En astronomía o ciencia planetaria , la línea de escarcha , también conocida como línea de nieve o línea de hielo , es la distancia mínima desde la protoestrella central de una nebulosa solar donde la temperatura es lo suficientemente baja para compuestos volátiles como agua , amoníaco , metano , carbono. dióxido y monóxido de carbono se condensen en granos sólidos , lo que permitirá su acreción hasta convertirse en planetesimales . Más allá de la línea, los compuestos que de otro modo serían gaseosos (que son mucho más abundantes) pueden condensarse con bastante facilidad para permitir la formación de gigantes gaseosos y de hielo ; mientras que dentro de él, sólo se pueden acumular compuestos más pesados para formar planetas rocosos típicamente mucho más pequeños .
El término en sí está tomado de la noción de " línea de escarcha " en la ciencia del suelo , que describe la profundidad máxima desde la superficie a la que el agua subterránea puede congelarse.
Cada sustancia volátil tiene su propia línea de escarcha (por ejemplo, monóxido de carbono, [1] nitrógeno , [2] y argón [3] ), por lo que es importante especificar siempre a qué material se refiere la línea de escarcha. Se puede utilizar un gas trazador para materiales que de otro modo serían difíciles de detectar; por ejemplo diazenilio para monóxido de carbono.
Diferentes compuestos volátiles tienen diferentes temperaturas de condensación a diferentes presiones parciales (por lo tanto, diferentes densidades) en la nebulosa protoestrella, por lo que sus respectivas líneas de escarcha serán diferentes. La temperatura y la distancia reales de la línea de nieve del hielo de agua dependen del modelo físico utilizado para calcularlo y del modelo teórico de nebulosa solar:
La posición radial del frente de condensación/evaporación varía con el tiempo, a medida que evoluciona la nebulosa. Ocasionalmente, el término línea de nieve también se utiliza para representar la distancia actual a la que el hielo de agua puede permanecer estable (incluso bajo la luz solar directa). Esta distancia de la línea de nieve actual es diferente de la distancia de la línea de nieve de formación durante la formación del Sistema Solar y equivale aproximadamente a 5 AU. [8] La razón de la diferencia es que durante la formación del Sistema Solar, la nebulosa solar era una nube opaca donde las temperaturas eran más bajas cerca del Sol, [ cita necesaria ] y el Sol mismo era menos energético. Después de su formación, el hielo quedó enterrado por la caída de polvo y se mantuvo estable unos metros bajo la superficie. Si el hielo en un radio de 5 UA queda expuesto, por ejemplo a través de un cráter, se sublima en breves escalas de tiempo. Sin embargo, sin luz solar directa, el hielo puede permanecer estable en la superficie de los asteroides (y en la Luna y Mercurio) si está ubicado en cráteres polares permanentemente sombreados, donde la temperatura puede permanecer muy baja durante la edad del Sistema Solar (por ejemplo, 30-40 años). K en la Luna).
Las observaciones del cinturón de asteroides , ubicado entre Marte y Júpiter, sugieren que la línea de agua y nieve durante la formación del Sistema Solar se ubicó dentro de esta región. Los asteroides exteriores son objetos helados de clase C (por ejemplo, Abe et al. 2000; Morbidelli et al. 2000), mientras que el cinturón de asteroides interior está en gran medida desprovisto de agua. Esto implica que cuando se produjo la formación planetesimal, la línea de nieve estaba ubicada alrededor de 2,7 AU del Sol. [6]
Por ejemplo, el planeta enano Ceres , con un semieje mayor de 2,77 UA, se encuentra casi exactamente en la línea de estimación inferior de agua y nieve durante la formación del Sistema Solar. Ceres parece tener un manto helado y puede incluso tener un océano de agua debajo de la superficie. [9] [10]
La temperatura más baja en la nebulosa más allá de la línea de escarcha hace que haya muchos más granos sólidos disponibles para su acreción hasta formar planetesimales y eventualmente planetas . Por tanto, la línea de escarcha separa los planetas terrestres de los planetas gigantes del Sistema Solar. [11] Sin embargo, se han encontrado planetas gigantes dentro de la línea de escarcha alrededor de varias otras estrellas (los llamados Júpiter calientes ). Se cree que se formaron fuera de la línea de congelación y luego migraron hacia el interior a sus posiciones actuales. [12] [13] La Tierra, que se encuentra a menos de un cuarto de la distancia hasta la línea de escarcha pero no es un planeta gigante, tiene la gravitación adecuada para evitar que el metano, el amoníaco y el vapor de agua se escapen. El metano y el amoníaco son raros en la atmósfera de la Tierra sólo debido a su inestabilidad en una atmósfera rica en oxígeno que resulta de formas de vida (principalmente plantas verdes) cuya bioquímica sugiere abundante metano y amoníaco al mismo tiempo, pero, por supuesto, agua líquida y hielo , que son químicamente estables en dicha atmósfera y forman gran parte de la superficie de la Tierra.
Los investigadores Rebecca Martin y Mario Livio han propuesto que los cinturones de asteroides pueden tender a formarse en las proximidades de la línea de escarcha, debido a que los planetas gigantes cercanos interrumpen la formación de planetas dentro de su órbita. Al analizar la temperatura del polvo caliente encontrado alrededor de unas 90 estrellas, concluyeron que el polvo (y por lo tanto los posibles cinturones de asteroides) se encontraba típicamente cerca de la línea de escarcha. [14] El mecanismo subyacente puede ser la inestabilidad térmica de la línea de nieve en escalas de tiempo de 1.000 a 10.000 años, lo que resulta en la deposición periódica de material de polvo en anillos circunestelares relativamente estrechos. [15]
