¿Podríamos llegar a observar un fenómeno así en nuestro planeta o sistema solar?

La atmósfera terrestre es, en gran parte, responsable de que haya agua líquida sobre la superficie de nuestro planeta y, como consecuencia, que haya vida tal y como la conocemos. En gran parte y no exclusivamente, porque esta presencia de agua líquida también depende del tipo de estrella y la distancia a la que orbitamos. Pero dada una estrella como el Sol y una distancia como la actual, otra composición y masa para la atmósfera nos daría una Tierra incapaz de albergar vida en su interior. Con una atmósfera como la de Venus, compuesta principalmente de dióxido de carbono y cien veces más densa que la terrestre, sufriríamos un efecto invernadero que llevaría las temperaturas por encima de la temperatura de ebullición del agua. Con una atmósfera como la de Marte, con apenas un 1 % de la presión en la Tierra, no retendríamos suficiente calor y el agua acabaría probablemente o congelándose o evaporándose por las bajísimas presiones. Pero, ¿puede ocurrir algo todavía más extremo? ¿Podría por ejemplo congelarse la atmósfera de la Tierra?

La respuesta es que sí, que eso es físicamente posible, aunque no dada la configuración actual del sistema solar. Pero si la Tierra saliera despedida de su órbita y se alejara del Sol lo suficiente podría llegar a enfriarse tanto como para que la atmósfera acabara congelándose. Antes de que eso ocurriera toda el agua de la superficie se congelaría (acabando con la vida en el proceso). Al congelarse la atmósfera, caería sobre la superficie en forma de nieve, hasta desaparecer por completo. Para entender cómo ocurriría este proceso no necesitamos teorizar en exceso, pues es algo que observamos en nuestro propio sistema solar.

No hablamos de las atmósferas planetarias, pues éstas son demasiado grandes y orbitan suficientemente cerca del Sol como para no congelarse por completo, aunque en el caso de Urano y Neptuno la distancia al Sol es suficiente como para congelar algunos componentes de su atmósfera, dándoles diferente composición química entre sí o con los más calientes Júpiter y Saturno. Sin embargo, alrededor de estos planetas gigantes y más allá de ellos, orbitan cuerpos más pequeños, con atmósferas más finas y susceptibles a cambios en la temperatura. 

Plutón por ejemplo tiene una fina atmósfera compuesta mayoritariamente de nitrógeno molecular, con pequeñas cantidades de metano y monóxido de carbono. La órbita de Plutón es muy excéntrica, de forma que cuando alcanza el afelio, el punto más alejado de su órbita, recibe unas 2’8 veces menos luz solar que en el perihelio, el punto más próximo al Sol de su órbita. Esto provoca una cierta variabilidad en la atmósfera del planeta enano según el punto de su órbita. Los modelos predicen una presión cuatro veces mayor durante el perihelio que durante el afelio. Esto no es suficiente como para decir que la atmósfera de Plutón se congela por completo en la parte más fría de su órbita, aunque una parte importante de ésta sí lo hace. De hecho, recientemente se ha observado una disminución en el grosor de la atmósfera de Plutón que podría deberse a este efecto, aunque aún es muy pronto para saberlo con certeza.

En Tritón, la luna más grande de Neptuno, se ha observado también una fina atmósfera de nitrógeno. Sobre el satélite se ha observado lo contrario que en Plutón. Voyager llegó a medir vientos en la superficie de Tritón que provenían del polo sur, causados probablemente por la sublimación del hielo de nitrógeno que se había depositado allí. Esta sublimación era consecuencia de que este hemisferio hubiera entrado en verano. Estos vientos son lo suficientemente intensos como para formar dunas sobre la superficie del satélite. La sublimación de todo este hielo de nitrógeno a lo largo de las décadas que dura el verano en Tritón debería aumentar la presión atmosférica, aunque solo sea ligeramente.

También se ha observado este proceso en la luna de Júpiter Io, aunque con un origen completamente diferente. Alrededor de Io hay una fina capa de gases, compuestos principalmente de dióxido de azufre, con cierta cantidad de monóxido de azufre y oxígeno y azufres atómicos. Esta atmósfera se crea y se renueva constantemente por las erupciones volcánicas que ocurren sobre Io, como consecuencia de la fricción que sufre el interior de la luna debido a las diferentes fuerzas gravitatorias que le afectan. Estas erupciones expulsan grandes cantidades de gas, algunas veces en violentas explosiones que alcanzan varios cientos de kilómetros de altura. Pues bien, se ha observado que durante los eclipses solares en Io, cuando la luna atraviesa la sombra del gigante gaseoso, se produce un fenómeno curioso. Justo al salir la luna de la región en sombra se produce un aumento de brillo repentino que tras unos minutos baja a los niveles habituales. Esto se debe a que justo al salir del eclipse la superficie se encuentra cubierta de escarcha y nieve, que rápidamente sublima y vuelve al estado gaseoso. Esta congelación de la atmósfera también se observa en la parte de la luna que experimenta la noche en un momento dado, con presiones hasta mil veces inferiores en el lado nocturno que en el diurno.

Estos mismos efectos deberían observarse en alguno de los miles de exoplanetas descubiertos hasta ahora, dadas las condiciones apropiadas, aunque en la actualidad no contamos con instrumentos suficientemente sensibles como para medir estas diferencias entre el día y la noche.

Referencias:

Tsang, C. C. C. et al, 2016, "The collapse of Io's primary atmosphere in Jupiter eclipse". Journal of Geophysical Research: Planets. 121 (8), doi:10.1002/2016JE005025

Elliot, J.L.; Stansberry, J.A.; Olkin, C.B.; et al. (1997). "Triton's Distorted Atmosphere". Science. 278 (5337), doi:10.1126/science.278.5337.436

José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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