Las expectativas sobre la geología activa en Plutón eran bastante bajas antes de la llegada de la sonda New Horizons. Pero las fotos que llegaron del planeta enano revelaron un mundo de montañas, crestas y.. extraños bultos que no tienen un análogo terrestre obvio. Una de las rarezas más destacadas era la llanura de Sputnik Planitia, llena de hielo de nitrógeno que se dividía en formas poligonales separadas por barrancos de decenas de metros de profundidad.
Los científicos no tardaron en dar una explicación parcial a estas estructuras: la convección, en la que las diferencias de calor hacen que los hielos de nitrógeno más profundos y calientes burbujeen a través del material blando hacia la superficie. El problema es que el planeta no tiene fuentes de calor evidentes en su interior. Ahora, sin embargo, un grupo de investigadores europeos propone que la convección podría ser impulsada por el enfriamiento de la superficie, en lugar del calor del interior del planeta. El secreto es la sublimación de los hielos de nitrógeno directamente en vapores.
Falta de calor
Explicar las formaciones en cuerpos pequeños y helados como Plutón es difícil porque los científicos suponen que carecen de las fuentes de calor que impulsan las placas tectónicas, como las de la Tierra. Estos cuerpos helados son lo suficientemente pequeños como para que cualquier calor generado por las colisiones que los construyeron, y el planeta enano, se disipara hace tiempo. Y no tienen suficientes materiales metálicos para que los radioisótopos generen calor de forma continua. Las pocas excepciones a esto, como Europa y Encélado, se calientan por las interacciones gravitacionales con los planetas gigantes que orbitan, pero eso tampoco es una opción para Plutón.
Por consecuencia, es difícil encontrar una gran fuente de calor que siga presente miles de millones de años después de la formación del Sistema Solar. Y eso es un problema para la idea de la convección. Aquí en la Tierra, la convección interna del planeta es impulsada por el calor que escapa del núcleo del planeta. Y esa convección a su vez impulsa la actividad volcánica en la superficie. Sin ese tipo de calor, es difícil ver cómo la convección puede impulsar las características que estamos viendo en Plutón.
La idea que tuvo el equipo europeo fue que no es el calor absoluto lo que se necesita necesariamente para impulsar la convección. Más bien, lo que importa es la diferencia de temperatura (junto con la capacidad de deformación del material implicado). Así, una forma de enfriar la superficie podría ser tan eficaz como una forma de calentar el interior.
Y había un claro candidato para ello. Al ser calentado por el Sol, una pequeña cantidad del hielo de nitrógeno se vaporiza en un gas en un proceso llamado sublimación. Y, en el proceso, las moléculas de nitrógeno que se escapan se llevan parte del calor del hielo, proporcionando una pequeña cantidad de enfriamiento. No es mucho por cada átomo, pero la Planicie Sputnik es un vasto plano de hielo, y ha tenido miles de millones de años para experimentar la sublimación.
Además, los investigadores ya habían explicado otras características de Plutón que pueden ser producidas por la sublimación.
Un modelo sublime
Obviamente, no podemos ir a Plutón para determinar si el nitrógeno se sublima en la superficie. Así que, en su lugar, el equipo de investigación construyó un modelo de convección y utilizó algunos valores físicamente plausibles para las propiedades del hielo de nitrógeno y la cantidad de energía disponible para él. En otros casos, variaron los parámetros a lo largo de un rango para ver qué valores podrían dar lugar a un comportamiento diferente.
Como primera prueba, ejecutaron su modelo utilizando la sublimación para proporcionar una diferencia de calor al hielo y ejecutaron una segunda versión del modelo que simplemente proporcionaba un gradiente de temperatura al hielo. En este último caso, sí se formaron polígonos, pero con un aspecto diferente al que vemos en Plutón. Quizás lo más significativo es que sus puntos altos estaban cerca de los bordes de los polígonos, en lugar de en el centro. Por el contrario, cuando se utilizó la sublimación, las cosas se parecían mucho a Plutón.
Probando diferentes parámetros, el equipo pudo determinar que los materiales de alta viscosidad acaban estancándose ya que poco material fresco encuentra su camino hacia la superficie. En el caso de viscosidades demasiado bajas, el modelo acabó por no formar ninguna zona con un contraste significativo entre ellas, por lo que no se aprecian regiones límite.
Observar el desarrollo de los polígonos indica que surgen gradualmente de inestabilidades aleatorias en la convección y luego se reorganizan gradualmente en bajadas tipo lámina que forman los lados de los polígonos. Del mismo modo, los penachos de pequeña escala se condensan gradualmente en el único gran afloramiento que forma la región central del penacho.
Sin embargo, el grado de funcionamiento de este sistema depende de los detalles de la órbita de Plutón, detalles que cambian a lo largo de períodos de millones de años. Así que es posible que los rasgos se formen y decaigan múltiples veces durante la historia del planeta enano.
Nature, 2021. DOI: 10.1038/s41586-021-04095-w .
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Jessica Ávila
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