Júpiter es una “sopa de burbujas” (o un análogo a la Gran Mancha Roja de Júpiter)

Las franjas de interferencia de la luz proyectada sobre una burbuja de jabón (calentada por su ecuador), que dependen del grosor local de la película de jabón, forman estructuras tipo vórtice muy parecidas a las observadas en las atmósferas planetarias, como la Gran Mancha Roja de la foto. Además estos vórtices son muy robustos y duraderos (duran tanto como la burbuja, claro, que acaba explotando).

F. Seychelles, Y. Amarouchene, M. Bessafi, and H. Kellay , “Thermal Convection and Emergence of Isolated Vortices in Soap Bubbles,” Phys. Rev. Lett. 100, 144501 (2008) han desarrollado una tipo de célula convectiva térmica que consiste en la mitad (hemisferio) de una burbuja de jabón calentada por su ecuador (base) con objeto de estudiar la convección térmica y el movimiento de vórtices aislados en la superficie de la burbuja. Estos vórtices aislados se parecen a ciclones o huracanes, y a la Gran Mancha Roja de Júpiter.

La convección térmica turbulenta es un fenómeno natural ubicuo en muchos sistemas, como la atmosféra, el núcleo de los planetas o la superficie de los planetas gaseosos. Este fenómeno conduce a la generación de vórtices extremadamente robustos (especialmente en sistemas tridimensionales). Sin embargo, es muy interesante estudiarlo también en sistemas en dos dimensiones (superficies como la de la burbuja de jabón o la atmósfera de la Tierra, una delgadísima capa comparada con su radio). De hecho, la Gran Mancha Roja parece ser un vórtice debido a la estructura propia de la capa más externa de Júpiter y es un fenómeno estrictamente de física bidimensional. Una manera de experimentar en laboratorio con este fenómeno es el uso de células convectiva térmicas de burbujas de jabón.

¿Por qué son tan robustos estos grandes vórtices? No se sabe, pero una explicación puede ser la ausencia de paredes con las que interactuar (en células convectivas de laboratorio, con paredes, los vórtices no son tan duraderos). Esta ausencia se observa en un planeta como Júpiter y también en la la superficie de una burbuja de jabón.

La gran diferencia entre las películas de jabón planas y las curvas es la aparición (emergente) de vórtices. La figura de arriba ilustra el proceso de generación de un vórtice. Estos vórtices son más probables a incrementos de temperatura altos, aunque no están completamente ausentes en otro caso.

El análisis detallado de estos vórtices en burbujas calentadas es un problema extremadamente difícil, pero un análisis simple con leyes de escala permite entender algunas de las características observadas experimentalmente, sugiriendo que se trata de vórtices superdifusivos. En la difusión normal, el desplazamiento medio cuadrático de las partículas es una función lineal del tiempo. En la difusión anómala, esta función es no lineal (normalmente una ley de potencias con un exponente α). En la difusión normal sería α = 1. En la superdifusión, α > 1. En la subdifusión, α < 1. 

La figura muestra el desplazamiento cuadrático medio de los vórtices en la burbuja (izquierda) y de huracanes en la atmósfera terrestre (derecha), mostrando su ajuste con una ley de potencia que comparte el mismo exponente, 1.6. Algo curioso, que no demuestra que ambos fenómenos (relacionados por otro lado) se expliquen con la misma física. Sin embargo, la analogía fotográfica, queda ratificada por esta analogía estadística en los movimientos de los vórtices, lo que implica que la dinámica de interacción de los vórtices con su medio puede ser similar en ambos fenómenos.

En resumen, un trabajo muy sugerente. Habrá que estar “al loro” para ver a qué conduce.



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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 11 abril, 2008
Categoría(s): ✓ Noticias