Descubriendo el interior de Júpiter: primeros resultados científicos de Juno

http://danielmarin.naukas.com/2017/05/30/descubriendo-el-interior-de-jupiter-primeros-resultados-cientificos-de-juno/

La sonda Juno fue lanzada hacia Júpiter en 2011 con un objetivo apasionante: descubrir cómo es el interior de Júpiter. Conocer las características del mayor planeta sistema solar no es solo una cuestión fundamental por derecho propio, sino que además nos permitirá desentrañar gran parte de los misterios asociados con la formación del sistema solar e incluso desentrañar el origen los planetas extrasolares alrededor de otras estrellas. Juno llegó a Júpiter el 27 de agosto de 2016 y se situó en una órbita con un perijovio de tan solo 4.000 kilómetros y un apojovio de 8,1 millones de kilómetros (más allá de la órbita de Calisto), con un periodo de 53,5 días. La sonda debía reducir el periodo de su órbita a 14 días para llevar a cabo su misión científica, pero un fallo en el sistema de presurización de helio del motor frustró esta maniobra y Juno se quedará durante el resto de su misión hasta 2021 en la órbita actual. Esto implica que Juno tardará tres años más de lo previsto en conseguir sus objetivos.

Júpiter visto por JunoCam (NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS).
Júpiter visto por JunoCam (NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS).

El equipo de Juno publicó la semana pasada los primeros resultados científicos de la misión a pesar de que la nave solo ha realizado cinco pasos por el perijovio (en realidad los resultados publicados han usado los datos de solo los tres primeros pasos como mucho). ¿Y qué misterios nos ha revelado Juno? De entrada, el principal descubrimiento ha sido darnos cuenta de lo poco que sabemos sobre el interior del mayor planeta del sistema solar.

Empecemos por los datos gravimétricos. No se suele publicitar mucho porque la verdad es que se trata de un tema complicado y además no existen imágenes bonitas que se puedan usar como apoyo, pero el objetivo principal de Juno es analizar la estructura interna de Júpiter a través del experimento de radio. Entonces, ¿ha confirmado Juno que Júpiter tiene un núcleo denso como predecían los modelos tradicionales o que en realidad posee un núcleo borroso de acuerdo con las teorías más recientes? Con solo un par de pasos por el perijovio analizados en profundidad los datos gravimétricos no son ni mucho menos concluyentes, pero todo indica que la hipótesis borrosa va ganando terreno. Es decir, ya podemos dar por obsoletos la mayor parte de modelos e infografías del interior de Júpiter. En vez de tener un gran núcleo estratificado de hielo, roca y metal, el gigante joviano parece poseer un pequeño núcleo sólido en su interior rodeado de una región donde los materiales más densos están mezclados con el hidrógeno y el helio que componen la mayor parte de su masa. Este núcleo difuso podría ocupar desde el 30% al 50% del diámetro del planeta (!).

Resultados preliminares de los datos gravimétricos de Juno comparado con algunos modelos teóricos ().
Resultados preliminares de los datos gravimétricos de Juno comparado con algunos modelos teóricos ().

Cuando dispongamos de los datos de más pasos por el perijovio se podrán analizar los armónicos de orden superior con más detalle y afinar mucho mejor los modelos del interior del planeta. Por el momento solo se han estudiado los armónicos del potencial gravitatorio hasta orden 6 (J6), pero Juno será capaz de analizar armónicos de hasta orden 20 o 30 (como comparación, Cassini solo podrá estudiar el interior de Saturno hasta los armónicos de orden diez durante el transcurso de su misión Gran Final).

Modelo del interior de Juno con un núcleo difuso acorde con los datos de Juno ().
Modelo del interior de Juno con un núcleo difuso acorde con los datos de Juno (Wahl et al.).

Pero, sin duda, la gran sorpresa de la misión y el aspecto más impactante para la opinión pública han sido las imágenes de la modesta cámara JunoCam (la sonda Pioneer 11 ya nos había mostrado el polo norte de Júpiter en los años 70, pero a una distancia diez veces mayor que la de Juno). Como ya hemos comentado en anteriores entradas, gracias a esta cámara hemos podido disfrutar por primera vez de las regiones polares de Júpiter. La principal conclusión es que, por motivos desconocidos, los polos de Júpiter se diferencian dramáticamente de los de Saturno (no hay un hexágono como en Saturno ni un vórtice polar) y, además, el polo norte del planeta es distinto al polo sur. Por encima de las latitudes 70º norte y sur las famosas zonas y cinturones de Júpiter dejan paso a estructuras discretas que destacan sobre un fondo más oscuro que en el resto del planeta. Llaman la atención los numerosos óvalos de color blanco con un diámetro de entre 50 y 2000 kilómetros. Se trata de tormentas (ciclones) que giran en sentido contrario a las agujas del reloj en el hemisferio norte. Sea como sea, estamos ante un espectáculo de la naturaleza que nadie había visto con anterioridad.

Diferencias entre el hemisferio norte y sur de Júpiter según JunoCam (Bolton et al.).
Diferencias entre el hemisferio norte y sur de Júpiter según JunoCam (Bolton et al.).
Vista del polo sur de Júpiter (NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Betsy Asher Hall/Gervasio Robles).
Vista del polo sur de Júpiter (NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Betsy Asher Hall/Gervasio Robles).

Las imágenes de JunoCam han permitido alcanzar una resolución asombrosa en las latitudes ecuatoriales. Tanto que se pueden ver cientos de tormentas con forma de columna que se elevan unos cincuenta kilómetros por encima de la capa de nubes inferior. No está claro si estas nubes están formadas por agua (la capa de nubes intermedia en Júpiter) o amoniaco (la capa más exterior). Puesto que se ve la sombra de estas nubes gigantescas en las imágenes (!) esto significa que somos capaces de atisbar por primera vez la majestuosa estructura tridimensional de la atmósfera de Júpiter.

(NASA/SWRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Sean Doran).
En esta imagen se aprecia la sombra de nubes de agua o amoniaco en el ecuador que se extienden casi 25 kilómetros (NASA/SWRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Sean Doran).
(NASA/SWRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Sean Doran).
Imagen en la que se aprecian las sombras de numerosas nubes que se elevan 50 km por encima de la capa inferior (NASA/SWRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Sean Doran).
Más nubes altas proyectando sombra (NASA/SWRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Sean Doran).
Más nubes altas proyectando sombra (NASA/SWRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Sean Doran).
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Secuencia de imágenes de JunoCam durante un paso por el perijovio (NASA/SWRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Sean Doran).

Pero no solo JunoCam nos ha deleitado con imágenes espectaculares. Incluso el modesto sensor estelar de la sonda (SRU-1) captó una preciosa fotografía de la constelación de Orión con el anillo de Júpiter en primer plano durante el primer paso por el perijovio del 27 de agosto de 2016. Es la primera vez que vemos el anillo de Júpiter casi desde la superficie nubosa del planeta.

El anillo de Júpiter con Orión al fondo visto por el sensor estelar de juno (NASA/JPL-Caltech/SwRI).
El tenue anillo de Júpiter con Orión al fondo visto por el sensor estelar de juno (NASA/JPL-Caltech/SwRI).

Y hablando de amoniaco, el radiómetro de microondas (MWR) también ha deparado sorpresas. Recordemos que este es el segundo instrumento más importante tras el experimento de radio para medidas gravimétricas. MWR tiene como objetivo principal medir la temperatura y la abundancia de amoniaco y agua en la atmósfera de Júpiter, lo que nos sirve para determinar la proporción de oxígeno y nitrógeno del planeta (la sonda Galileo detectó un déficit de agua en la zona de la atmósfera por la que descendió). Pues el caso es que MWR ha detectado que el cinturón ecuatorial de Júpiter se extiende a una gran profundidad, mientras que el resto de zonas y cinturones no se comporta de igual modo. La abundancia de amoniaco presenta, contra todo pronóstico, una enorme variabilidad hasta una profundidad de varios cientos de kilómetros, cuando se esperaba que su distribución bajo las capas de nubes fuese homogénea. Efectivamente, MWR ha podido ver una célula convectiva rica en amoniaco que alcanza una profundidad de unos 300 kilómetros como mínimo.

Variación de la abundancia de amoniaco según el instrumento MWR (en azul zonas con poco amoniaco)  (NASA/JPL-Caltech/SwRI).
Variación de la abundancia de amoniaco según el instrumento MWR (en azul zonas con poco amoniaco) (NASA/JPL-Caltech/SwRI).
(Bolton et al.).
Detalle de los datos de MWR (Bolton et al.).
Perfiles de temperaturas de MWR (Bolton et al.).
Perfiles de temperaturas de MWR (Bolton et al.).

Por otro lado, el instrumento JIRAM nos ha proporcionado una vista única de las regiones calientes de Júpiter. Es cierto que ya hemos podido contemplar imágenes parecidas mediante telescopios infrarrojos terrestres, pero JIRAM ofrece una resolución y un punto de vista excepcionales. Con respecto al misterio de la ‘sequedad’ de la zona por la que descendió la sonda Galileo, JIRAM ha comprobado que la humedad de la atmósfera varía dramáticamente incluso dentro de las zonas calientes (regiones dominadas por aire seco), así que el debate sobre la abundancia de agua en Júpiter con respecto a la media del sistema solar sigue sobre la mesa.

Zonas calientes de Júpiter vistas por JIRAM (NASA/J.E.P. Connerney et al).
Zonas calientes de Júpiter vistas por JIRAM (NASA/J.E.P. Connerney et al).
Detalle de la imagen anterior (NASA/J.E.P. Connerney et al).
Detalle de la imagen anterior (NASA/J.E.P. Connerney et al).

Y, por supuesto, el gigantesco campo magnético de Júpiter tampoco ha defraudado. No en vano estamos hablando del campo magnético más potente del sistema solar tras el Sol. Los magnetómetros de la sonda han descubierto que el campo magnético es dos veces más potente de lo esperado (diez veces más potente que el campo magnético terrestre) y que aparentemente se genera en una zona mucho más cercana a la superficie de lo que se creía. Hasta ahora la hipótesis predominante era que el campo magnético joviano se generaba en la región de hidrógeno metálico, pero los datos de Juno sugieren que podría crearse justo por encima de la frontera entre el hidrógeno molecular y el metálico. Las irregularidades de la magnetosfera son muy llamativas si tenemos en cuenta que Júpiter no posee una corteza que interfiera con las líneas de campo procedentes del interior.

Detalles de la magnetosfera joviana. Se pueden ver las irregularidades en el dipolo (Bolton et al.).
Detalles de la magnetosfera joviana. Se pueden ver las irregularidades en el dipolo (Bolton et al.).

Por último, el instrumento JEDI dedicado a analizar las partículas de la magnetosfera, así como JADE y UVS, dedicados a estudiar las auroras de Júpiter, también han contribuido lo suyo a la orgía de datos. Como botón de muestra, ahí va este vídeo de las auroras australes de Júpiter en el que se aprecia la huella magnética de Ío:

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Iones detectados en la magnetosfera de Júpiter (Connerney et al.).
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Partículas e intensidad de la magnetosfera de Júpiter según Juno (Connerney et al.).

A Juno le queda todavía mucha misión por delante, pero solo con los escasos datos recibidos ya es más que suficiente para dejarnos aturdidos ante tanta maravilla. Quien pensase que ya conocíamos casi todos los secretos de Júpiter estaba muy equivocado. El mayor planeta del sistema solar es todavía más fascinante de lo que imaginábamos.

Referencias:

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