Venus recreado 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 longitudes de onda diferentes  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.

Venus y la Tierra  se describen a menudo 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 a 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, somos conscientes de las líneas de absorción espectral en la atmósfera, así que podemos calcular sus efectos. Sin embargo, las altas temperaturas y presiones en Venus crean observaciones mucho más complejas. No sabemos con precisión cómo se modifican los espectros, por lo que es imposible interpretar los datos con precisión.“

En un esfuerzo por superar este problema, 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 Espectrómetro  Térmico  de Imágenes Infrarrojas (VIRTIS) a bordo del Venus Express Orbitator de la ESA.

En el Laboratorio Planetario de emisividad en Berlín, Joern Helbert y sus colegas están tratando de averiguar calentando muestras de roca 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 espectro visible. Dado que la fuerza relativa de este brillo se da en diferentes longitudes de onda (su emisividad), representa una oportunidad única para cada material, que puede ser utilizado para identificar rocas en la superficie del planeta.

“Las altas temperaturas cambian la estructura interna de los minerales, por lo que algunos son más brillantes  y otros son más oscuros,“dijo el Dr. Helbert.

“Hemos estado trabajando en este problema desde hace tres años, usando un aparato único en el que trabajamos con muestras de calor en vasos de acero inoxidable con un sistema de calentamiento por inducción. Esto nos permite ir muy rápido a 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 recogidos por VIRTIS.“

El uso de estas mediciones  en laboratorio es un proceso nuevo, el equipo de Helbert tiene esperanzas de poder desentrañar la historia de la mineralogía y la superficie de Venus, incluyendo el aparente rejuvenecimiento del planeta debido a  inundaciones enormes de lava  procedentes del interior durante los últimos mil millones de 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, dos veces tan caliente como un horno doméstico. Toda la luz de la superficie debe pasar a través de esta densa atmósfera, recalentado antes de llegar a los instrumentos de la Venus Express.

Los bloques de dióxido de carbono transforman en más infrarroja 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 para obtener la mejor vista tanto de la baja atmósfera como de la superficie. Sólo entonces serán capaces de comprender los detalles más delicados 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 de VIRTIS, está tratando de reproducir las condiciones atmosféricas de Venus en el laboratorio. Su investigación en el Instituto Nacional de Astrofísica, en Roma,  Italia, implica estudiar los espectros de dióxido de carbono a temperaturas y presiones similares a las de Venus.

“Usamos muestras en pequeñas celdas llenas de dióxido de carbono, que tienen que ser cuidadosamente construidas para resistir las condiciones extremas,“dijo Piccioni. “Después se utiliza 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 ventanas espectrales estén relativamente claras, definidas,  e identificadas, será posible producir  modelos tridimensionales muy 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 composición de la atmósfera venusiana, incluyendo la circulación misteriosa de vientos, 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, entre 18-25 de julio de 2010.

Enlace original: Recreating Venus in the lab.

Para saber más: Atmósfera de Venus.