Urano y Neptuno tienen campos magnéticos completamente sesgados, quizás debido a estructuras internas especiales. Nuevos experimentos muestran que el misterio sigue sin resolverse.
Se trata de campos magnéticos que están fuertemente inclinados en relación con los ejes de rotación del planeta y están significativamente desplazados del centro físico del planeta. La razón de esto ha sido un viejo misterio en las ciencias planetarias.
Varias teorías asumen que una estructura interna única de estos planetas podría ser responsable de este extraño fenómeno. Según estas teorías, el campo magnético sesgado es causado por circulaciones en una capa convectiva, que consiste en un fluido eléctricamente conductor. Esta capa convectiva a su vez rodea una capa no convectiva de capas estables en la que no hay circulación del material debido a su alta viscosidad y, por lo tanto, no hay contribución al campo magnético.
Las simulaciones por computadora muestran que el agua y el amoníaco, los componentes principales de Urano y Neptuno, entran en un estado inusual a presiones y temperaturas muy altas: un «estado superiónico», que tiene las propiedades de un sólido y un líquido. En este estado, los iones de hidrógeno se vuelven móviles dentro de la estructura reticular formada por oxígeno o nitrógeno.
Estudios experimentales recientes confirman que el agua superiónica puede existir en la profundidad donde, según la teoría, se encuentra la región de capas estables. Por tanto, podría ser que la capa estratificada esté formada por componentes superiónicos. Sin embargo, no está claro si los componentes son realmente capaces de suprimir la convección, ya que no se conocen las propiedades físicas del estado superiónico.
Tomoaki Kimura y Motohiko Murakami del Departamento de Ciencias de la Tierra en ETH Zurich están ahora un paso más cerca de encontrar la respuesta. Los dos investigadores han realizado experimentos de alta presión y alta temperatura con amoníaco en su laboratorio. Publican resultados en PNAS.
El objetivo de los experimentos fue determinar la elasticidad del material superiónico. La elasticidad es una de las propiedades físicas más importantes que influye en la convección térmica en el manto planetario. Es de destacar que la elasticidad de los materiales en su estado sólido y líquido es completamente diferente, informa ETH Zurich en un comunicado.
Para sus investigaciones, los investigadores utilizaron un aparato de alta presión llamado celda de yunque de diamante. En este aparato, el amoníaco se coloca en un pequeño recipiente con un diámetro de aproximadamente 100 micrómetros, que luego se sujeta entre dos puntas de diamante que comprimen la muestra. Esto hace posible someter los materiales a presiones extremadamente altas, como las que se encuentran dentro de Urano y Neptuno.
Luego, la muestra se calienta a más de 2.000 grados Celsius con un láser infrarrojo. Al mismo tiempo, un rayo láser verde ilumina la muestra. Al medir el espectro de ondas de la luz láser verde dispersa, los investigadores pueden determinar la elasticidad del material y el enlace químico en el amoníaco. Los cambios en el espectro de ondas a diferentes presiones y temperaturas se pueden utilizar para determinar la elasticidad del amoníaco a diferentes profundidades.
En sus mediciones, Kimura y Murakami han descubierto una nueva fase de amoníaco superiónico que presenta una elasticidad similar a la de la fase líquida. Esta nueva fase puede ser estable en el interior profundo de Urano y Neptuno y por lo tanto ocurrir allí. Sin embargo, el amoníaco superiónico se comporta como un líquido y, por lo tanto, no sería lo suficientemente viscoso como para contribuir a la formación de la capa no convectiva.
La pregunta de qué propiedades tiene el agua superiónica dentro de Urano y Neptuno es aún más urgente a la luz de los nuevos resultados. Incluso ahora, el misterio de por qué los dos planetas tienen un campo magnético tan irregular sigue sin resolverse.
