Atmósfera de Júpiter
Al observar al planeta Júpiter con un telescopio, lo que vemos es el comportamiento de la alta atmósfera del planeta. En el mismo se detallan (generalmente) dos grandes bandas (llamadas Banda Ecuatorial Norte y Sur, respectivamente) y una serie bandas menores, las cuales evidencian las tumultuosas corrientes de vientos que se producen en el planeta.
Júpiter ante el telescopio. En la fotografía se observan las bandas de vientos en el planeta. Crédito: Jacinto Artigas. Caracas 2020.
Las corrientes y contracorrientes de vientos existentes en la atmósfera de Júpiter hacen que se definan bandas, las cuales poseen una persistencia en su permanencia. Mientras algunas poseen cientos de años de existencia, otras aparecen y desaparecen con gran rapidez, como la Banda Ecuatorial Sur, que ha desaparecido en varias ocasiones. Su atmósfera son turbulentas corrientes de nubes de hielo de amoniaco que al encontrarse con zonas de más baja velocidad, constituyen bandas y óvalos, que le dan la apariencia característica al planeta.
Dirección de las corrientes principales de vientos en Júpiter.
Identificación de las bandas en Júpiter.
Estas bandas se forman por el ascenso de corrientes cálidas, descenso de corrientes frías, y por la intervención de la fuerza de Coriolis, que desvía las trayectorias de las corrientes hacia un costado. El efecto de Coriolis se produce por la rotación del planeta, y en Júpiter, esta fuerza es mucho mayor que en la Tierra, ya que el planeta gira más rápido (9 horas 55 minutos 40 segundos).
Explicación al origen de las distintas bandas en Júpiter.
Júpiter experimenta patrones climáticos violentos. Las velocidades del viento de 100 m/s (360 km/h) son comunes en los chorros zonales, y pueden alcanzar hasta 620 km/h. Las tormentas forman inmensos óvalos y se desarrollan en cuestión de horas. Estas tormentas pueden adquirir miles de kilómetros de diámetro en el lapso de una noche joviana. Una tormenta, la Gran Mancha Roja, es la más icónica de todas las existentes en Júpiter. Fue observada por primera vez por Giovanni Cassini en 1664 y todavía persiste en la Banda Ecuatorial Sur del planeta. Sin embargo, en los últimos años, la misma ha variado su coloración, haciéndose más o menos roja, y disminuido su tamaño.
En el año 2021, haciendo uso del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), situado en Argentina, los astrónomos lograron medir directamente los vientos en la atmósfera media de Júpiter en la Banda Templada Sur Sur, SSTB (South South Temperate Belt). Para ello aprovecharon los vestigios que dejó en la atmósfera la colisión del cometa Shoemaker-Levy 9 en julio del año 1994. Las mediciones arrojaron resultados inesperados, en donde la velocidad de los vientos en esta banda alcanzó los 1.450 kilómetros por hora.
La Gran Mancha Roja de Júpiter. Este extraordinario huracán es un inmenso ovalo de alta presión compuesto por nubes más frías y altas que su entorno que tiene una extensión de 12.000 x 25.000 Km. En su interior se podrían alojar hasta dos planetas Tierra. Crédito: Galileo, NASA.
Evolución de la GMR. Sobre una misma imagen de Júpiter, se ha dibujado el tamaño reportado de la GMR hace cerca de 130 años. Crédito: Sky and Telescope.
Achicamiento de la GMR. Crédito: Sky and Telescope.
Júpiter está perpetuamente cubierto de nubes compuestas de cristales de amoníaco y posiblemente hidrosulfuro de amonio. Estas nubes están ubicadas en la troposfera y están dispuestas en bandas de diferentes latitudes, conocidas como "regiones tropicales". La capa de nubes tiene solo unos 50 km de profundidad y consta de al menos dos cubiertas de nubes: una cubierta inferior gruesa y una región más clara y delgada.
También puede haber una capa delgada de nubes de agua debajo de la capa de amoníaco, como lo demuestran los relámpagos detectados en la atmósfera de Júpiter, que serían causados por la polaridad del agua creando la separación de carga necesaria para los rayos. Las observaciones de estas descargas eléctricas indican que pueden ser hasta mil veces más potentes que las observadas aquí en la Tierra.
La atmósfera se desplaza, para latitudes inferiores a los 30°, a una velocidad de 40 m/s (144 Km/h), mientras que para latitudes superiores a los 30°, alcanzan los 140 m/s (504 Km/h). Dentro de la Gran Mancha Roja, mediciones realizadas por astrónomos, haciendo uso del Telescopio Espacial Hubble entre los años 2009 y 2020, han permitido determinar dos bandas internas dentro de la Gran Mancha, y velocidades que alcanzan los 644 k/h.
Vientos en el interior de la GMR. La banda externa se desplaza a unos 644 k/h. La zona interior, mas calmada se desplaza con velocidades equivalentes al entorno de este extraordinario ciclón.
En varias ocasiones, la Banda Ecuatorial Sur se ha desvanecido en cuestión de días, reponiéndose posteriormente. Semejante evento denota lo extraordinariamente dinámico de la atmósfera joviana. Las causas que producen este fenómeno todavía está siendo estudiado por los astrónomos.
Desaparición de la Banda Ecuatorial Sur de Júpiter.
Reporte de la desaparición de la Banda Sur de Júpiter. 24 de febrero de 1992.
Crédito: Ricardo Moreno, Jesús Guerrero. ALDA.
La atmósfera superior de Júpiter está compuesta por aproximadamente 88–92% de hidrógeno, 8–12% de helio y trazas de metano, vapor de agua, amoníaco, y compuestos con base de silicio, así como pequeños rastros de benceno y otros hidrocarburos. Hay también trazos de carbono, etano, sulfuro de hidrógeno, neón, oxígeno, fosfina y azufre. También se han observado cristales helados de amoníaco en la capa extrema de la atmósfera. En masa se calcula una relación de 75% de hidrógeno y 24% de helio. La presión supera ampliamente los 1.000 bars.
El flujo de materia en las bandas atmosféricas de Júpiter rompen con la distribución de masa del planeta. Aprovechando esta circunstancia, los instrumentos Doppler a bordo de la sonda espacial Juno lograron medir una asimetría existente en el campo magnético del planeta, provocada por los flujos internos en la atmosfera baja de Júpiter. Tal asimetría permitió a los investigadores a establecer que los jets (o corrientes) que se desplazan en dirección Este - Oeste en el planeta poseen una profundidad de 3.000 kilómetros.
El interior del planeta casi rota como un cuerpo rígido. La rotación diferencial que se observa en la atmósfera alta del planeta disminuye apreciablemente a medida que se profundiza de Júpiter. Los investigadores han establecido que esta circunstancia se debe a que la profundidad de las zonas de flujo atmosférico del planeta van entre los 2.000 y 3.500 kilómetros de profundidad, alcanzando un punto en donde se incrementa la conductividad eléctrica, que comienza a suprimir la rotación diferencial de Júpiter.
La atmósfera de Júpiter es descomunal. Constituye aproximadamente el 1 % del total de la masa planetaria. Comparada con la atmósfera de la Tierra (que apenas es una millonésima parte de la masa planetaria), la misma es mucho más de lo esperado por los científicos. El desplazamiento de esta inmensa masa - equivalente a 3 planetas Tierra - a velocidades de decenas y centenas de metros por segundo, introducen fenómenos a nivel planetario, que todavía se encuentran bajo estudio.
Campo Magnético – magnetosfera.
Además de ser el gigante gaseoso más grande del Sistema Solar, Júpiter posee el mayor campo magnético. Su intensidad es más de 10 veces el de la Tierra, conteniendo más de 20.000 veces su energía. La magnetosfera de Júpiter es la estructura de mayor tamaño en el Sistema Solar, extendiéndose más de 650 millones de km, abarcando incluso a la órbita de Saturno.
Una particularidad que posee el campo magnético de Júpiter es que se encuentra inclinado 10° con respecto al eje de giro del planeta.
Emisiones de radio de Júpiter. El radio eje se encuentra inclinado 10° con respecto al eje de giro del planeta.
Extensión del campo magnético de Júpiter.
Al igual que la Tierra, Júpiter experimenta auroras cerca de sus polos norte y sur. Pero en Júpiter, la actividad auroral es mucho más intensa y rara vez se detiene. La intensa radiación, el campo magnético de Júpiter y la abundancia de material de los volcanes de Io que reaccionan con la ionosfera de Júpiter crean un espectáculo de luces que es realmente espectacular.
Auroras en Júpiter. Crédito: HST, NASA.
La principal peculiaridad de Júpiter radica en que este planeta emite más energía de la que recibe del Sol, por lo que se supone que dentro del mismo se llevan a cabo procesos de fusión de hidrógeno en deuterio que son la fuente de esta energía. Por esta razón algunos astrónomos han dicho que Júpiter es una estrella frustrada: no tuvo la masa necesaria para encenderse como tal.