Las nubes se extienden por la superficie de Júpiter en patrones dramáticos. Al igual que las nubes en la Tierra, contienen agua, pero en Júpiter son mucho más densas y profundas. Estas capas son tan gruesas que ninguna nave espacial ha podido observar directamente lo que hay debajo de ellas.
Ahora, los científicos han dado un gran paso hacia la resolución de ese misterio. Un nuevo estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Chicago y el Jet Propulsion Laboratory ha producido el modelo más detallado hasta ahora de la atmósfera de Júpiter. La obra proporciona una visión más profunda del interior del planeta sin la necesidad de descender físicamente a sus aplastantes profundidades.
Uno de los hallazgos clave del estudio ayuda a resolver un debate de larga data sobre la composición de Júpiter. Los investigadores estiman que el gigante gaseoso contiene aproximadamente una vez y media más oxígeno que el Sol. El resultado mejora la comprensión de los científicos sobre cómo se formaron Júpiter y el resto del Sistema Solar.
“Este es un debate de larga data en la investigación planetaria”, dijo Jaehyun Yang, investigador postdoctoral en UChicago y autor principal del estudio. “Esto es un testimonio de cómo la última generación de modelos computacionales puede cambiar nuestra comprensión de otros planetas”.
El estudio fue publicado el 8 de enero. Revista de ciencia planetaria.
Tormentas, nubes y fórmulas químicas.
Los astrónomos han observado la turbulenta atmósfera de Júpiter durante siglos. Hace más de 360 años, las primeras observaciones con telescopios revelaron una característica grande y permanente en la superficie del planeta.
Esa característica ahora se conoce como la Gran Mancha Roja, una tormenta masiva de casi el doble del tamaño de la Tierra que ha estado arrasando durante cientos de años. Es parte de un sistema planetario de vientos violentos y espesas nubes que cubren a Júpiter a un ritmo casi constante.
Aunque estas tormentas son visibles desde lejos, lo que hay debajo de ellas sigue siendo en gran medida desconocido. Las nubes de Júpiter son tan densas que la nave espacial Galileo de la NASA perdió contacto con la Tierra en 2003 cuando se hundió en la atmósfera del planeta. Hoy, la misión Juno de la NASA estudia Júpiter desde su órbita y recopila datos desde una distancia segura.
Desde la órbita, los científicos pueden detectar sustancias químicas en la atmósfera superior, como amoníaco, metano, hidrosulfuro de amonio, agua y monóxido de carbono. Los investigadores combinan esas mediciones con reacciones químicas conocidas para comprender qué podría estar sucediendo debajo de las nubes.
Sin embargo, estudios anteriores han llegado a conclusiones contradictorias, especialmente al estimar cuánta agua y oxígeno contiene Júpiter. Yang reconoce que las nuevas técnicas de modelado pueden ayudar a resolver esos desacuerdos.
Una nueva forma de modelar la atmósfera de Júpiter
La atmósfera de Júpiter es un laberinto químico. Las moléculas se mueven entre temperaturas abrasadoras en lo profundo del planeta y regiones más frías en lo alto, cambiando entre diferentes estados y reorganizándose a través de miles de reacciones. Por encima de esto, las nubes y las gotas se forman, se disuelven e interactúan con su entorno.
Para capturar toda esta complejidad, Yang y sus colegas combinaron la química atmosférica con la hidrodinámica en un solo modelo. Este método permite que la simulación rastree simultáneamente reacciones químicas y gases, nubes y gotas.
“Necesitas ambos”, dijo Yang. “La química es importante, pero no incluye el comportamiento de las gotas de agua o las nubes. La hidrodinámica por sí sola simplifica enormemente la química. Por eso, combinarlas es importante”.
Este enfoque combinado no se había detallado hasta este nivel antes y condujo a varias ideas importantes.
Oxígeno, agua y orígenes planetarios.
El modelo produjo una nueva estimación del contenido de oxígeno de Júpiter, indicando nuevamente un valor aproximadamente una vez y media el del Sol. Esto contrasta con un estudio reciente de alto perfil que sugirió que Júpiter podría tener aproximadamente un tercio de oxígeno.
Precisar este número es importante porque el oxígeno juega un papel importante en la formación de planetas. Los elementos que forman los planetas y los seres vivos derivan del Sol, pero sus proporciones pueden variar de un mundo a otro. Estas diferencias proporcionan pistas sobre cómo se formaron los planetas y de dónde vinieron.
Una pregunta abierta es si Júpiter se formó donde orbita actualmente o si se ha desplazado con el tiempo. La mayor parte del oxígeno del planeta está atrapado en el agua, que se comporta de manera muy diferente según la temperatura. Lejos del Sol, el agua se convierte en hielo, que es más fácil de recolectar para los planetas en crecimiento que el vapor de agua.
Comprender esas condiciones no sólo explica el pasado de Júpiter. Esto ayuda a los científicos a predecir qué tipos de planetas podrían formarse alrededor de otras estrellas y cuáles podrían albergar vida.
Una atmósfera más lenta y misteriosa
El modelo también sugiere que la atmósfera de Júpiter circula mucho más lentamente de lo que los científicos creían. El movimiento vertical de los gases parece reducirse drásticamente en comparación con las estimaciones estándar.
“Nuestro modelo sugiere que la expansión debería ser entre 35 y 40 veces más lenta que la estimación estándar”, afirmó Yang. En lugar de atravesar una capa atmosférica en horas, una sola molécula puede tardar semanas.
“Esto realmente muestra cuánto nos queda por aprender sobre los planetas, incluso en nuestro propio sistema solar”, dijo Yang.
Financiamiento: NASA, Laboratorio de Propulsión Caltech-Jet.
