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La luna más grande de Júpiter, Ganímedes, presenta un campo magnético sorprendentemente fuerte para su tamaño. Ahora los científicos creen saber por qué.
Fotografía del lado oculto de Ganímedes tomada el 29 de marzo de 1998 a casi un millón de kilómetros por la sonda Galileo. Los colores se han mejorado para resaltar las diferencias, lo que revela la presencia de casquetes polares y dos tipos de terrenos predominantes: uno brillante y estriado y otro más antiguo y con surcos oscuros. Se aprecian muchos cráteres de hasta varias decenas de kilómetros.
Los efectos de marea de Júpiter estiran y comprimen continuamente la luna joviana, manteniendo su núcleo cálido y generando el campo magnético. Sin embargo, los procesos geológicos precisos dentro del núcleo no se comprenden completamente.
Recientemente, un nuevo estudio experimental de científicos franceses ha puesto a prueba uno de los principales modelos de dinámica del núcleo: la formación de «nieve de hierro» cristalizada.
La teoría de la nieve de hierro es como un «modelo meteorológico» geológico para un núcleo planetario: describe cómo el hierro se enfría y cristaliza cerca del borde superior del núcleo —donde se encuentra con el manto—, luego cae hacia adentro y vuelve a fundirse en el centro líquido del planeta.
El núcleo de Ganímedes, en otras palabras, es una bola de nieve de metal fundido, agitada y revuelta por la gravedad de Júpiter.
Nieve de hierro en el núcleo de Ganímedes. Crédito: Ludovic Huguet. Textura del mapa: NASA/Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins/Institución Carnegie de Washington.
«Este ciclo de ascenso y descenso del hierro crea movimientos en el núcleo líquido y proporciona energía para generar un campo magnético», escriben los investigadores del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS). «Sin embargo, los aspectos clave de este régimen siguen siendo en su mayoría desconocidos».
Entonces, diseñaron un experimento para probar algunos de esos aspectos.
Por supuesto, los científicos no pueden simplemente observar el núcleo planetario, así que el equipo recurrió al laboratorio, donde utilizaron hielo de agua como un análogo de los cristales de nieve de hierro.
El experimento consistió en un tanque de agua enfriado desde abajo. Una capa de agua salada descansaba en el fondo del tanque, representando el manto planetario —y desde un punto de vista práctico, ayudaba a evitar que los cristales de hielo se pegaran al fondo—. Sobre la salmuera había una capa de agua dulce, representando el núcleo líquido del planeta. Los cristales de hielo se formaron cerca del fondo del tanque, donde se mezclaban el agua salada y el agua dulce, luego flotaban hacia arriba y se derretían en el líquido más cálido.
En otras palabras, el experimento fue una simulación al revés de la nieve de hierro, con los copos de nieve flotando hacia arriba en lugar de caer hacia abajo.
Esta configuración permitió al equipo probar el comportamiento de los cristales y su efecto en todo el sistema.
a) Una representación esquemática de un régimen de nieve de hierro en el núcleo planetario. b) Configuración del experimento. Crédito: M. Le Bars et al., AGU, 2023.
Los hallazgos resultaron sorprendentes: en lugar de una secuencia constante de cristalización, ascenso y fusión, se observaron ráfagas esporádicas de actividad rápida seguidas de periodos de inactividad. Esta intermitencia se debe a la necesidad de alcanzar un estado de superenfriamiento para iniciar la cristalización, por debajo de la temperatura habitual de solidificación del hielo. Cuando se logra este estado, se produce una ráfaga de cristales seguida de una pausa hasta que la temperatura desciende lo suficiente para generar una nueva serie de cristales.
Este proceso esporádico y cíclico tiene ramificaciones significativas para los campos magnéticos de un planeta. La nieve de hierro en Ganímedes ocurriría intermitentemente y estaría localizada en diferentes lugares a lo largo del núcleo. El resultado sería un campo magnético cambiante y dinámico que se fortalece, debilita y cambia de forma con el tiempo.
Ganímedes no es el único lugar en el sistema solar donde la nieve de hierro domina el comportamiento de los núcleos planetarios. Es una descripción plausible del comportamiento del núcleo en todos los cuerpos planetarios pequeños, incluyendo nuestra propia Luna y Mercurio, así como Marte y grandes asteroides metálicos.
En casos donde se sabe que existen campos magnéticos (como Mercurio y Ganímedes), nos acerca un paso más para comprender la dinámica de esos sistemas.
Es importante aclarar que el núcleo terrestre no está influenciado por la nieve de hierro. La presión gravitatoria en el centro de la Tierra y su composición única hacen que los metales se solidifiquen en el centro y luego se fundan mientras se desplazan hacia afuera, en lugar de experimentar un proceso similar a la nevada desde el manto.
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