¡Increíble! Revelan nuevos detalles de las ondas de gravedad encontradas en Júpiter

La atmósfera superior de Júpiter tiene dos partes: una capa neutra llamada termosfera y otra llamada ionosfera. En esta última, el ion H3+ (Hidrógeno triátomico), emite luz en el infrarrojo cercano, lo que nos permite estudiar la atmósfera superior de Júpiter desde lejos.

Sin embargo, la ionosfera en las zonas cercanas al ecuador de Júpiter no se ha estudiado mucho porque las emisiones de esta molécula son débiles y se mezclan con otras emisiones más brillantes, como las del metano (CH4).

Utilizando el Telescopio Espacial James Webb, un grupo de científicos observó la ionosfera de Júpiter cerca de la Gran Mancha Roja descubriendo patrones inesperados como arcos, bandas y manchas. Lo que sugiere que está conectada con la atmósfera inferior a través de ondas de gravedad, creando una estructura compleja.

Actualmente no se sabe mucho sobre cómo la atmósfera superior de Júpiter se conecta con la atmósfera inferior y la magnetosfera superior, porque las observaciones desde la Tierra no son lo suficientemente sensibles.

James Webb al rescate

El Telescopio Espacial James Webb (JWST) observó la Gran Mancha Roja de Júpiter, usando su espectrógrafo que cubre longitudes de onda entre 2.87 y 5.27 micrómetros. Estas observaciones nos permiten ver las emisiones de TriHidrógeno y estudiar la ionosfera en detalle.

En la Gran Mancha Roja, las emisiones, a pesar de que son débiles, son más intensas que en otras áreas, lo que indica un aumento en los aerosoles reflectantes en la atmósfera superior. A pesar de esto, se lograron extraer datos de la molécula y estudiar su distribución en la ionosfera joviana.

Las emisiones mostraron estructuras detalladas y complejas en la ionosfera de Júpiter que incluyen bandas y arcos que se extienden por miles de kilómetros. En promedio, las emisiones del Trihidrógeno son más débiles dentro de la Gran Mancha Roja (GRS), con dos áreas brillantes al noroeste y sureste de la misma.

La intensidad de las emisiones depende tanto de la densidad del ion como de la temperatura de la atmósfera superior. Utilizando un software especial, se pudo determinar que la temperatura media es de aproximadamente 713 K y la densidad media es de 4,500 billones de partículas por metro cuadrado, lo cual es consistente con estudios anteriores.

Análisis más detallados

En la Gran Mancha Roja, las temperaturas son más altas en algunas áreas, posiblemente debido a la turbulencia en la troposfera que genera ondas de gravedad. Las emisiones de H3+ en esta región también son más difíciles de analizar debido a las altas emisiones de fondo y la presencia de brumas elevadas.

Al analizar las observaciones, se encontró que la variación en la radiación del ion se debe principalmente a cambios en su densidad, más que a la temperatura. Esto significa que hay pequeñas áreas donde la temperatura también juega un papel importante, posiblemente debido al calentamiento por ondas de gravedad.

Este estudio es un punto de partida para entender las variaciones a corto plazo y a pequeña escala en la ionosfera de Júpiter. En la Tierra, la ionosfera de latitudes bajas es dinámica y está influenciada por vientos neutros que arrastran el plasma, creando un campo eléctrico conocido como electrochorro ecuatorial.

En Júpiter, el campo magnético tiene una polaridad opuesta, lo que podría invertir la dirección del electrochorro, aunque las observaciones no muestran una disminución clara en la densidad de H3+ cerca del ecuador.

Inestabilidades en todas partes

Otro factor que afecta a la ionosfera en la Tierra son las ondas de gravedad, que crean perturbaciones. En Júpiter, la ionosfera sobre la Gran Mancha Roja probablemente está influenciada por múltiples ondas de gravedad provenientes de tormentas, lo que podría explicar las estructuras complejas observadas.

Las inestabilidades de Rayleigh-Taylor también afectan la ionosfera de la Tierra en latitudes bajas, pero en Júpiter, la corta vida útil del H3+ limita su desarrollo. Por lo tanto, es probable que las ondas de gravedad sean las responsables de las características observadas en los datos del JWST.

En la Tierra, los meteoritos que entran en la atmósfera superior pueden causar irregularidades en la ionosfera, creando capas llamadas capas E esporádicas que aumentan la densidad ionosférica en ciertas áreas.

En Júpiter, debido a su gran masa, estos impactos son más comunes y pueden afectar la estructura de la ionosfera. Elementos como el magnesio o el hierro de meteoritos tienen una vida útil larga y pueden ser influenciados por ondas de gravedad, lo que afecta la densidad del Trihidrógeno.

Desafíos a futuro

Una de las grandes preguntas sobre las atmósferas superiores de los planetas gigantes es por qué las temperaturas en las latitudes bajas son mucho más altas de lo que deberían ser posible con sólo la energía del Sol. Hay dos teorías principales para explicar esto:

• Una es que el calor de las auroras se redistribuye hacia el ecuador, y la otra es que
• Las ondas acústicas o de gravedad generadas en la troposfera turbulenta calientan la atmósfera superior.

Las observaciones del Webb son un importante primer paso para futuras investigaciones en esta área. Si se monitorean estas irregularidades ionosféricas a lo largo del tiempo, podríamos medir directamente cómo progresan estas ondas, lo que nos permitiría entender mejor sus características y efectos.

El estudio de la ionosfera de Júpiter y su interacción con la atmósfera inferior y la magnetosfera no sólo nos ayuda a comprender mejor este planeta gigante, sino que puede ofrecer pistas sobre procesos similares en otros planetas gigantes.

Las observaciones del JWST abren una nueva ventana para explorar estas dinámicas complejas y fascinantes. Monitorear y analizar estas ondas de gravedad podría revelar secretos sobre la estructura y el comportamiento de las atmósferas planetarias, haciendo de este un campo de investigación emocionante y lleno de descubrimientos por venir.