Investigadores portugueses han examinado el planeta Júpiter, que se encuentra a 43 minutos-luz de la Tierra, con el fin de analizar las velocidades de los vientos en su troposfera. Han utilizado por vez primera las capacidades de resolución extremadamente alta de VLT/ESPRESSO.
Este trabajo es principalmente una prueba de concepto para recuperar los vientos de Júpiter utilizando las velocidades Doppler de VLT/ESPRESSO. Los resultados se complementan con un nuevo análisis de los datos de Cassini de su sobrevuelo de Júpiter en diciembre de 2000, realizando un seguimiento de las nubes en longitudes de onda visibles, para su comparación cruzada con los resultados de la velocimetría Doppler, junto con los de seguimiento de nubes anteriores.
Todos los detalles de esta investigación están en un estudio que difunde Universe. Aunque a muchos se les escape inicialmente la magnitud del minuto-luz, cabe subrayar que es una unidad de longitud astronómica. Equivale a la distancia recorrida por una onda electromagnética en el vacío en un minuto; es decir, 17.98.547.480 metros (~18 Gm). Este es un valor exacto, ya que se define en relación con la velocidad de la luz.
Investigadores del Instituto de Astrofísica y Ciencias del Espacio (IA), de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Lisboa (Portugal), utilizó el espectrógrafo ESPRESSO instalado en el Observatorio Europeo Austral (VLT).
El método que desarrolló el equipo se llama velocimetría Doppler y se basa en el reflejo de la luz visible del Sol por las nubes en la atmósfera del planeta objetivo. La longitud de onda de esta luz reflejada se desvía en proporción a la velocidad a la que se mueven las nubes, en relación con el telescopio de la Tierra. El resultado es la velocidad instantánea del viento en el punto observado.
Vientos en Júpiter de 60 a 428 km/h
El método que se utiliza ahora con ESPRESSO lo desarrolló el grupo de investigación de Sistemas Planetarios del IA, junto con otros espectrógrafos, para estudiar la atmósfera de Venus.
Los investigadores miden los vientos de este planeta vecino y contribuyen desde hace varios años a modelar su atmósfera general. Ahora, la aplicación exploratoria de este método con un instrumento de alta gama como ESPRESSO ha resultado un éxito que abre nuevos horizontes al conocimiento de nuestro vecindario cósmico. Con este trabajo se afirma la viabilidad de monitorear sistemáticamente las atmósferas más distantes de los planetas gaseosos.
Durante cinco horas, en julio de 2019, el equipo apuntó con el telescopio VLT a la zona ecuatorial de Júpiter, donde las nubes ligeras se encuentran a mayor altitud, y a los cinturones ecuatoriales norte y sur de este planeta, que corresponden al aire descendente y que forma bandas de nubes oscuras y más cálidas en una capa más profunda de la atmósfera.
“La atmósfera de Júpiter, al nivel de las nubes visibles desde la Tierra, contiene amoníaco, hidrosulfuro de amonio y agua, que forman las distintas bandas rojas y blancas. Las nubes superiores, ubicadas en la zona de presión de 0,6 a 0,9 bares, se componen de hielo de amoníaco. Las nubes de agua forman la capa más densa y más baja y tienen la mayor influencia en la dinámica de la atmósfera”, explica Pedro Machado, investigador principal de este trabajo. Con ayuda de ESPRESSO, el equipo pudo medir vientos en Júpiter de 60 a 428 km/h con una incertidumbre de menos de 36 km/h.
Diferentes vientos según la latitud
Estas observaciones, aplicadas con un instrumento de alta resolución a un planeta gaseoso, tienen sus desafíos: “Una de las dificultades se centró en la navegación sobre el disco de Júpiter; es decir, saber exactamente a qué punto del disco del planeta apuntábamos, debido a la enorme resolución del telescopio VLT”, explica Pedro Machado.
“La dificultad -añade- estaba relacionada con el hecho de que estábamos determinando los vientos con una precisión de unos pocos metros por segundo cuando la rotación de Júpiter es del orden de 10 kilómetros por segundo en el ecuador y, para complicar las cosas, porque es un planeta gaseoso, y no un cuerpo rígido, gira a diferentes velocidades dependiendo de la latitud del punto que observemos”.
Para verificar la eficacia de la velocimetría Doppler de los telescopios terrestres a la hora de medir los vientos en Júpiter, el equipo también recopiló mediciones obtenidas en el pasado para comparar los resultados.
La mayoría de los datos existentes se recopilaron por instrumentos en el espacio y utilizaron un método diferente, que consiste en obtener valores medios de la velocidad del viento, siguiendo los patrones de nubes en imágenes capturadas en momentos cercanos.
La coherencia entre esta historia y los valores medidos ahora en este estudio confirma la viabilidad de implementar la velocimetría Doppler en un programa para monitorear los vientos de Júpiter desde la Tierra.
Según estos científicos, el monitoreo permitirá recopilar datos sobre cómo cambian los vientos con el tiempo y será esencial para desarrollar un modelo confiable para la circulación global de la atmósfera de Júpiter. Este modelo informático debería reproducir las diferencias de vientos según la latitud, así como las tormentas de Júpiter, para ayudar a comprender las causas de los fenómenos atmosféricos que se observan en este planeta.
ANDES, el sucesor
Además, el modelo ayudará a preparar futuras observaciones con información sobre la presión y la altitud de las nubes en la mira del telescopio.
El equipo portugués pretende ampliar las observaciones con ESPRESSO a una mayor cobertura del disco de Júpiter, así como, temporalmente, recopilando datos del viento durante todo el período de rotación del planeta, que es de casi 10 horas. Restringir las observaciones a determinados rangos de longitudes de onda también permitirá medir los vientos a diferentes altitudes, obteniendo así información sobre el transporte vertical de las capas de aire.
Una vez que se domine la técnica para el planeta más grande del Sistema Solar, este equipo espera aplicarla a las atmósferas de otros planetas gaseosos, con Saturno como próximo objetivo. El éxito de estas observaciones con ESPRESSO resulta importante en un momento en que su sucesor, ANDES, se está diseñado para el futuro Extremely Large Telescope (ELT), también de ESO y actualmente en construcción en Chile, pero también para la futura misión JUICE, de la Agencia Espacial Europea, dedicado a Júpiter y que aportará datos adicionales.
