¿Se está encogiendo Júpiter? ¿Si es así por qué?

Los modelos teóricos predicen que Júpiter se está reduciendo en una cantidad de aproximadamente 2 cm por año . Sin embargo, esta contracción no se debe a que Júpiter pierde masa. (De hecho, si Júpiter perdiera masa, en realidad se expandirá debido a la disminución de la gravedad).

Se observa que Júpiter irradia más energía de la que recibe de la radiación solar (casi el doble de lo que recibe del sol). Este calor adicional debe provenir de una fuente interna porque no hay fuentes externas plausibles para tal cantidad de energía que no sea el sol. Algunos de los mecanismos que pueden contribuir a esto son los siguientes:

  1. Radioactividad : este es el mecanismo por el cual se mantiene el calor interno de la Tierra. Los oligoelementos de elementos radiactivos en el interior del planeta pueden calentarlo mediante la energía liberada en la desintegración radiactiva.
  2. Calentamiento de mareas : este mecanismo es responsable de mantener calientes los interiores de las lunas de Júpiter. Las fuerzas de marea de sus lunas, otros planetas y el Sol pueden establecer corrientes fluidas en el interior de Júpiter, donde el calor se produce a partir de la energía cinética por disipación viscosa.
  3. Colapso gravitacional ( mecanismo Kelvin-Helmholtz ) : este mecanismo se propuso por primera vez para explicar la producción de energía en las estrellas; pero se descartó a favor de la fusión de hidrógeno ya que su escala de tiempo era demasiado pequeña para mantener la producción de energía durante períodos tan largos como la edad [conocida] del sol. En Júpiter, la gravedad es soportada por la presión del gas. Si parte del calor interno de Júpiter escapara como radiación, la presión del gas bajaría y causaría que Júpiter se contraiga. Esta contracción libera energía potencial gravitacional como calor que mantiene la presión del gas. Como es imposible evitar que todo el calor interno se irradie, Júpiter debe compensar mediante la contracción para mantener el equilibrio [cuasi] hidrostático.

De estos tres mecanismos, solo el tercero puede liberar una cantidad suficiente de energía para dar cuenta del presupuesto de calor de Júpiter . Los otros mecanismos aportan pequeñas cantidades, pero el mecanismo 3 es, con mucho, el dominante. Cuando se modela esto y se conecta el valor del calor adicional emitido por Júpiter, la tasa de colapso resulta ser de 2 cm por año.

Júpiter en realidad no se está reduciendo porque está perdiendo masa, tiene un campo gravitacional demasiado inmenso para perder realmente cualquier masa.

En todo caso, estaría ganando masa (muy lentamente por una cantidad minúscula insignificante) debido a los millones de asteroides y cometas que chocan con él.

Se dice que Júpiter se está reduciendo a razón de 2 cm por año. Esa cifra de “2 cm al año” es solo cuánto se está reduciendo actualmente.

Júpiter está emitiendo actualmente más radiación de la que recibe del Sol, lo que lleva a un enfriamiento neto con el tiempo.

Sabemos esto al mirarlo con un telescopio infrarrojo para ver cuánto calor emite. Luego podemos tomar su área de superficie para calcular cuánto calor recibe del sol y de ahí en adelante es una simple resta.

Dado cuánto se enfría el planeta, necesitamos saber cuánto cambia el volumen con el tiempo.
Desafortunadamente, esa es la parte difícil. Requiere una ecuación de estado. La más simple es solo la ley de los gases ideales, que puede haber visto antes:

PV = nRT
… Donde puedes calcular fácilmente el volumen V en función de la temperatura T.

Sin embargo, el interior de Júpiter está muy lejos de ser un gas ideal. El gas de hidrógeno está tan fuertemente comprimido (hasta 100 millones de veces la presión atmosférica que sentimos al nivel del mar) que se transforma en hidrógeno metálico, entrando en un estado extraño conocido como materia degenerada. Sigue siendo una sustancia escurridiza que solo se ha visto en vislumbres fugaces en experimentos de laboratorio recientes.

Entonces, en este momento, todavía no tenemos una muy buena ecuación de estado para esta forma exótica de hidrógeno … así que tome el número de “2 cm al año” con un grano de sal muy fuerte.

Además, sea cual sea ese número, no sucedería para siempre, el enfriamiento disminuiría con el tiempo.

Sin embargo, a medida que se enfría, produce cada vez menos radiación. Eventualmente, alcanzará su “temperatura de equilibrio”, el punto en el cual la cantidad de radiación infrarroja emitida es igual a la cantidad de luz solar absorbida. En estos puntos, su temperatura es constante y deja de encogerse. Entonces, no, nunca se enfriará para convertirse en un planeta helado sólido.

Para darle una idea aproximada de los números aquí, la temperatura actual de Júpiter (medida a partir de su radiación infrarroja emitida) es de aproximadamente 125 Kelvin. La temperatura de equilibrio a la que finalmente se dirige es de unos 110 Kelvin.

Júpiter, Saturno y Neptuno están emitiendo más radiación de la que reciben del Sol; así, sus temperaturas actuales son más cálidas que sus temperaturas de equilibrio. Sin embargo, curiosamente, Urano está exactamente a su temperatura de equilibrio,

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