Las nubes de tormentas situadas en las profundidades de la atmósfera de Júpiter afectan a las zonas blancas y a las coloridas bandas, creando distorsiones en como fluyen, e incluso cambiando su color.
Gracias a observaciones coordinadas del planeta en Enero de 2017 de seis radiotelescopios y telescopios ópticos terrestres, y del telescopio espacial Hubble, un astrónomo de Berkeley, Universidad de California, y sus colegas han sido capaces de monitorizar los efectos de estas tormentas -- visible como blancos penachos sobre las nubes de amoniaco heladas del planeta -- en las bandas en las que aparecen.
Las observaciones ayudarán finalmente a los científicos planetarios a entender la compleja dinámica atmosférica de Júpiter, con su Gran mancha Roja y sus sus coloridas bandas, que lo convierten en el más bello y cambiante planeta gigante gaseoso del sistema solar.
Uno de esos penachos fue observado por el astrónomo aficionado Phil Miles en Australia pocos días antes de las primeras observaciones en el Atacama Large Millimiter/Submillimiter Array (ALMA) en Chile, y las fotos tomadas por el Hubble una semana después mostraba que del penacho había surgido otro y dejado una corriente de distorsión en la banda de nubes, el Cinturón Sur Ecuatorial,. Los penachos ascendentes entonces interactuaron con los fuertes vientos de Júpiter, lo que comprimió las nubes al este y oeste de su punto de origen.
Tres meses antes, cuatro manchas brillantes fueron vistas hacia el norte del Cinturón Norte Ecuatorial. Aunque esos penachos habían desaparecido en 2017, el cinturón se había expandido desde entonces hacia el norte, y su límite norte había cambiado de color desde el blanco a un marrón anaranjado.
"Si estos penachos son lo suficientemente fuertes y continuos como para tener sucesos convectivos, pueden distorsionar una de esas bandas por completo con el tiempo, aunque llevaría unos meses", dice el director del estudio Imke de Pater, profesor emérito de astronomía en la UC Berkeley. "Con estas observaciones vemos un penacho end esarrollo y los efectos posteriores de otros".
El análisis de los penachos apoya la teoría de que se originan unos 80km por debajo de las nubes superiores, en un lugar dominado por la nubes de agua líquida. Un artículo describiendo los resultados ha sido aceptado para su publicación Astronomical Journal y está disponible online.
En la estratosfera
La atmósfera de Júpiter está compuesta principalmente de hidrógeno y helio, con trazas de metano, amoniaco, sulfuro de hidrógeno y agua. la capa superior de nubes está compuesta por hielo de amoniaco y comprende los cinturones marrones y las zonas blancas que vemos a simple vista. Debajo de esta capa exterior se encuentra una capa de partículas sólidas de hidrosulfuro de amoniaco. Todavía más hondo, a unos 80 de la capa superior de nubes, está la capa de gotas de agua líquida.
Las nubes de tormenta que han estudiado de Pater y su equipo aparecen en los cinturones y zonas con penachos brillantes y se comportan como las nubes de cumulonimbos que preceden a las tormentas en la Tierra. Las nubes de tormenta de Júpiter, como las de la Tierra, suelen ir acompañadas de relámpagos.
Las observaciones ópticas no pueden ver debajo de las capas de amoniaco, sin embargo de Pater y su equipo han podido profundizar con radiotelescopios, incluido el ALMA y también el Very Large Array (VLA) en Nuevo México, que es operado por el Observatorio Nacional de radio Astronomía, subvencionado por la Fundación Nacional para la Ciencia.
Las primeras observaciones de Júpiter por el ALMA se realizaron entre el 3 y el 5 de Enero de 2017, unos días después de que uno de esos brillantes penachos fuera observado por astrónomos aficionados en el Cinturón Sur Ecuatorial del planeta. una semana después el Hubble, y los observatorios VLA, Gemini, Keck y Subaru de Hawaii, y el Very large Telescope (VLT) de Chile capturaron imágenes en los espectros visible, de radio e infrarrojo medio.
De pater cpmbinó la observaciones de radio de ALMA contros datos, enfocados específicamente a la recién formada tormenta conforme atravesaba la capa superior de nubes de hielo de amoniaco.
Los datos mostraron que estas nubes de tormentas llegan a alcanzar la tropopausa - la parte más fría de la atmósfera - donde se esparcen como las nubes cumulonimbos con forma de yunque que generan rayos en la Tierra.
Nuestras observaciones con ALMA son las primeras en mostrar que las altas concentraciones de gas de amoniaco ascienden durante una erupción energética", dijo de Pater.
Las observaciones son consistentes con una teoría, llamada convección de humedad, sobre como se forman esos penachos. Según esa teoría, la convección arrastra una mezcla de amoniaco y vapor de agua lo suficientemente alto - unos 80km por debajo del techo de las nubes - como para que el agua se condense en gotas líquidas. El agua condensada libera calor que expande las nubes y flotan rápidamente hacia arriba a través de otras capas de nubes, finalmente rompiendo la nubes de hielo de amoniaco en la atmósfera superior.
El desplazamiento del penacho lleva a las superenfriadas nubes de amoniaco por encima de las existentes nubes de hielo de amoniaco, hasta que el amoniaco se congela, creando un brillante penacho blanco que se impone contra las bandas coloridas que rodean Júpiter.
"Tuvimos realmente mucha suerte con estos datos, porque se tomaron pocos días después de que astrónomos aficionados encontraran un penacho en el Cinturón Sur Ecuatorial", explicó de pater. "Con ALMA observamos todo el planeta y vimos el penacho, y como ALMA puede observar por debajo de las capas de nubes pudimos de hecho ver lo que pasaba debajo de las nubes de amoniaco.
El Hubble tomó imágenes una semana después que ALMA y capturó dos manchas brillantes separadas, lo que sugiere que los penachos se originaron de la misma fuente y son llevados hacia el este por la corriente de chorro de alta altitud, lo que conduce a las grandes distorsiones que vemos en el cinturón.
Por coincidencia, tres meses antes, se habían observado penachos brillantes al norte del Cinturón Norte Ecuatorial. En Enerod e 2017 las observaciones mostraron que el cinturón se había expandido a lo ancho, y que la banda donde estaban los penachos había pasado antes de blanco a naranja. De Pater sospecha que la expansión hacia el norte del Cinturón Norte Ecuatorial es el resultado de penachos de amoniaco cayendo de nuevo a las profundidades de la atmósfera.
El colega de de Pater y co-autor Raul Sult de la universidad de Melbourne en Australia utilizó un software especial para analizar los datos de ALMA y obtener radio mapas de la superficie que pudieran ser comparados con las imágenes de luz visible tomadas por el Hubble.
"La rotación de Júpiter cada 10 horas normalmente emborrona los radio mapas, porque estos mapas necesitan muchas horas de observación", dijo Sault. "Además debido al gran tamaño de Júpiter tuvimos que "escanear" el planeta, para hacer un gran mosaico al final. Desarrollamos una técnica para construir un mapa completo del planeta".
