Júpiter no se congelaría sólido, y no solo porque produce su propio calor interno, como ya han dicho otras personas. Asumiré que le das tiempo suficiente para que se enfríe completamente para que coincida con la temperatura de fondo cósmica de microondas, ya que ha gastado todo su calor nativo (y un potencial gravitacional adicional que termina convirtiéndose en calor). En ese caso, Júpiter estaría a 2.725 grados Kelvin en todo su recorrido … y eso es 1.775 grados más alto que el punto de congelación del helio (lamentablemente, también es más alto que el punto lambda; un océano de helio superfluido sería increíble ) . El hidrógeno sería sólido; Bajo presiones similares a la Tierra, el hidrógeno se congela a 14K, muy por encima de 2.725. Curiosamente, el hidrógeno sólido es en realidad menos denso que el helio líquido, por lo que puede obtener una corteza sólida de hidrógeno que flota sobre la capa de helio líquido, a menos que la capa de hielo de hidrógeno de baja densidad sea lo suficientemente gruesa como para comprimir la capa de helio en forma sólida. El hidrógeno metálico, que se forma a altas presiones, por otro lado, es mucho más denso que el helio líquido. Y cuáles son las fases de alta presión y baja temperatura del helio, no tengo idea (tampoco estoy seguro de que nadie más lo haga, aunque me encantaría descubrirlo). Entonces el manto de hidrógeno metálico de Júpiter probablemente se quedará; puede haber capas de hielo de helio de alta densidad, o puede obtener una aleación metálica de hidrógeno-helio, y quién sabe cómo se vería el diagrama de fases de ese material … Mucho depende de cuánto hidrógeno versus helio termine en las diferentes capas posibles, y en qué medida permanecen mezclados versus separados.
Sin embargo, si imaginamos cómo cambiarían las cosas con el tiempo a medida que el planeta se enfriara, me parece que un escenario bastante probable sería que el hidrógeno cristalizara y nevara de la atmósfera (ya que el punto de congelación del hidrógeno está muy por encima del punto de ebullición del helio), transformándose en fases de alta presión bajo el peso de la atmósfera de helio restante, hasta que el helio comienza a condensarse en el océano sobre las capas de hidrógeno sólido. Si el hidrógeno sólido es soluble en helio líquido, es posible que termine haciendo que el hidrógeno se difunda hacia arriba para formar una corteza sólida de menor densidad sobre el mar de helio de todos modos, pero no lo sé, así que solo haremos nuestras estimaciones en función de la suposición de que todo el hidrógeno está atrapado debajo.
Ahora, hay otras cosas en Júpiter además del hidrógeno y el helio, pero esos dos elementos constituyen un porcentaje tan grande de la masa que casi podemos ignorar todo lo demás y aún así obtener una estimación bastante buena.
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El núcleo rocoso del planeta, que se estima que ocupa aproximadamente el 20% de su radio, probablemente no se hará mucho más pequeño, por lo que simplemente redondearé su tamaño estimado actual a 14,000 km.
Para saber qué tan grandes son las capas de hidrógeno sólido y helio líquido, necesitamos conocer los diagramas de fase de alta presión para esas sustancias, lo cual no conozco. Entonces, haré estimaciones basadas en sus densidades medidas o pronosticadas teóricamente a bajas presiones, y luego solo notaré que esta es una estimación de extremo superior; el verdadero Júpiter congelado probablemente sería más pequeño debido a la compresión.
El hidrógeno constituye aproximadamente el 89.8% de la masa de Júpiter. Asumiremos que todo eso termina en una fase metálica. Habría un gradiente de densidad a medida que profundiza en el planeta, pero no sabemos exactamente cuál es el diagrama de fase, por lo que para una estimación de densidad promedio voy a ir con las predicciones de densidad de hidrógeno metálico de extremo superior que yo Lo he visto y lo configuro a 2.8g / cm ^ 3. Con esa masa y densidad, la capa de hidrógeno ocupará un volumen de 6.09e14 kilómetros cúbicos.
El helio líquido tiene una densidad entre 0.125 (casi hirviendo) y 0.145 (casi congelado) g / cm ^ 3 a presiones terrestres. Usaré la cifra de 0.145 como un compromiso entre No estar realmente cerca del punto de congelación, pero las profundidades están bajo una presión mucho más alta. Dado que el helio representa aproximadamente el 10.2% de la masa de Júpiter, eso significa que la capa de helio ocupará un volumen de aproximadamente 1.34e15 kilómetros cúbicos.
Ahora, resumimos los volúmenes de los tres componentes (núcleo, manto de hidrógeno, helio marino) y lo usamos para calcular el radio.
El volumen total del planeta congelado se estima en 1.5e13km ^ 3 (núcleo) + 6.09e14km ^ 3 (hidrógeno) + 1.34e15 (helio) ~ = 1.96e15km ^ 3.
El radio de una esfera con ese volumen es r = cbrt (1.96e15km ^ 3 * 3 / (4pi)) ~ = 77,573km.
Hm. El radio real de Júpiter en este momento es de solo 69,911 km. ¡Claramente, el hidrógeno metálico termina siendo comprimido a una densidad mucho más alta de lo que calculé!
Entonces, en este punto, después de todo ese cálculo, nos queda concluir que el tamaño de Júpiter congelado sería “algo más pequeño de lo que es actualmente”. Estimaciones mejores que eso requerirán un conocimiento detallado de los diagramas de fase de hidrógeno y helio a presiones de cientos de gigapascales, que simplemente aún no están disponibles.
