El ciclo del nitrógeno en Plutón

La sonda New Horizons nos enseño en julio de 2015 que Plutón es un mundo fascinante y complejo. Una de las mayores sorpresas que encontramos en el planeta enano fue Sputnik Planitia, el glaciar más grande del sistema solar. Pero, a diferencia de los glaciares terrestres, Sputnik está formado por nitrógeno en vez de agua. Efectivamente, en la superficie de Plutón encontramos una mezcla de hielos de nitrógeno, metano y monóxido de carbono repartidos sobre una rígida corteza de hielo de agua. Como Sputnik Planitia demuestra a las claras estos hielos no están distribuidos de manera homogénea, sino que se agrupan en determinadas zonas siguiendo patrones que no comprendemos del todo. El nitrógeno es el componente principal de esta mezcla de hielos y es el protagonista de un ciclo que da forma al paisaje de Plutón.

Plutón y Caronte vistas por la New Horizons. En el centro de Plutón destaca Sputnik Planitia (NASA).
Plutón y Caronte vistas por la New Horizons. En el centro de Plutón destaca Sputnik Planitia (NASA).

El factor más importante para entender el ciclo del nitrógeno es la elevada inclinación del eje de rotación del planeta enano, cercana a los 120º, causante de estaciones muy marcadas. A este hecho hay que sumar la importante excentricidad de la órbita de Plutón, un factor que provoca ‘estaciones dobles’ (unas debidas a la inclinación del eje, como en la Tierra y el resto de planetas, y otra por la diferencia de insolación entre el perihelio y el afelio). Las observaciones de la New Horizons han permitido crear modelos numéricos sobre el comportamiento del ciclo del nitrógeno plutoniano y ahora sabemos que, a diferencia de lo que podríamos pensar, el nitrógeno se condensa en las latitudes medias comprendidas entre los 25º de latitud sur y los 30º norte. Precisamente donde se encuentra Sputnik Planitia, una antigua cuenca de impacto que favorece la acumulación de volátiles. Es decir, en Plutón el hielo de nitrógeno se acumula al revés que en la Tierra, donde los casquetes de hielo aparecen en los polos.

Recreación artística de las montañas de hielo de agua de Plutón sobresaliendo del hielo de nitrógeno de Sputnik Planitia (John Kaufman).
Recreación artística de las montañas de hielo de agua de Plutón sobresaliendo del hielo de nitrógeno de Sputnik Planitia (John Kaufmann).

Sputnik es la única reserva de hielo de nitrógeno permanente que actualmente existe en Plutón, algo así como un ‘casquete subtropical’. Por contra, en las regiones situadas justo al norte del Sputnik Planitia, entre los 30º y 50º norte, domina la sublimación del nitrógeno, de ahí que estas sean zonas más oscuras ricas en tolinas (sustancias orgánicas de color rojizo o marrón oscuro). Nada más y nada menos que una capa de un kilómetro de profundidad de nitrógeno se ha sublimado en el borde septentrional de Sputnik Planitia en los últimos dos millones de años. Este ‘encogimiento’ de Sputnik explica la erosión del borde oeste del glaciar, donde vemos espectaculares montañas de hielo de agua flotando en el hielo de nitrógeno. Otro dato que se puede estimar a partir de este ciclo es la máxima presión atmosférica que tiene Plutón (la atmósfera de Plutón, muy poco densa, está formada por nitrógeno sublimado de su superficie).

Modelo de Sputnik Planitia (James Tuttle Keane).
Modelo de Sputnik Planitia (James Tuttle Keane).

Esta presión máxima no puede superar en todo caso unos pocos milipascales o pascales (la atmósfera de la Tierra tiene una presión superficial de 101.300 Pa), lo que implica que es imposible que el nitrógeno líquido pueda acumularse en la superficie de Plutón formando lagos o ríos. La New Horizons descubrió un pequeño depósito de hielo de nitrógeno que parecía ser un lago fósil y en su momento se discutió la posibilidad de que en el pasado las condiciones climáticas permitiesen la existencia de nitrógeno líquido en Plutón. Lamentablemente me temo que ahora tenemos que decir adiós a esa fascinante teoría. El ciclo es consecuencia directa de la variación de la inclinación del eje de Plutón entre 104º y 127º durante un periodo de 2,8 millones de años, una variación que se solapa con otro periodo de 3,95 millones de años en el que la excentricidad varía de 0,222 a 0,266. Ambos periodos se retroalimentan según el mecanismo de Milankovitch para generar eras glaciales y templadas de forma similar a lo que ocurre en la Tierra, Marte y Titán.

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Zonas de Plutón con mayor proporción de nitrógeno y metano (T. Bertrand et al.).

Los modelos teóricos señalan que a lo largo de este ciclo es posible que se formen otras grandes acumulaciones estables de hielo de nitrógeno en latitudes medias además de Sputnik, pero nunca en los polos o el ecuador. En cuanto al hielo de monóxido de carbono, este se halla mezclado con el de nitrógeno, mientras que el hielo de metano juega un papel más parecido al hielo de agua en la Tierra, depositándose como escarcha en las latitudes altas y sublimándose en las regiones tropicales. No obstante, una cosa es el ciclo del nitrógeno y otra las características del ciclo combinado del metano y el nitrógeno (y eso sin tener en cuenta el monóxido de carbono). Para comprender en detalle qué pasa en Plutón deberemos desentrañar el misterioso comportamiento de estos hielos.

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Sputnik Planitia en todo su esplendor (NASA/JHUAPL/SwRI).

Referencias:

  • https://arxiv.org/pdf/1804.02434.pdf

25 Comentarios

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fobos9fobos9

Hola Daniel, otra excelente entrada. Con respecto a la duración de los períodos. Me sorprendió la precisión de los mismos. No dices “unos cuatro millones de años” sino 3,95. ¿Cómo se calculan estos períodos de manera tan exacta? ¿se conocían con antelación o fueron fruto de la misión?

walkurtwalkurt

Grandisima entrada daniel, trate de leer el original (solo por curiosidad) de arxiv, y es bastante dificil de seguir. te agradezco la bajada de linea sin perder precision para los legos como yo.

U-95U-95

Que lástima que se vaya a tardar tanto en volver a Plutón -si se vuelve-. Es un mundo de ciencia-ficción.

AlxoAlxo

Súper interesante, si Plutón nos ha mostrado una pincelada de lo que podemos encontrar en el cinturón de Kluiper, pero incluso en Urano y Neptuno, que sólo los hemos visto de pasada con las Voyager. El sistema solar es fascinante, aún nos queda muchísimo por conocer.

CarlosCarlos

Como siempre interesantisimo Dani. Por cierto, como va la busqueda del planeta 9? Novedades?

fisivifisivi

Estupendo artículo de un tema apasionante.

Hasta ver de cerca a Plutón ¿quien se hubiera imaginado un ciclo parecido al del agua en un planeta tan frío?
Aunque ahora no pueda haber nitrógeno líquido en la superficie de Plutón debido a lo pequeña que es la presión atmosférica, me imagino que a cierta profundidad, bajo la presión del hielo de nitrógeno, y a costa del calor interno, podrá formarse hidrógeno líquido que ascienda por flotación hasta congelarse cerca de la superficie.
¿Podría haber un vulcanismo en Plutón en el que la lava sea de nitrógeno líquido?

miguelmiguel

«El mundo esta muy mal repartido», un poco de ese nitrogeno y metano en Marte … o un mucho del primeto y del segundo.
O ya puestos que Marte estuviese en la Orbita de Venus y Venus en la de Marte.

Es increible que Pluton con esas temperaturas tan bajas sea capaz de ser tan complejo. Y eso descubierto por una sonda que paso a toda leche y realizo observaciones solo durante unas horas … lo que seria tenerla en orbita.

Muchas geacias Daniel.

JxJx

mas bien que tal si Marte tuviera un tamaño similar al de la Tierra y fuese un mundo acuático porque en algún momento de su historia una luna como Europa le hubiese transferido el agua

Angel24MarinAngel24Marin

Según se comenta Venus era como la Tierra, pero sus océanos se evaporaron completamente. El agua crea mucho mas efecto invernadero que el CO2 . Ese efecto invernadero provoco el escape del CO2 de las rocas mientras que el agua se disociaba y escapaba por la radiación solar. Así que si Venus estuviera en la órbita de Marte seguramente se parecería mucho a la Tierra.

miguelmiguel

Agua pero no masa … el problema es que está lejos del Sol y tiene poca masa: luego su núcleo se paró, su campo magnético se esfumó, perdió la atmósfera en el espacio o en el permafrost, y nosotros andamos buscando un planeta con vida diferente a la Tierra.

miguelmiguel

(se me olvidó) En la serie de referencia de Kim Stanley Robinson uno de los principales problemas para terraformar Marte es la falta de nitrógeno. Agua la hay (en la serie) de sobra.

carloscarlos

seria mejor venus en la órbita de marte le regalamos la luna y a febos y deimos y ponemos a marte en la orbita de la luna que pasada seria levantar la cabeza y ver el valle marineris o el monte olimpo a simple vista. y para completar ponemos a titan o ganimedes en la obita de venus

ErickErick

Muy buena entrada, es impresionante lo que nos ha descubierto esta misión sobre Plutón, sin duda es un mundo muy interesante…

Pensando sobre misiones a los planetas exteriores, después de las misiones ya programadas por China a Marte en 2020, y sus misiones Lunares, para estos años…¿hay alguna estimación si pueden estar preparando una o varias misiones a los planetas exteriores, para mediados de la década del 2020?

ErickErick

Si exacto me refiero a visitar Urano y Neptuno y sus lunas…y porque no, Pluton, y algún otro planeta enano…

China viene replicando muchas cosas hechas por USA y sobre todo la Urss…porque no podría a mediados del 2020, ir preparando sus sondas Pioneer, y Voyager…sí China quiere ser una potencia espacial científica estas son misiones obligatorias…y creo que ya para esas fechas deben tener la experiencia necesaria…

s2

MarceloMarcelo

Si toda esta información se ha conseguido solo con un sobrevuelo fugaz y rápido, cuanta información se podría obtener con un orbitador como Cassini en Pluton?

RedRed

https://www.nasaspaceflight.com/2018...ncontested/

Al parecer la NASA tiene problemas con el Rs-25 y buscan un motor para sustituirlo.
Por si acaso, ha pedido a Rocket Air que reactive la producción y ha pedido 6 RS-25 más en versión desechable por 1.5 billones de dólares…

Con el tiempo será inevitable no financiar a Space X seriamente para ir a Marte… O a Blue Origin…

Vamos que por 1.5 billones de dólares Space X te hace el Falcon Super Heavy y primer vuelo antes que el SLS Block II.

HeihachiHeihachi

Temo que no sea la lectura correcta: la NASA, por una vez, no tiene problemas con el RS-25 (ya tuvo los suyos con su desarrollo… en los años setenta!) Tampoco tiene ni margen ni intención de usar otro motor en su lugar; pero tiene que hacer el paripé de que lo parezca, para que no se diga que no se abre a la competitividad. Si el SLS sigue volando después de su primera misión, lo hará con el RS-25D hasta que no queden sobrantes; y, si sigue volando durante un tiempo después, lo hará con el RS-25E.

Roberto HRoberto H

Hola,
Lo comenté en algún artículo anterior pero no sé si finalmente se publicó.
Hay proyectos para tratar de limpiar un poco las orbitas de chatarra acumulada.
Supongo que empezarán por las orbitas geoestacionarias que están bastantes congestionadas
y todo parece ya estar apretado por ese vecindario.
Un Abrazo

https://actualidad.rt.com/actualidad...opea-basura

Roberto HRoberto H

Por error no subi la url del video que pretendí mostrar.
Es este: https://youtu.be/_QUhCLTfXf0
Esto puede ser un buen nicho para que pequeños lanzadores operen sobre la orbita baja como limpiadores.
Un buen campo para desarrollar.

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