Cómo un científico de la NASA mira en las profundidades de la gran mancha roja para encontrar agua en Júpiter

Esta visualización fue creada a partir de imágenes capturadas por la nave espacial Juno de la NASA, que ha estado estudiando a Júpiter desde que llegó allí el 4 de julio de 2016. Crédito: NASA / JPL / SwRI.

Durante siglos, los científicos han trabajado para comprender la composición de Júpiter. No es de extrañar: este misterioso planeta es, con mucho, el más grande de nuestro sistema solar y, químicamente, el más cercano al Sol. Comprender a Júpiter es la clave para aprender más sobre cómo se formó nuestro sistema solar, e incluso sobre cómo se desarrollan otros sistemas solares. 

Pero una pregunta crítica ha atormentado a los astrónomos durante generaciones: ¿hay agua en las profundidades de la atmósfera de Júpiter, y si es así, ¿cuánta? 

Gordon L. Bjoraker , un astrofísico en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, informó en un artículo reciente en el Astronomical Journal que él y su equipo han acercado a la comunidad de investigación joviana a la respuesta. 

Al mirar desde telescopios terrestres a longitudes de onda sensibles a la radiación térmica que se filtra desde las profundidades de la tormenta persistente de Júpiter , la Gran Mancha Roja, detectaron las firmas químicas del agua sobre las nubes más profundas del planeta. La presión del agua, concluyeron los investigadores, combinada con sus mediciones de otro gas portador de oxígeno, el monóxido de carbono, implica que Júpiter tiene de 2 a 9 veces más oxígeno que el Sol. Este hallazgo respalda modelos teóricos y de simulación computarizada que han pronosticado agua abundante (H2 O) en Júpiter hecha de oxígeno (O) unida al hidrógeno molecular (H2). 

Imagen obtenida por la Voyager 1 de la Gran Mancha Roja de Júpiter. La tormenta ovalada en blanco tiene aproximadamente el diámetro de la Tierra. Crédito: NASA, Caltech/JPL.

La revelación fue conmovedora dado que el experimento del equipo podría haber fallado fácilmente. La Gran Mancha Roja está llena de densas nubes, lo que dificulta la salida de la energía electromagnética y enseña a los astrónomos cualquier cosa sobre la química interna. 

"Resulta que no son tan gruesas para que que bloquean nuestra capacidad de ver profundamente", dijo Bjoraker. "Esa ha sido una agradable sorpresa". 

La nueva tecnología espectroscópica y la pura curiosidad le dieron al equipo un impulso para espiar en lo más profundo de Júpiter, que tiene una atmósfera a miles de millas de profundidad, Bjoraker dijo: "Pensamos, bueno, veamos qué hay ahí fuera". 

Los datos recopilados por Bjoraker y su equipo complementarán la información que la nave espacial Juno de la NASA está recolectando mientras circula alrededor del planeta de norte a sur una vez cada 53 días. 

Esta animación lleva al espectador a un vuelo simulado hacia y desde la atmósfera superior de Júpiter en la ubicación de la Gran Mancha Roja. Fue creado combinando una imagen de la cámara JunoCam en la nave espacial Juno de la NASA con una animación generada por computadora. La perspectiva comienza a unas 2.000 millas (3.000 kilómetros) por encima de las nubes del hemisferio sur del planeta. La barra en el extremo izquierdo indica la altitud durante el descenso rápido; un segundo medidor al lado muestra el aumento dramático en la temperatura que ocurre a medida que la perspectiva se sumerge más profundamente hacia abajo. Las nubes se vuelven carmesís cuando la perspectiva pasa a través de la Gran Mancha Roja. Finalmente, la vista asciende fuera del lugar. Créditos: NASA / JPL.

Entre otras cosas , Juno está buscando agua con su propio espectrómetro infrarrojo y con un radiómetro de microondas que puede sondear más profundo de lo que nadie ha visto: hasta 100 bares, o 100 veces la presión atmosférica en la superficie de la Tierra. (La altitud en Júpiter se mide en bares, que representan la presión atmosférica, ya que el planeta no tiene una superficie, como la Tierra, desde la cual medir la elevación). 

Si Juno arroja resultados de agua similares, respaldando así la técnica basada en tierra de Bjoraker, podría abrir una nueva ventana para resolver el problema del agua, dijo Amy Simon , una experta en atmósferas planetarias de Goddard . 

"Si funciona, entonces tal vez podamos aplicarlo en otro lugar, como Saturno, Urano o Neptuno, donde no tenemos un Juno", dijo. 

Juno es la última nave espacial encargada de encontrar agua, probablemente en forma de gas, en este gigantesco planeta gaseoso. 

El agua es una molécula importante y abundante en nuestro sistema solar. Engendró vida en la Tierra y ahora lubrica muchos de sus procesos más esenciales, incluido el clima. También es un factor crítico en el clima turbulento de Júpiter y en determinar si el planeta tiene un núcleo hecho de roca y hielo. 

Se cree que Júpiter es el primer planeta que se formó mediante el desvío de los elementos que quedaron de la formación del Sol cuando nuestra estrella se fusionó de una nebulosa amorfa en una bola ardiente de gases que vemos hoy. Una teoría ampliamente aceptada hasta hace varias décadas era que Júpiter era idéntico en composición al Sol; una bola de hidrógeno con un toque de helio, todo gas, sin núcleo. 

Pero aumenta la evidencia de que Júpiter tiene un núcleo, posiblemente 10 veces la masa de la Tierra. La nave espacial que previamente visitó el planeta encontró evidencia química de que formó un núcleo de roca y hielo de agua antes de mezclarse con los gases de la nebulosa solar para formar su atmósfera. La forma en que la gravedad de Júpiter tira de Juno también respalda esta teoría. Incluso hay relámpagos y truenos en el planeta, fenómenos alimentados por la humedad. 

"Las lunas que orbitan a Júpiter son en su mayoría hielo de agua, por lo que todo el vecindario tiene mucha agua", dijo Bjoraker. "¿Por qué el planeta, que es un pozo gravitatorio donde todo cae, no podría ser rico en agua también?" 

La cuestión del agua ha dejado perplejos a los científicos planetarios; Prácticamente cada vez que se materializa la evidencia de H2 O, sucede algo que nos aleja del rastro Un ejemplo favorito entre los expertos de Júpiter es la nave espacial Galileo de la NASA, que lanzó una sonda a la atmósfera en 1995 que terminó en una región inusualmente seca. "Es como enviar una sonda a la Tierra, aterrizar en el desierto de Mojave y concluir que la Tierra está seca", señaló Bjoraker. 

En su búsqueda de agua, Bjoraker y su equipo utilizaron datos de radiación recopilados de la cumbre de Maunakea en Hawái en 2017. Ellos confiaron en el telescopio infrarrojo más sensible de la Tierra en el Observatorio WM Keck, y también en un nuevo instrumento que puede detectar una gama más amplia de gases en la Instalación del Telescopio Infrarrojo de la NASA. 

La Gran mancha roja es el parche oscuro en el medio de esta imagen infrarroja de Júpiter. Está oscuro debido a las gruesas nubes que bloquean la radiación térmica. La franja amarilla denota la porción de la Gran Mancha Roja utilizada en el análisis del astrofísico Gordon L. Bjoraker. Créditos de la imagen: Goddard Space Flight Center de la NASA / Gordon Bjoraker.

La idea era analizar la energía lumínica emitida a través de las nubes de Júpiter para identificar las altitudes de sus capas de nubes. Esto ayudaría a los científicos a determinar la temperatura y otras condiciones que influyen en los tipos de gases que pueden sobrevivir en esas regiones. 

Los expertos en atmósfera planetaria esperan que haya tres capas de nubes en Júpiter: una capa inferior hecha de agua helada y agua líquida, una capa intermedia hecha de amoníaco y azufre, y una capa superior hecha de amoníaco. 

Para confirmar esto a través de observaciones en tierra, el equipo de Bjoraker observó las longitudes de onda en el rango infrarrojo de la luz donde la mayoría de los gases no absorben el calor, permitiendo que las firmas químicas se filtren. Específicamente, analizaron los patrones de absorción de una forma de gas metano. Debido a que Júpiter está demasiado caliente para que el metano se congele, su abundancia no debería cambiar de un lugar a otro en el planeta. 

"Si ves que la fuerza de las líneas de metano varía de adentro hacia afuera de la Gran Mancha Roja, no es porque haya más metano aquí que allí", dijo Bjoraker, "es porque hay nubes más gruesas y profundas que están bloqueando la radiación en la Gran Mancha Roja ". 

El equipo de Bjoraker encontró evidencia de las tres capas de nubes en la Gran Mancha Roja, apoyando modelos anteriores. La capa de nubes más profunda está en 5 bares, concluyó el equipo, justo donde la temperatura alcanza el punto de congelación del agua, dijo Bjoraker, "así que digo que es muy probable que encontremos una nube de agua". La ubicación de la nube de agua, más la cantidad de monóxido de carbono que los investigadores identificaron en Júpiter, confirma que Júpiter es rico en oxígeno y, por lo tanto, en agua. 

La técnica de Bjoraker ahora necesita ser probada en otras partes de Júpiter para tener una idea completa de la abundancia global de agua, y sus datos cuadrados con los hallazgos de Juno. 

Fuente: NASA, Wikipedia,