Los coloridos cinturones de Júpiter están siendo perturbados por tormentas

Imagen de ALMA que muestra la distribución de gas amoniaco debajo de la capa de nubes de Júpiter. Crédito: imagen de ALMA por I. de Pater y S. Dagnello.

Las nubes de tormenta arraigadas en lo profundo de la atmósfera de Júpiter están afectando a las zonas blancas y los cinturones de colores del planeta, creando perturbaciones en su flujo e incluso cambiando su color.

Gracias a las observaciones coordinadas del planeta en enero de 2017 por seis telescopios ópticos y de radio terrestres y el telescopio espacial Hubble de la NASA, una astrónoma de la Universidad de California, Berkeley y sus colegas han podido rastrear los efectos de estas tormentas, visibles como penachos brillantes sobre las nubes de hielo de amoníaco del planeta, en los cinturones en los que aparecen.

En última instancia, las observaciones ayudarán a los científicos planetarios a comprender la compleja dinámica atmosférica en Júpiter, que, con su Gran Mancha Roja y sus coloridas bandas como a modo de tarta, lo convierten en uno de los planetas gaseosos gigantes más hermosos y cambiantes del sistema solar.

Un primer plano de los dos penachos blancos brillantes (centro) en el Cinturón Ecuatorial Sur de Júpiter y una gran perturbación aguas abajo a su derecha. Crédito: Imagen de Imke de Pater, UC Berkeley; Robert Sault, Universidad de Melbourne; Chris Moeckel, UC Berkeley; Michael Wong, UC Berkeley; Leigh Fletcher, Universidad de Leicester.

Uno de estos penachos fue percibido por el astrónomo aficionado Phil Miles en Australia unos días antes de las primeras observaciones del Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) en Chile, y las fotos capturadas una semana después por Hubble mostraron que el penacho había generado un segundo penacho. y dejó una perturbación río abajo en la banda de nubes, el Cinturón Ecuatorial del Sur. Los penachos crecientes luego interactuaron con los poderosos vientos de Júpiter, que extendieron las nubes al este y al oeste desde su punto de origen.

Tres meses antes, se vieron cuatro puntos brillantes ligeramente al norte del Cinturón Ecuatorial del Norte. Aunque esos penachos habían desaparecido en 2017, el cinturón se había ensanchado hacia el norte y su borde norte había cambiado de color de blanco a marrón anaranjado.

Una imagen de radio de Júpiter capturada por el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA). En estas longitudes de onda, las bandas brillantes indican altas temperaturas y corresponden a los cinturones marrones en las imágenes visibles. Las bandas oscuras, que se llaman zonas y generalmente son blancas en luz visible, son áreas de bajas temperaturas o regiones opacas en la atmósfera de Júpiter. Estas imágenes registran nubes de 40 a 50 kilómetros debajo de la capa superior de nubes del planeta. Crédito: imagen de ALMA por Imke de Pater, UC Berkeley, Robert Sault, Universidad de Melbourne.

"Si estos penachos son vigorosos y continúan teniendo eventos convectivos, pueden perturbar una de estas bandas enteras con el tiempo, aunque puede llevar algunos meses", dijo el líder del estudio Imke de Pater, profesora emergente de astronomía de UC Berkeley. "Con estas observaciones, vemos un penacho en progreso y las secuelas de los demás".

El análisis de los penachos respalda la teoría de que se originan a unos 80 kilómetros debajo de las cimas de las nubes en un lugar dominado por nubes de agua líquida. Un artículo que describe los resultados ha sido aceptado para su publicación en el Astronomical Journal y ahora está en línea.

En la estratosfera

La atmósfera de Júpiter es principalmente hidrógeno y helio, con pequeñas cantidades de metano, amoníaco, sulfuro de hidrógeno y agua. La capa superior de nubes está hecha de hielo de amoníaco y comprende los cinturones marrones y las zonas blancas que vemos a simple vista. Debajo de esta capa de nubes exterior se encuentra una capa de partículas sólidas de hidrosulfuro de amonio. Aún más profundo, a unos 80 kilómetros debajo de la capa superior de nubes, hay una capa de gotas de agua líquida.

La visión de ALMA de Júpiter en las longitudes de onda de radio (arriba) y la vista del Telescopio Espacial Hubble en luz visible (abajo). La erupción en el Cinturón Ecuatorial Sur es visible en ambas imágenes: un punto oscuro en la radio, un punto brillante en visible. Crédito: imagen de ALMA por Imke de Pater y S. Dagnello; Imagen del Hubble por la NASA.

Las nubes de tormenta que estudiaron Pater y su equipo aparecen en los cinturones y zonas como penachos brillantes y se comportan como las nubes de cumulonimbos que preceden a las tormentas eléctricas en la Tierra. Las nubes de tormenta de Júpiter, como las de la Tierra, a menudo van acompañadas de rayos.

Sin embargo, las observaciones ópticas no pueden ver debajo de las nubes de amoníaco, por lo que De Pater y su equipo han estado investigando más profundamente con radiotelescopios, incluido ALMA y también el Very Large Array (VLA) en Nuevo México, operado por la Fundación Nacional de Ciencias. Observatorio Nacional de Radioastronomía.

Las primeras observaciones de la matriz de ALMA de Júpiter fueron entre el 3 y el 5 de enero de 2017, unos días después de que los astrónomos aficionados vieran una de estas plumas brillantes en el Cinturón Ecuatorial del Sur del planeta. Una semana después, Hubble, el VLA, los observatorios Gemini, Keck y Subaru en Hawai y el Very Large Telescope (VLT) en Chile capturaron imágenes en los rangos visible, de radio y de infrarrojo medio.

De Pater combinó las observaciones de radio de ALMA con los otros datos, centrados específicamente en la tormenta recién preparada que atravesó las nubes de hielo de amoníaco de la cubierta superior.

Los datos mostraron que estas nubes de tormenta alcanzaron la altura de la tropopausa, la parte más fría de la atmósfera, donde se extendieron de manera muy similar a las nubes de cumulonimbos en forma de yunque que generan rayos y truenos en la Tierra.

"Nuestras observaciones con el ALMA son las primeras en mostrar que se generan altas concentraciones de gas amoniaco durante una erupción energética", dijo de Pater.

Las observaciones son consistentes con una teoría, llamada convección húmeda, sobre cómo se forman estos penachos. Según esta teoría, la convección trae una mezcla de amoníaco y vapor de agua lo suficientemente alto, a unos 80 kilómetros por debajo de las nubes, para que el agua se condense en gotas líquidas. El agua condensada libera calor que expande la nube y la impulsa rápidamente hacia arriba a través de otras capas de nubes, rompiendo finalmente las nubes de hielo de amoníaco en la parte superior de la atmósfera.

El impulso de la columna transporta la nube de amoníaco sobreenfriada por encima de las nubes de hielo de amoníaco existentes hasta que se congela, creando un penacho blanco y brillante que se destaca contra las coloridas bandas que rodean a Júpiter.

"Tuvimos mucha suerte con estos datos, porque fueron tomados solo unos días después de que los astrónomos aficionados encontraron un penacho brillante en el Cinturón Ecuatorial del Sur", dijo de Pater. "Con ALMA, observamos todo el planeta y vimos ese penacho, y dado que ALMA sondea debajo de las capas de nubes, en realidad pudimos ver lo que sucedía debajo de las nubes de amoníaco".

Hubble tomó imágenes una semana después de ALMA y capturó dos puntos brillantes separados, lo que sugiere que los penachos se originan en la misma fuente y son transportadas hacia el este por la corriente en chorro a gran altitud, lo que lleva a grandes perturbaciones vistas en el cinturón.

Una ilustración de "convección húmeda" en la atmósfera de Júpiter muestra un penacho ascendente que se origina a unos 80 kilómetros debajo de la cima de las nubes, donde la presión es cinco veces mayor que en la Tierra (5 bar), y se eleva a través de regiones donde el agua se condensa, se forma hidrosulfuro de amonio y amoníaco. se congela como hielo, justo debajo del lugar más frío de la atmósfera, la tropopausa. Crédito: Adaptación de la ilustración de Leigh Fletcher, Universidad de Leicester.

Casualmente, tres meses antes, se habían observado penachos brillantes al norte del Cinturón Ecuatorial del Norte. Las observaciones de enero de 2017 mostraron que ese cinturón se había expandido en ancho, y la banda donde se habían visto las plumas primero pasó de blanco a naranja. De Pater sospecha que la expansión hacia el norte del Cinturón Ecuatorial del Norte es el resultado del gas de los penachos agotados con amoníaco que vuelven a la atmósfera más profunda.

El colega y coautor de De Pater, Robert Sault, de la Universidad de Melbourne en Australia, utilizó un software informático especial para analizar los datos de ALMA para obtener mapas de radio de la superficie que son comparables a las fotos de luz visible tomadas por Hubble.

"La rotación de Júpiter una vez cada 10 horas generalmente difumina los mapas de radio, porque estos mapas tardan muchas horas en observarse", dijo Sault. "Además, debido al gran tamaño de Júpiter, tuvimos que 'escanear' el planeta, para poder hacer un gran mosaico al final. Desarrollamos una técnica para construir un mapa completo del planeta".

Fuente: Universidad de California en Berkeley,