Los rayos de Júpiter pueden ser 100 veces más poderosos que los de la Tierra

Utilizando datos de la nave espacial Juno de la NASA, investigadores de la Universidad de California en Berkeley descubrieron que algunos de los rayos de Júpiter pueden ser 100 veces más fuertes y posiblemente más intensos que los rayos de la Tierra.

El radiómetro de microondas de Juno, un instrumento que ha estado estudiando la atmósfera de Júpiter desde que la nave entró en órbita alrededor del planeta gigante en 2016. Este instrumento puede detectar emisiones de radio producidas por rayos, así como interferencias de radio causadas por tormentas en la Tierra. Las microondas ocupan el extremo de alta frecuencia del espectro radioeléctrico.

La investigación se publica en la revista. avance de la AGU.

¿Por qué las tormentas de Júpiter son tan extremas?

El autor principal, Michael Wang, científico planetario del Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de California en Berkeley, dijo que estudiar las tormentas en otros planetas podría ayudar a los científicos a comprender mejor el clima de la Tierra.

“Hay muchas cosas que no sabemos sobre los rayos en la Tierra”, dijo Wong.

En los últimos años, los investigadores han identificado varios fenómenos eléctricos inusuales asociados con tormentas eléctricas en la Tierra. Estos “eventos luminosos transitorios” (TLE) ocurren por encima de las tormentas e incluyen duendes, chorros, halos y ELVE.

En Júpiter, los rayos proporcionan información sobre la convección, el proceso que mueve el calor a través de la atmósfera.

“La convección funciona de manera un poco diferente en la Tierra y en Júpiter porque Júpiter tiene una atmósfera dominada por hidrógeno, por lo que el aire húmedo es más pesado y más difícil de elevar”, explicó Wang.

La atmósfera de la Tierra está compuesta principalmente de nitrógeno, que es más pesado que el vapor de agua. Eso significa que el aire húmedo de la Tierra se eleva más fácilmente. En Júpiter, sin embargo, el aire húmedo es más pesado, por lo que las tormentas requieren mucha más energía para ascender a través de la atmósfera. Una vez que lo hacen, pueden liberar grandes cantidades de energía, creando fuertes vientos y relámpagos a partir de nubes poderosas.

La nave espacial Juno de la NASA mide los rayos de Júpiter

Casi todas las naves espaciales que han visitado Júpiter han detectado rayos. Los destellos brillantes destacan claramente en el lado oscuro del planeta, lo que los hace relativamente fáciles de detectar.

Misiones anteriores habían sugerido que los rayos de Júpiter eran excepcionalmente fuertes porque sólo podían detectar destellos brillantes. Pero Juno luego complicó esa imagen cuando su cámara de seguimiento de estrellas altamente sensible reveló destellos mucho más débiles que los relámpagos en la Tierra.

Según Wong, un desafío de las observaciones en luz visible es que las nubes pueden ocultar algunos destellos, lo que dificulta determinar su verdadero brillo.

El radiómetro de microondas de Juno ofrece una mejor manera de estimar la fuerza de los rayos porque las señales de microondas pueden atravesar las nubes. Aunque el instrumento no fue diseñado específicamente para estudiar rayos, puede detectar emisiones de microondas de tormentas cercanas.

Aun así, la atmósfera de Júpiter presentaba otro desafío. Las tormentas a menudo estallan simultáneamente en el cinturón de nubes gigantes que rodea el planeta, lo que dificulta determinar qué tormenta produjo cada señal.

Wong compara el problema con escuchar ruidos de estallidos en un desfile del Año Nuevo chino, sin saber si se trata de palomitas de maíz cercanas o fuegos artificiales que vienen desde lejos.

Supertormentas “sigilas” en Júpiter

Los científicos finalmente tuvieron un respiro en 2021 y 2022 cuando la actividad de las tormentas disminuyó temporalmente en el cinturón ecuatorial norte de Júpiter. Esto permitió a Wang y su equipo centrarse en tormentas aisladas a la vez.

Utilizando observaciones del Telescopio Espacial Hubble, las cámaras a bordo de Juno e incluso imágenes capturadas por astrónomos aficionados, el equipo identificó la ubicación de varias tormentas inusuales conocidas como supertormentas “furtivas”.

Al igual que las supertormentas más grandes de Júpiter, estos sistemas duran meses y cambian drásticamente los patrones de las nubes circundantes. Sin embargo, sus torres de nubes tenían una altura relativamente modesta.

“Como teníamos una ubicación precisa, podíamos simplemente decir: ‘Está bien, sabemos dónde está. Estamos midiendo la energía directamente'”, dijo Wong.

Durante este período de calma, Juno pasó 12 veces sobre tormentas aisladas. En cuatro sobrevuelos, la nave espacial se acercó lo suficiente como para medir las señales de microondas de los rayos.

Los científicos registraron un promedio de tres relámpagos por segundo durante este paso. Sólo en un encuentro, Juno detectó 206 pulsos de microondas separados.

De los 613 pulsos medidos, el equipo estimó que el rayo era más de 100 veces más fuerte que el de la Tierra.

Wong señaló que todavía hay incertidumbres en la comparación porque los rayos en Júpiter y la Tierra se midieron en diferentes longitudes de onda de radio. Un estudio anterior incluso sugirió que los rayos de Júpiter podrían ser un millón de veces más poderosos que los de la Tierra.

¿Qué tan fuertes son los rayos de Júpiter?

Determinar la potencia total de un rayo es complicado, dijo la coautora Ivana Kolmasova, astrofísica de la Universidad Carolina de Praga, República Checa, y miembro de la Academia Checa de Ciencias.

Los rayos liberan energía en múltiples formas, incluidas ondas de radio, luz, calor, sonido y reacciones químicas.

En la Tierra, un rayo típico libera aproximadamente 1 gigajulio de energía, o mil millones de julios. Esta electricidad es suficiente para abastecer a unos 200 hogares durante una hora.

Wong estima que los rayos en Júpiter pueden liberar entre 500 y 10.000 veces más energía que los rayos en la Tierra.

El misterio detrás de los rayos de Júpiter

Los investigadores creen que los rayos de Júpiter son similares a los de la Tierra. El vapor de agua ascendente se condensa en gotas y cristales de hielo que se cargan eléctricamente, creando eventualmente grandes diferencias de voltaje dentro de la nube o entre la nube y el suelo.

En la Tierra, las tormentas suelen estar asociadas con granizo. En Júpiter, los científicos creen que las tormentas pueden crear objetos helados parecidos a aguanieve llamados “mashballs”, cuando se combinan agua y amoníaco.

Incluso con el nuevo descubrimiento, los investigadores aún no comprenden completamente por qué los rayos de Júpiter pueden ser tan poderosos.

“Aquí es donde los detalles empiezan a ser interesantes, donde uno puede preguntarse: ‘¿Podría la diferencia principal ser la atmósfera de hidrógeno versus nitrógeno, o podría ser que las tormentas en Júpiter son más largas y, por lo tanto, involucran distancias mayores?'”, dijo Wong.

Las tormentas en Júpiter pueden alcanzar alturas de más de 100 km, en comparación con los aproximadamente 10 km de las tormentas en la Tierra.

“¿O podría ser que haya más energía disponible porque con la convección húmeda en Júpiter, se necesita más calor antes de que se puedan formar tormentas que produzcan rayos?” añadió. “Esta es un área de investigación activa”.

Los coautores de Wang incluyeron al becario postdoctoral de Berkeley Ramankumar Shankar, junto con investigadores de Estados Unidos, República Checa y Japón. La investigación fue apoyada por la NASA (80NSSC19K1265, 80NSSC25K0362).