Las gotas de lluvia extraterrestre son como las de la Tierra

En Venus llueve ¨¢cido sulf¨²rico y en J¨²piter graniza amoniaco. En Tit¨¢n, una de las lunas de Saturno, lo que cae es metano y en Neptuno y Urano se cree que son diamantes. M¨¢s all¨¢ del Sistema Solar hay exoplanetas con vapor de agua en su atm¨®sfera y otros tan calientes que llueven hierro o piedras de silicio o cuarzo. Sin embargo, all¨ª donde las precipitaciones son en estado l¨ªquido, rigen las mismas leyes que en la Tierra. Todas las gotas de lluvia extraterrestre tienden a ser esf¨¦ricas y de un abanico limitado de tama?os.

Cient¨ªficos planetarios de la Universidad de Harvard (Estados Unidos) han investigado c¨®mo son las gotas de lluvia en la Tierra y m¨¢s all¨¢. En una explicaci¨®n b¨¢sica, las precipitaciones son el transporte de un material o elemento condensable en una fase condensada, ya sea l¨ªquida o s¨®lida, por la atm¨®sfera que llega en ocasiones hasta el suelo. Es este desplazamiento en vertical lo que diferencia a las nubes de la lluvia. Para completar el ciclo, una fuerza externa, generalmente calor interno o el de una estrella, vuelve a evaporar el material y vuelta a empezar. Este proceso es igual ya se trate de planetas rocosos como la Tierra, gaseosos supercalientes o incluso los m¨¢s g¨¦lidos.

Lo que tampoco cambia es la tendencia a la esfericidad de las gotas de lluvia. Determinadas por la din¨¢mica de fluidos, en su precipitaci¨®n, las gotas se van redondeando. La investigadora y coautora de este estudio Kaitlyn Loftus lo explica: ¡°Esto se debe a que la fase l¨ªquida es muy flexible, por lo que la forma depende b¨¢sicamente de la fuerza de la gravedad (cu¨¢nto de pesada es la gota de lluvia) versus la fuerza de la tensi¨®n superficial, algo que evoluciona de manera similar a medida que aumenta el tama?o de las gotas en todos los planetas¡°. Solo destaca una excepci¨®n, que tambi¨¦n es aparentemente universal: ¡°Cuando se acercan mucho a su tama?o m¨¢ximo, se parecen m¨¢s a la parte superior de un panecillo de hamburguesa, que es b¨¢sicamente un esferoide aplanado en la parte inferior¡±, dice Loftus.

En cuanto al tama?o, la variaci¨®n depende en gran medida de c¨®mo sea la lluvia. Es algo que ya sucede en la Tierra, unas gotas son m¨¢s grandes que otras, pero hasta un l¨ªmite en que se dividen. ¡°El porqu¨¦ exacto a¨²n no se comprende bien incluso para la Tierra actual, pero lo que vemos en nuestro planeta hoy en d¨ªa es que el tama?o promedio de las gotas de lluvia aumenta a medida que llueve m¨¢s fuerte hasta que, en los aguaceros muy torrenciales, el tama?o promedio se vuelve constante y vemos m¨¢s gotas de lluvia en su lugar¡±, detalla la cient¨ªfica estadounidense.

¡°La forma depende b¨¢sicamente de la fuerza de la gravedad (cu¨¢nto de pesada es la gota de lluvia) versus la fuerza de la tensi¨®n superficial¡±

Kaitlyn Loftus, cient¨ªfica planetaria de la Universidad de Harvard

La variaci¨®n de ese tama?o entre los distintos planetas no es muy grande. El di¨¢metro promedio que una gota de lluvia puede tener en la Tierra es de 11,18 mil¨ªmetros, algo mayor que el de las gotas tambi¨¦n de agua de Saturno y un tercio mayores que las de amoniaco de J¨²piter. Las m¨¢s grandes que han estimado, con un ancho de 29,96 mil¨ªmetros, son las de metano que se precipitan sobre Tit¨¢n. Es el cuerpo planetario m¨¢s parecido a la Tierra que hay en el Sistema Solar, lo que hace que su ciclo atmosf¨¦rico sea parecido, aunque sus componentes sean distintos.

El profesor Geoffrey Vallis, de la universidad brit¨¢nica de Exeter, sostiene que la lluvia en Tit¨¢n es probablemente similar a la del Reino Unido: ¡°Principalmente lloviznas, pero con algunas fuertes lluvias ocasionales en las regiones ecuatoriales y posiblemente en las latitudes altas en el verano¡±, comenta en un correo. Solo que all¨ª lo que cae del cielo es metano. ¡°Las gotas de metano deber¨ªan caer algo m¨¢s lentamente sobre Tit¨¢n, ya que la gravedad es mucho menor y la atm¨®sfera m¨¢s densa¡±, detalla.

Las cosas son algo diferentes en J¨²piter. En este gigante gaseoso hay nubes de vapor de agua, pero son invisibles para los humanos, ocultadas por capas de amoniaco o hidrosulfuro de amonio. Pero con lo que se sabe de la atm¨®sfera del planeta, lo que dicta la f¨ªsica y la din¨¢mica de fluidos y una fuerza de la gravedad dos veces y media la de la Tierra, los autores del estudio estiman que las gotas all¨ª no deben de tener un di¨¢metro mayor de siete mil¨ªmetros. El problema es que graniza m¨¢s que llueve.

Con datos de la sonda Juno de la Nasa, el investigador del Observatorio de la Costa Azul Tristan Guillot determin¨® que en J¨²piter graniza casi como aqu¨ª. ¡°En la Tierra, la presencia de un l¨ªquido es esencial para la formaci¨®n del granizo: se forma preferentemente a temperaturas alrededor de -15¡ã C a partir de agua l¨ªquida superfr¨ªa, es decir, gotas de agua por debajo del punto de congelaci¨®n que son demasiado puras para congelarse por s¨ª mismas y que se congelan instant¨¢neamente al contactar con una piedra de granizo¡±, explica en un correo. ¡°En J¨²piter, creemos que se produce el mismo proceso, pero con el efecto anticongelante del amoniaco, ?ocurre alrededor de los -90¡ã C! El amoniaco derrite los cristales de hielo de agua y conduce a la formaci¨®n de grandes piedras de granizo que llamamos bolas de hongo¡±, a?ade.

En J¨²piter, llueve metano en forma de grandes piedras de granizo de hasta 10 cent¨ªmetros y peso de un kilogramo a 200 metros por segundo

Pero Guillot admite que desconoce c¨®mo es el granizo joviano. ¡°No conocemos su geometr¨ªa. De hecho, las piedras m¨¢s grandes en la Tierra no son necesariamente esf¨¦ricas. Estimamos que deben crecer hasta los 10 cent¨ªmetros o as¨ª, alcanzando el kilogramo. Pero dado el gran tama?o de las nubes de J¨²piter y la mayor gravedad del planeta (2,7 veces que la terrestre), pueden alcanzar velocidades terminales [cuando la gota deja de acelerar en su ca¨ªda al equilibrarse la fuerza gravitacional y la aerodin¨¢mica de la fricci¨®n] superiores a los 200 metros por segundo (720 km/h). Definitivamente, no querr¨ªas pasar por una tormenta as¨ª¡±, concluye el cient¨ªfico galo.

Loftus, la coautora del estudio sobre las gotas de lluvia, aclara aqu¨ª que no han modelado c¨®mo son las precipitaciones en estado s¨®lido. ¡°La nieve o el granizo son m¨¢s complicados porque pueden tener muchas formas diferentes para la misma cantidad de agua en un copo de nieve o piedra¡±, explica. Lo que si han hecho Loftus y su colega Robin Wordsworth en su trabajo sobre las gotas de lluvia extraterrestres fue ir m¨¢s all¨¢ del Sistema Solar. Con los exoplanetas todo se complica. Se trata de enormes distancias y la escasa informaci¨®n de su geof¨ªsica y su atm¨®sfera se infiere de los tenues cambios de brillo cuando pasan por delante de su estrella.

A 110 a?os luz de la Tierra se encuentra uno de los planetas m¨¢s parecidos al nuestro. De un tama?o menor, K2-18b recibe casi la misma cantidad de radiaci¨®n de su estrella que los 1.370 vatios por metro cuadrado con los que el Sol ba?a a la Tierra. En 2019, tres telescopios espaciales distintos determinaron que es un exoplaneta con abundante cantidad de vapor de agua. Todo indica que las gotas de lluvia all¨ª deben de ser muy parecidas a las terrestres.

En el extremo opuesto a K2-18b est¨¢ WASP-76b. All¨ª no llueve agua sino hierro. A una distancia a¨²n mayor, a 640 a?os luz, se comporta con su estrella como la Luna con la Tierra, siempre le da la misma cara. Eso hace que el lado de WASP-76b expuesto eternamente a la radiaci¨®n estelar tenga una temperatura de unos 3.000 kelvin (2.726,85 grados Celsius). La astrof¨ªsica del Centro de Astrobiolog¨ªa (CSIC-INTA) Mar¨ªa Rosa Zapatero explica lo que sucede a tales temperaturas: ¡°El hierro se evapora y es inyectado de la cara caliente a la fr¨ªa¡±. De los 3.000 kelvin de una se pasa a unos 1.000 kelvin de la otra, muy por debajo del punto de condensaci¨®n del hierro, que lo hace ¡°en gotitas y se precipita¡±, a?ade la responsable del espectr¨®grafo espacial ESPRESSO, con el que observaron la particular qu¨ªmica atmosf¨¦rica de este exoplaneta tan extremo. La investigaci¨®n fue publicada en Nature el a?o pasado. Tras la lluvia de hierro, unos potent¨ªsimos vientos de 100 km/s llevar¨ªan el metal hasta el lado caliente reiniciando el ciclo. ¡°De poder estar all¨ª ¨Dconcluye Zapatero¨D, ver¨ªamos unas nubes intensamente rojas, amarillas y verdes, ya que el hierro en estado gaseoso engulle toda la luz azul¡±.

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