Nota de prensa

Por primera vez, miden potentes vientos estratosféricos en Júpiter

18 de Marzo de 2021, Madrid

Utilizando el conjunto ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), del que el Observatorio Europeo Austral (ESO) es socio, un equipo de astrónomos ha medido por primera vez, de forma directa, los vientos de la atmósfera media de Júpiter. Al analizar las secuelas de una colisión de cometas que tuvo lugar en la década de 1990, los investigadores han revelado que, cerca de los polos de Júpiter, se desencadenaron vientos de una enorme potencia, con velocidades de hasta 1450 kilómetros por hora. Podrían representar lo que el equipo ha descrito como una "bestia meteorológica única en nuestro Sistema Solar".

Júpiter es famoso por sus distintivas bandas rojas y blancas: nubes arremolinadas de gas en movimiento que los astrónomos utilizan tradicionalmente para rastrear los vientos de la atmósfera inferior de Júpiter. Los astrónomos también han visto, cerca de los polos de Júpiter, los vívidos resplandores conocidos como auroras, que parecen estar asociados con fuertes vientos en la atmósfera superior del planeta. Pero, hasta ahora, los investigadores nunca habían podido medir de forma directa los patrones de los vientos que tienen lugar entre estas dos capas atmosféricas, en la estratosfera.

Medir las velocidades del viento en la estratosfera de Júpiter utilizando técnicas de seguimiento de nubes es imposible debido a la ausencia de nubes en esta parte de la atmósfera. Sin embargo, los astrónomos obtuvieron una ayuda alternativa para poder llevar a cabo estas mediciones: el cometa Shoemaker-Levy 9, que colisionó con el gigante gaseoso de manera espectacular en 1994. Este impacto produjo nuevas moléculas en la estratosfera de Júpiter, donde se han estado moviendo con los vientos desde entonces.

Un equipo de astrónomos, dirigido por Thibault Cavalié, del Laboratorio de Astrofísica de Burdeos (Francia), ha rastreado una de estas moléculas - cianuro de hidrógeno - para medir directamente los "chorros" estratosféricos en Júpiter. Los científicos usan la palabra "chorros" para referirse a bandas estrechas de viento en la atmósfera, como las corrientes de chorro de la Tierra.

“El resultado más espectacular es la presencia de fuertes chorros, con velocidades de hasta 400 metros por segundo, que se encuentran bajo la aurora, cerca de los polos”, afirma Cavalié. Estas velocidades de viento, equivalentes a unos 1450 kilómetros por hora, son más del doble de las velocidades máximas de tormenta alcanzadas en la Gran Mancha Roja de Júpiter y más del triple de la velocidad del viento medida en los tornados más fuertes de la Tierra.

“Nuestra detección indica que estos chorros podrían comportarse como un vórtice gigante con un diámetro de hasta cuatro veces el de la Tierra y unos 900 kilómetros de altura”, explica el coautor, Bilal Benmahi, también del Laboratorio de Astrofísica de Burdeos. “Un vórtice de este tamaño sería una bestia meteorológica única en nuestro Sistema Solar”, añade Cavalié.

Los astrónomos conocían los fuertes vientos que hay cerca de los polos de Júpiter, pero en una parte mucho más alta de la atmósfera, cientos de kilómetros por encima del área en la que se centra el nuevo estudio, que se publica hoy en la revista Astronomy & Astrophysics. Estudios previos predijeron que estos vientos de la atmósfera superior disminuirían en velocidad y desaparecerían mucho antes de llegar a una zona tan profunda como la estratosfera. Según Cavalié, “Los nuevos datos de ALMA nos dicen lo contrario”, y añade que encontrar estos fuertes vientos estratosféricos cerca de los polos de Júpiter fue una "verdadera sorpresa".

El equipo utilizó 42 de las 66 antenas de alta precisión de ALMA, ubicadas en el desierto de Atacama, en el norte de Chile, para analizar las moléculas de cianuro de hidrógeno que se han estado moviendo en la estratosfera de Júpiter desde el impacto de Shoemaker-Levy 9. Los datos de ALMA les permitieron medir el efecto Doppler —pequeños cambios en la frecuencia de la radiación emitida por las moléculas— causado por los vientos en esta región del planeta. “Al medir este cambio, pudimos deducir la velocidad de los vientos de manera muy similar a como se hace para deducir la velocidad de un tren que pasa por el cambio en la frecuencia del silbato del tren”, explica el coautor del estudio, Vincent Hue, científico planetario del Instituto de Investigación Southwest, en Estados Unidos.

Además de los sorprendentes vientos polares, el equipo utilizó ALMA para confirmar, también por primera vez, la existencia de fuertes vientos estratosféricos alrededor del ecuador del planeta midiendo directamente su velocidad. Los chorros detectados en esta parte del planeta tienen velocidades medias de unos 600 kilómetros por hora.

El tiempo de telescopio empleado por ALMA para llevar a cabo las observaciones con las que se rastrearon los vientos estratosféricos, tanto en los polos como en el ecuador de Júpiter, fue de menos de 30 minutos. “Los altos niveles de detalle que logramos en este corto espacio de tiempo demuestran realmente la capacidad de las observaciones de ALMA”, dice Thomas Greathouse, científico del Instituto de Investigación Southwest (EE.UU.) y coautor del estudio. “Para mí es asombroso poder ver la primera medición directa de estos vientos”.

“Estos resultados de ALMA abren una nueva ventana para el estudio de las regiones de Júpiter con auroras, algo realmente inesperado hace tan solo unos meses”, afirma Cavalié. “También preparan el escenario para mediciones similares, pero más extensas, que realizarán la misión JUICE y su instrumento de ondas submilimétricas”, añade Greathouse, refiriéndose al JUpiter ICy moons Explorer (explorador de las lunas heladas de Júpiter) de la Agencia Espacial Europea, que se espera se lance al espacio el próximo año.

El Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO, basado en tierra y que verá su primera luz a finales de esta década, también explorará Júpiter. El ELT será capaz de hacer observaciones muy detalladas de las auroras del planeta, dándonos más información sobre su atmósfera.

Información adicional

Este trabajo de investigación se presenta en el artículo científico "First direct measurement of auroral and equatorial jets in the stratosphere of Jupiter", publicado hoy en la revista Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202140330).

El equipo está formado por T. Cavalié (Laboratorio de Astrofísica de Burdeos [LAB], Francia, y LESIA, Observatorio de París, Universidad de Investigación PSL [LESIA], Francia); B. Benmahi (LAB); V. Hue (Instituto de Investigación Southwest [SwRI], EE.UU.); R. Moreno (LESIA), E. Lellouch (LESIA); T. Fouchet (LESIA); P. Hartogh (Instituto Max-Planckt para la Investigación del Sistema Solar [MPS], Alemania); L. Rezac (MPS); T. K. Greathouse (SwRI); G. R. Gladstone (SwRI); J. A. Sinclair (Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL), Instituto Tecnológico de California, EE.UU.); M. Dobrijevic (LAB); F. Billebaud (LAB) y C. Jarchow (MPS).

ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con dieciséis países miembros: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con Chile, país anfitrión, y Australia como aliado estratégico. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de potentes instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel promoviendo y organizando la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope junto con su interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer), el más avanzado del mundo, así como dos telescopios de rastreo: VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía), que trabaja en el infrarrojo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT), que rastrea en luz visible. También en Paranal, ESO albergará y operará el CTA Sur (Cherenkov Telescope Array South), el observatorio de rayos gamma más grande y sensible del mundo. ESO también es socio principal de dos instalaciones en Chajnantor, APEX y ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Finalmente, en Cerro Armazones, cerca de Paranal, ESO está construyendo el ELT (Extremely Large Telescope), de 39 metros, que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.

El conjunto ALMA, (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) es una instalación astronómica internacional fruto de la colaboración entre ESO, la Fundación Nacional para la Ciencia de EE.UU. (NSF, National Science Foundation) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS, National Institutes of Natural Sciences) en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus países miembros; por la NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC, National Research Council) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST, Ministry of Science and Technology), y por el NINS en cooperación con la Academia Sínica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI, Korea Astronomy and Space Science Institute). La construcción y operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus países miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO, National Radio Astronomy Observatory), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, National Astronomical Observatory of Japan) en representación de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operaciones de ALMA.

Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.

El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.

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Esta es una traducción de la nota de prensa de ESO eso2104.