viernes, 6 de agosto de 2010

Recreando Venus en el laboratorio

Los científicos son capaces de aprender acerca de las atmósferas y superficies de los planetas mediante el estudio de sus espectros, las diferentes longitudes de onda de la luz que reflejan o absorben. Sin embargo, cuando los investigadores estudian los espectros de Venus, el planeta más caliente del Sistema Solar, se encuentran con un problema. Sus altas temperaturas y presiones afectan seriamente a los datos.

Preparación de muestras de minerales en el Laboratorio de Emisividad Planetaria. Crédito: DLR / PEL (M. Koehler)

Venus y la Tierra a menudo se describen como mundos hermanos. Sin embargo, el segundo planeta desde el Sol, evidentemente, ha evolucionado de una manera muy diferente de nuestra Tierra. La superficie de Venus es muy caliente, con temperaturas que alcanzan los 480 grados centígrados, y su presión en la superficie es 90 veces mayor que en la Tierra. Estas condiciones extremas causan grandes dificultades para los científicos que están tratando de desvelar los misterios de la atmósfera baja y la superficie venusiana.

"La observación remota de la superficie y la atmósfera, sobre todo en longitudes de onda infrarrojas, nos permite sondear las regiones más profundas de la atmósfera y la superficie de Venus", explica Håkan Svedhem, científico del proyecto Venus Express.

"En la Tierra, nosotros entendemos las líneas de absorción espectral en la atmósfera, así que podemos calcular sus efectos. Sin embargo, las altas temperaturas y presiones en Venus hacen las observaciones mucho más complejas. No sabemos con precisión cómo modifican los espectros, por lo que es imposible de interpretar los datos con precisión."

En un esfuerzo por superar este problema de interpretación, equipos de científicos de varios países están tratando de reproducir el ambiente extremo de Venus y descubrir cómo afecta a los datos enviados por instrumentos como el Visible InfraRed Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS) a bordo delorbitador Venus Express de ESA.
En el Laboratorio de Emisividad Planetaria en Berlín, Joern Helbert y sus colegas están tratando de averiguar por calentamiento de muestras de rocas y polvo a 500 °C. A medida que sus temperaturas suben, las muestras comienzan a brillar, en primer lugar en el infrarrojo y después en el visible. Dado que la fuerza relativa de este brillo en diferentes longitudes de onda -su emisividad- es única para cada material, ello puede ser utilizado para identificar rocas en la superficie del planeta.

"Las altas temperaturas cambian la estructura interna de los minerales, haciendo que algunos sean más brillantes y otros más oscuros," dijo el Dr. Helbert.

"Hemos estado trabajando en este problema desde hace tres años, usando un aparato único en el que calentamos muestras en vasos de acero inoxidable con un sistema de calentamiento por inducción. Esto nos permite alcanzar muy rápido altas temperaturas y mantener la temperatura muy estable. Estamos comenzando a hacer mediciones reales de basalto, hematita y granito en el laboratorio, para que podamos compararlos con los datos de emisividad de VIRTIS".

Imagen térmica infrarroja de la muestra del mineral en condiciones como las de Venus. Crédito: DLR / PEL (J. Helbert)

Usando estas nuevas mediciones de laboratorio, el equipo de Helbert espera poder desentrañar la historia de la mineralogía y la superficie de Venus, incluyendo el rejuvenecimiento aparente del planeta por las enormes salidas de lava durante los últimos mil millones años.

Comprender las propiedades de la atmósfera de dióxido de carbono enriquecido presenta otro gran desafío. La baja atmósfera de Venus es como una olla a presión extrema, que es dos veces tan caliente como un horno doméstico. Toda la luz de la superficie debe pasar a través de esta densa y recalentada atmósfera, antes de llegar a los instrumentos de la Venus Express.

El dióxido de carbono bloquea la mayor parte de la luz infrarroja que proviene la luz de la superficie, pero las propiedades ópticas del gas no se entienden completamente, especialmente en longitudes de onda donde el gas es casi "transparente". Los científicos quieren entender cómo la atmósfera absorbe la luz desde abajo, y definir con precisión las ventanas espectrales que ofrecen la mejor vista de la baja atmósfera y la superficie. Sólo entonces serán capaces de comprender los detalles más finos del espectro y desentrañar la naturaleza del planeta oculto bajo su manto de nubes y gases de efecto invernadero.
Para llenar este vacío en el conocimiento, un equipo dirigido por Giuseppe Piccioni, investigador principal para el instrumento VIRTIS, está tratando de reproducir las condiciones atmosféricas de Venus en el laboratorio. Su investigación en IASF-Roma del Instituto Nacional de Astrofísica, Italia, implica estudiar los espectros de dióxido de carbono a temperaturas y presiones similares a las de Venus.

Laboratorio de Espectroscopia de gases en condiciones como la de Venus. Crédito: INAF-IASF-Rome/PLAB.

Celda que contiene dióxido de carbono en condiciones como la de Venus. Crédito: INAF-IASF-Rome/PLAB.

"Nosotros utilizamos pequeñas células de muestra llenas de dióxido de carbono, que tienen que ser cuidadosamente construidas para resistir las condiciones extremas", dijo Piccioni. "Después se utilizan espectrómetros de alta resolución con el fin de obtener mediciones precisas de la absorción de la luz por el gas."

El laborioso trabajo de laboratorio está en marcha, pero una vez que las relativamente limpias ventanas espectrales están claramente definidas y reconocidas, será posible producir modelos tridimensionales precisos de la distribución de la temperatura atmosférica y los gases en la atmósfera inferior.

Este descubrimiento abre la puerta al análisis detallado de la dinámica y la composición de la atmósfera, incluyendo la circulación misteriosa de viento de cuatro días, los vórtices polares, y la distribución de agua y otros componentes menores.

Los documentos sobre estas dos actividades de investigación fueron presentados en la conferencia COSPAR en Bremen, Alemania, en 18-25 de julio de 2010.



Fuente:
Recreating Venus in the lab

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