Esta imagen muestra todo el disco de Júpiter en luz infrarroja fue compilado a partir de un mosaico de nueve puntos separados observados por el Observatorio Internacional de Géminis, un programa de NOIRLab de NSF en mayo 29, 2019. De un conjunto de “imágenes afortunadas” de 38 exposiciones tomadas en cada punto, el equipo de investigación seleccionó la más nítida 10%, combinándolos para formar una novena imagen del disco de Júpiter.
Para comparar y combinar las imágenes, primero se asignan a su latitud y longitud reales en Júpiter, utilizando la extremidad o el borde del disco como referencia. Una vez que los mosaicos se compilan en un disco completo, las imágenes finales son algunas de las vistas infrarrojas de mayor resolución de Júpiter tomadas desde el suelo.
El Telescopio espacial Hubble de la NASA y el Observatorio Gemini con base en tierra en Hawai, se han asociado con la nave espacial Juno para investigar las tormentas más poderosas del sistema solar, que tienen lugar a más de 500 millones de millas de distancia en el planeta gigante Júpiter.
Un equipo de investigadores dirigido por Michael Wong en la Universidad de California, Berkeley , y que incluye Amy Simon del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, e Imke de Pater también de UC Berkeley, están combinando observaciones de longitud de onda múltiple de Hubble y Gemini con vistas de cerca de la órbita de Juno sobre el gran planeta, obteniendo nuevos conocimientos sobre el clima turbulento en este mundo distante.
“Queremos saber cómo funciona la atmósfera de Júpiter“, dijo Wong. Aquí es donde entra en juego el trabajo en equipo de Juno, Hubble y Gemini.
El Show de luces
Las constantes tormentas de Júpiter son gigantescas en comparación con las de la Tierra, con tormentas eléctricas que alcanzan 40 millas desde la base hasta la cima, cinco veces más altas que las típicas tormentas eléctricas en la Tierra. Sus poderosos relámpagos son hasta tres veces más enérgicos que los “superbolts” más grandes de la Tierra.
Al igual que los rayos en la Tierra, los rayos de Júpiter actúan como transmisores de radio, enviando ondas de radio y luz visible cuando destellan en el cielo.
Cada 53 días, Juno corre sobre los sistemas de tormentas detectando señales de radio conocidas como “sferics” y “whistlers“, que luego pueden usarse para mapear los rayos incluso en el lado del día del planeta o desde nubes profundas.
Este gráfico muestra observaciones e interpretaciones de estructuras de nubes y circulación atmosférica en Júpiter desde la nave espacial Juno, el telescopio espacial Hubble y el Observatorio Gemini.
Al combinar los datos de los tres, los investigadores pueden ver que los relámpagos se agrupan en regiones turbulentas donde hay nubes de aguas profundas y donde el aire húmedo se eleva para formar torres convectivas altas similares a las nubes de cumulonimbos (nubes de tormenta) en la Tierra.
La ilustración inferior de relámpagos, torres convectivas, nubes de aguas profundas y claros en la atmósfera de Júpiter corresponden al transecto (línea blanca en ángulo) indicado en los detalles del mapa de Hubble y Gemini.
La combinación de observaciones se puede utilizar para mapear la estructura de la nube en tres dimensiones e inferir detalles de la circulación atmosférica.
Se forman nubes gruesas e imponentes donde sube el aire húmedo (surgencia y convección activa). Se forman claros donde el aire más seco se hunde.
Las nubes que se muestran se elevan cinco veces más que torres convectivas similares en la atmósfera relativamente poco profunda de la Tierra. La región ilustrada cubre un tramo horizontal un tercio mayor que el de los Estados Unidos.
Al mapear los relámpagos detectados por Juno en imágenes ópticas capturadas del planeta por Hubble y las imágenes infrarrojas térmicas capturadas al mismo tiempo por Gemini, el equipo de investigación ha podido demostrar que los brotes de rayos están asociados con tres combinación de estructuras de nubes: nubes profundas hechas de agua, grandes torres convectivas causadas por una corriente de aire húmedo, esencialmente nubes de tormenta jovianas, y regiones claras presumiblemente causadas por una corriente de aire más seco fuera de las torres convectivas.
Los datos del Hubble muestran la altura de las nubes gruesas en las torres convectivas, así como la profundidad de las nubes de aguas profundas. Los datos de Gemini revelan claramente los claros en las nubes de alto nivel donde es posible vislumbrar las nubes de aguas profundas.
Wong cree que los rayos son comunes en un tipo de área turbulenta conocida como regiones filamentosas plegadas, lo que sugiere que se está produciendo convección húmeda en ellas.
“Estos vórtices ciclónicos podrían ser chimeneas de energía interna, ayudando a liberar energía interna a través de la convección“, dijo. “No sucede en todas partes, pero algo acerca de estos ciclones parece facilitar la convección“.
La capacidad de correlacionar los rayos con las nubes de aguas profundas también brinda a los investigadores otra herramienta para estimar la cantidad de agua en la atmósfera de Júpiter, que es importante para comprender cómo se formaron Júpiter y los otros gigantes gaseosos y de hielo, y por lo tanto, cómo funciona en su conjunto.
Si bien se ha recabado mucho sobre Júpiter de misiones espaciales anteriores, muchos de los detalles, incluida la cantidad de agua que hay en la atmósfera profunda, exactamente cómo fluye el calor desde el interior y qué causa ciertos colores y patrones en las nubes, sigue siendo un misterio. El resultado combinado proporciona información sobre la dinámica y la estructura tridimensional de la atmósfera.
La mancha roja “Jack-O-Lantern”
Con Hubble y Gemini observando a Júpiter con mayor frecuencia durante la misión Juno, los científicos también pueden estudiar cambios a corto plazo y características de corta duración como las de la Gran Mancha Roja.
Las imágenes de Juno y las misiones anteriores a Júpiter revelaron características oscuras dentro de la Gran Mancha Roja que aparecen, desaparecen y cambian de forma con el tiempo. En las imágenes individuales no estaba claro si estos son causados por algún material misterioso de color oscuro dentro de la capa de nubes altas, o si en cambio son agujeros en las nubes altas, ventanas en una capa más profunda y oscura debajo.
Ahora, con la capacidad de comparar imágenes de luz visible del Hubble con imágenes de infrarrojos térmicos de Gemini capturadas con pocas horas de diferencia, es posible responder la pregunta.
Las regiones oscuras en luz visible son muy brillantes en infrarrojo, lo que indica que, de hecho, son agujeros en la capa de nubes. En las regiones libres de nubes, el calor del interior de Júpiter que se emite en forma de luz infrarroja, bloqueada por nubes de alto nivel, es libre de escapar al espacio y, por lo tanto, aparece brillante en las imágenes de Géminis.
“Es como una especie de farol“, dijo Wong. “Se ve una luz infrarroja brillante proveniente de áreas libres de nubes, pero donde hay nubes, es realmente oscuro en el infrarrojo“.
Superior izquierda (vista amplia) e inferior izquierda (detalle) : la imagen de la luz solar del Hubble (longitudes de onda visibles) que se reflejan en las nubes en la atmósfera de Júpiter muestra rasgos oscuros dentro de la Gran Mancha Roja.
Superior derecha : una imagen infrarroja térmica de la misma área de Gemini muestra el calor emitido como infrarrojo energía. Las nubes frías superpuestas aparecen como regiones oscuras, pero los claros en las nubes permiten que la emisión infrarroja brillante escape de las capas más cálidas debajo.
Inferior medio : una imagen ultravioleta del Hubble muestra la luz solar dispersada por los peligros del Gran Mancha roja. La Gran Mancha Roja aparece roja en luz visible porque estos peligros absorben las longitudes de onda azules. Los datos del Hubble muestran que los peligros continúan absorbiéndose incluso a longitudes de onda ultravioleta más cortas.
Inferior derecha : un compuesto de longitud de onda múltiple de datos de Hubble y Gemini muestra luz visible en azul y térmica infrarrojo en rojo. Las observaciones combinadas muestran que las áreas que son brillantes en infrarrojo son claros o lugares donde hay menos cobertura de nubes que bloquean el calor del interior.
Hubble y Gemini como rastreadores meteorológicos jovianos
Las imágenes regulares de Júpiter realizadas por Hubble y Gemini en apoyo de la misión Juno también están demostrando ser valiosas en los estudios de muchos otros fenómenos climáticos, incluidos los cambios en los patrones del viento, las características de las ondas atmosféricas y la circulación de varios gases en la atmósfera.
Hubble y Gemini pueden monitorear el planeta en su conjunto, proporcionando mapas base en tiempo real en múltiples longitudes de onda para referencia para las mediciones de Juno de la misma manera que los satélites meteorológicos de observación de la Tierra proporcionan contexto para los cazadores de huracanes de alto vuelo de NOAA.
“Debido a que ahora tenemos rutinariamente estas vistas de alta resolución de un par de observatorios y longitudes de onda diferentes, estamos aprendiendo mucho más sobre el clima de Júpiter“, explicó Simon. “Este es nuestro equivalente de un satélite meteorológico. Finalmente podemos comenzar a mirar los ciclos climáticos.”
“Lo importante es que hemos logrado recopilar este enorme conjunto de datos que respalda la misión de Juno. Hay tantas aplicaciones del conjunto de datos que ni siquiera podemos anticipar. Entonces, vamos a permitir que otras personas hagan ciencia sin esa barrera de tener que descubrir por sí mismos cómo procesar los datos“, dijo Wong.
