Revelando las profundidades de los vientos de Júpiter

Tres documentos que se publican mañana en Nature responden a una pregunta que los científicos han estado formulando desde que Galileo observó por primera vez las famosas rayas de Júpiter: ¿Son las bandas coloridas simplemente un bonito fenómeno de superficie, o son un estrato significativo del planeta? El profesor Yohai Kaspi del Instituto Weizmann, , dirigió esta investigación en la que se analizaron las mediciones de la nave espacial Juno de la NASA para revelar que las rayas, cinturones de fuertes vientos que rodean el planeta, se extienden a una profundidad de unos 3.000 km. Eso es bastante más que las estimaciones anteriores, y está cambiando la imagen que los científicos tienen de la atmósfera de Júpiter, así como de sus capas internas. 

Juno orbita Júpiter cada 53 días, y le está dando a los investigadores la oportunidad de "observar" lo que yace debajo de la superficie del planeta. Entre las mediciones que manda Juno de regreso a la Tierra están las del campo de gravedad del planeta. Que se realizan a través de ondas de radio: a medida que la gravedad del planeta atrae a la nave espacial en su vuelo de reconocimiento, la señal de radio también se desplaza un poco; este cambio en las longitudes de onda, aunque pequeño, es medible. Y dado que los vuelos de reconocimiento están cada vez en órbitas diferentes, pueden muestrear el campo gravitacional de diferentes partes del planeta.

Kaspi, junto con el Dr. Eli Galanti, ambos del Departamento de Ciencias Atmosféricas y Planetarias del Instituto Weizmann de Ciencias, se habían estado preparando para este análisis incluso antes de que Juno fuera lanzado hace casi siete años. Durante este tiempo, construyeron herramientas matemáticas para analizar los datos del campo gravitacional; esto es lo que permitiría a los investigadores captar la atmósfera de Júpiter. Los cinturones de viento que rodean el planeta, explica Kaspi, son mucho más fuertes que los vientos más feroces de la Tierra, y han durado al menos cientos de años. Como estas corrientes de aire fluyen en bandas de este a oeste o de oeste a este, interrumpen la distribución uniforme de la masa en el planeta. Por lo tanto, al medir el desequilibrio, los cambios en el campo gravitatorio del planeta, sus herramientas analíticas podrían calcular a qué profundidad se extienden las tormentas debajo de la superficie. 

Los científicos buscaron anomalías, mediciones que muestren que el planeta se desvía de una esfera perfecta. Esperaban una cierta anomalía porque la rotación del planeta aplasta ligeramente su forma, pero las anomalías adicionales en las mediciones podrían deberse muy probablemente a los vientos en la atmósfera. "Dado que Júpiter es básicamente una bola gigante de gas", explica Kaspi, "la expectativa inicial fue que no habría asimetrías en el campo de gravedad entre el norte y el sur". Sin embargo, en 2013, mientras la nave todavía estaba de camino a Júpiter, Kaspi calculó que debido a que existe asimetría entre los vientos en el norte y el sur, esto debería producir una señal gravitacional medible. Cuando llegaron los resultados de Juno, la medición reveló grandes diferencias en el campo de gravedad entre el norte y el sur. "Lo notable de esto", dice Galanti, "es que pudimos medir directamente la firma de los flujos".

Con base en la asimetría en los campos gravitacionales entre el norte y el sur, los investigadores determinaron que los cinturones de viento, estas rayas observadas por Galileo, se extienden a 3.000 km de profundidad. Además, Kaspi y Galanti desarrollaron un método para determinar no solo la profundidad total del flujo, sino también cómo esos flujos, ocultos bajo las nubes de Júpiter, cambian con la profundidad.

Los cálculos basados en estos hallazgos muestran que la atmósfera de Júpiter es el 1 % de su masa total. Puede que no parezca mucho, pero en comparación, la atmósfera de la Tierra es menos de una millonésima parte de su masa total. "Eso es mucho más de lo que nadie pensó y más de lo que se ha sabido de otros planetas en el Sistema Solar", dice Kaspi. "Eso es básicamente una masa igual a tres Tierras moviéndose a velocidades de decenas de metros por segundo".

El primero de los tres artículos de Nature , dirigido por el profesor Luciano Iess de la Universidad Sapienza de Roma, presenta los hallazgos de la asimetría en los campos gravitacionales. El segundo describe los resultados obtenidos por Kaspi, Galanti y sus colegas que muestran la profundidad distintiva de la atmósfera de Júpiter. Usando estos resultados, el tercero, dirigido por el Prof. Tristan Guillot del Observatorio de la Cote d'Azur, mira debajo de la atmósfera, lo que sugiere que debajo del nivel de los vientos, el gas gira más o menos como un solo cuerpo, casi como si fuera un sólido. Estos tres documentos ayudan a construir una nueva imagen de Júpiter, desde el nivel superior de la nube hacia adentro.

El tema del núcleo de Júpiter aún no está cerrado, y los investigadores intentan analizar otras mediciones para ver si Júpiter tiene un núcleo sólido, y si es así, para determinar su masa. Responder a esta pregunta puede ayudarnos a entender cómo se formó el Sistema Solar y sus planetas. Además, Kaspi y Galanti apuntan a otra característica icónica del Sistema Solar: la gran mancha roja de Júpiter. Usando algunos de los mismos métodos que desarrollaron para caracterizar las corrientes de chorro, están tratando de entender a qué profundidad se extiende esta tormenta gigante. Esperan entender, entre otras cosas, por qué esta tormenta, que ha sido estable desde que han existido los telescopios, se ha estado reduciendo en los últimos años. 

La investigación del Prof. Yohai Kaspi está respaldada por el Centro de Ciencias Marinas De Botton, el Instituto de investigación espacial y óptica André Deloro y el Centro de la familia Sussman para el Estudio de Ciencias Medioambientales.

Los comunicados de prensa del Instituto Weizmann se publican en Internet en

http://wis-wander.weizmann.ac.il/, y están también disponibles en http://www.eurekalert.org/