Las gotas de lluvia extraterrestre son como las de la Tierra

En Venus llueve ácido sulfúrico y en Júpiter graniza amoniaco. En Titán, una de las lunas de Saturno, lo que cae es metano y en Neptuno y Urano se cree que son diamantes. Más allá del Sistema Solar hay exoplanetas con vapor de agua en su atmósfera y otros tan calientes que llueven hierro o piedras de silicio o cuarzo. Sin embargo, allí donde las precipitaciones son en estado líquido, rigen las mismas leyes que en la Tierra. Todas las gotas de lluvia extraterrestre tienden a ser esféricas y de un abanico limitado de tamaños.

Científicos planetarios de la Universidad de Harvard (Estados Unidos) han investigado cómo son las gotas de lluvia en la Tierra y más allá. En una explicación básica, las precipitaciones son el transporte de un material o elemento condensable en una fase condensada, ya sea líquida o sólida, por la atmósfera 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 más gélidos.

Lo que tampoco cambia es la tendencia a la esfericidad de las gotas de lluvia. Determinadas por la dinámica de fluidos, en su precipitación, las gotas se van redondeando. La investigadora y coautora de este estudio Kaitlyn Loftus lo explica: “Esto se debe a que la fase líquida es muy flexible, por lo que la forma depende básicamente de la fuerza de la gravedad (cuánto de pesada es la gota de lluvia) versus la fuerza de la tensión superficial, algo que evoluciona de manera similar a medida que aumenta el tamaño de las gotas en todos los planetas“. Solo destaca una excepción, que también es aparentemente universal: “Cuando se acercan mucho a su tamaño máximo, se parecen más a la parte superior de un panecillo de hamburguesa, que es básicamente un esferoide aplanado en la parte inferior”, dice Loftus.

En cuanto al tamaño, la variación depende en gran medida de cómo sea la lluvia. Es algo que ya sucede en la Tierra, unas gotas son más grandes que otras, pero hasta un límite en que se dividen. “El porqué exacto aún no se comprende bien incluso para la Tierra actual, pero lo que vemos en nuestro planeta hoy en día es que el tamaño promedio de las gotas de lluvia aumenta a medida que llueve más fuerte hasta que, en los aguaceros muy torrenciales, el tamaño promedio se vuelve constante y vemos más gotas de lluvia en su lugar”, detalla la científica estadounidense.

“La forma depende básicamente de la fuerza de la gravedad (cuánto de pesada es la gota de lluvia) versus la fuerza de la tensión superficial”

Kaitlyn Loftus, científica planetaria de la Universidad de Harvard

La variación de ese tamaño entre los distintos planetas no es muy grande. El diámetro promedio que una gota de lluvia puede tener en la Tierra es de 11,18 milímetros, algo mayor que el de las gotas también de agua de Saturno y un tercio mayores que las de amoniaco de Júpiter. Las más grandes que han estimado, con un ancho de 29,96 milímetros, son las de metano que se precipitan sobre Titán. Es el cuerpo planetario más parecido a la Tierra que hay en el Sistema Solar, lo que hace que su ciclo atmosférico sea parecido, aunque sus componentes sean distintos.

El profesor Geoffrey Vallis, de la universidad británica de Exeter, sostiene que la lluvia en Titán 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 allí lo que cae del cielo es metano. “Las gotas de metano deberían caer algo más lentamente sobre Titán, ya que la gravedad es mucho menor y la atmósfera más densa”, detalla.

Las cosas son algo diferentes en Júpiter. 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 atmósfera del planeta, lo que dicta la física y la dinámica de fluidos y una fuerza de la gravedad dos veces y media la de la Tierra, los autores del estudio estiman que las gotas allí no deben de tener un diámetro mayor de siete milímetros. El problema es que graniza más que llueve.

Con datos de la sonda Juno de la Nasa, el investigador del Observatorio de la Costa Azul Tristan Guillot determinó que en Júpiter graniza casi como aquí. “En la Tierra, la presencia de un líquido es esencial para la formación del granizo: se forma preferentemente a temperaturas alrededor de -15° C a partir de agua líquida superfría, es decir, gotas de agua por debajo del punto de congelación que son demasiado puras para congelarse por sí mismas y que se congelan instantáneamente al contactar con una piedra de granizo”, explica en un correo. “En Júpiter, creemos que se produce el mismo proceso, pero con el efecto anticongelante del amoniaco, ¡ocurre alrededor de los -90° C! El amoniaco derrite los cristales de hielo de agua y conduce a la formación de grandes piedras de granizo que llamamos bolas de hongo”, añade.

En Júpiter, llueve metano en forma de grandes piedras de granizo de hasta 10 centímetros y peso de un kilogramo a 200 metros por segundo

Pero Guillot admite que desconoce cómo es el granizo joviano. “No conocemos su geometría. De hecho, las piedras más grandes en la Tierra no son necesariamente esféricas. Estimamos que deben crecer hasta los 10 centímetros o así, alcanzando el kilogramo. Pero dado el gran tamaño de las nubes de Júpiter y la mayor gravedad del planeta (2,7 veces que la terrestre), pueden alcanzar velocidades terminales [cuando la gota deja de acelerar en su caída al equilibrarse la fuerza gravitacional y la aerodinámica de la fricción] superiores a los 200 metros por segundo (720 km/h). Definitivamente, no querrías pasar por una tormenta así”, concluye el científico galo.

Loftus, la coautora del estudio sobre las gotas de lluvia, aclara aquí que no han modelado cómo son las precipitaciones en estado sólido. “La nieve o el granizo son más 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 más allá del Sistema Solar. Con los exoplanetas todo se complica. Se trata de enormes distancias y la escasa información de su geofísica y su atmósfera se infiere de los tenues cambios de brillo cuando pasan por delante de su estrella.

A 110 años luz de la Tierra se encuentra uno de los planetas más parecidos al nuestro. De un tamaño menor, K2-18b recibe casi la misma cantidad de radiación de su estrella que los 1.370 vatios por metro cuadrado con los que el Sol baña 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 allí deben de ser muy parecidas a las terrestres.

En el extremo opuesto a K2-18b está WASP-76b. Allí no llueve agua sino hierro. A una distancia aún mayor, a 640 años 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 radiación estelar tenga una temperatura de unos 3.000 kelvin (2.726,85 grados Celsius). La astrofísica del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) María Rosa Zapatero explica lo que sucede a tales temperaturas: “El hierro se evapora y es inyectado de la cara caliente a la fría”. De los 3.000 kelvin de una se pasa a unos 1.000 kelvin de la otra, muy por debajo del punto de condensación del hierro, que lo hace “en gotitas y se precipita”, añade la responsable del espectrógrafo espacial ESPRESSO, con el que observaron la particular química atmosférica de este exoplaneta tan extremo. La investigación fue publicada en Nature el año pasado. Tras la lluvia de hierro, unos potentísimos vientos de 100 km/s llevarían el metal hasta el lado caliente reiniciando el ciclo. “De poder estar allí ―concluye Zapatero―, veríamos unas nubes intensamente rojas, amarillas y verdes, ya que el hierro en estado gaseoso engulle toda la luz azul”.

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