Los otros mundos de Júpiter

muyinteresante / Madrid, España / Lunes 24 de octubre del 2016

En la madrugada del pasado 4 de julio, el motor de la sonda espacial Juno de la NASA abandonó su largo letargo y se encendió durante 35 minutos: su objetivo era situarse en órbita polar en torno al planeta Júpiter. Era la maniobra más complicada y peligrosa a la que se enfrentaba esta nave después de casi cinco años de viaje por el Sistema Solar. Y no será la última: el 19 de octubre se colocó a algo más de 4.000 kilómetros de la capa exterior de nubes del gigante gaseoso. Esto ha reducido su periodo orbital a catorce días. Nunca antes un vehículo espacial se había acercado tanto al quinto planeta, lo cual resulta bastante problemático.

Y es que, de este modo, el ingenio se encontrará sumergido de lleno en uno de los lugares más peligrosos de nuestro barrio galáctico, la magnetosfera de Júpiter, que se extiende hasta siete millones de kilómetros en dirección al astro rey y casi llega a la órbita de Saturno en la dirección contraria. El estudio de esta estructura, que es la segunda más grande de nuestro sistema después de la heliosfera –una enorme región parecida a una burbuja por la que se extiende el viento solar– es, precisamente, uno de los objetivos de Juno.

El reino de las auroras eternas
Al parecer, el origen de este envoltorio magnético con forma de donut deformado se encuentra a pocos miles de kilómetros bajo la vaporosa cubierta del planeta, en un punto donde la presión es tan increíble que el hidrógeno se encuentra en un estado en el cual es capaz de conducir la electricidad; se conoce como hidrógeno metálico. Los planetólogos creen que esta fase degenerada del hidrógeno, en combinación con la rápida rotación del gigante de gas –los días en Júpiter duran poco menos de diez horas–, genera un potente campo magnético a su alrededor, miles de veces más intenso que el de la Tierra.

Ahora bien, el riesgo para Juno no es ese campo, sino lo que se mueve en su interior: electrones, protones e iones que viajan alrededor del planeta a velocidades cercanas a la de la luz. Es este anillo de partículas cargadas aceleradas a velocidades relativistas lo que puede destruir una astronave. Por eso, los ingenieros de la NASA se han esmerado a la hora de proteger los delicados instrumentos científicos que acarrea Juno. Entre todos, el componente más sensible es el ordenador de a bordo, que se encuentra encerrado dentro de una caja fuerte de titanio de 172 kilos capaz de reducir en un factor 800 la radiación que pueda llegarle del exterior.

La sonda cuenta con un sistema especialmente ideado para estudiar la magnetosfera, cuyo nombre parece tomado de la saga Star Wars. Se trata del JEDI, acrónimo de Jupiter Energetic Particle Detector Instrument. Este consta de tres pequeños detectores situados en ángulo a 120º uno de otro, con lo que cubren todo el cielo que rodea a la nave. Gracias a ellos, los científicos obtendrán información muy valiosa sobre las partículas de alta energía que circulan cerca del planeta y crean las auroras polares de este gigante de gas, uno de los fenómenos más impresionantes del Sistema Solar. El instrumento JADE (acrónimo de Jovian Auroral Distributions Experiment), que estudiará las partículas de baja energía que contribuyen a este proceso, añadirá más información.

Las citadas auroras polares jovianas son un centenar de veces más energéticas que las nuestras. Fueron captadas por primera vez por la sonda Voyager 1 en 1979, como un delgado y tenue anillo de luz visible superpuesto sobre la zona no iluminada de los polos del planeta. Más tarde, los astrónomos descubrieron que se veían mejor en el rango del ultravioleta y del infrarrojo. A diferencia de lo que ocurre en la Tierra, donde estas luces se ven de forma esporádica, las auroras en Júpiter siempre están ahí. Se trata de un espectáculo asombroso que incluso es posible captar con el telescopio espacial Hubble.

Una serie de óvalos blancoazulados de unos 1.000 km de ancho rodean los polos magnéticos, siempre en el mismo lugar; lo único que cambia es su luminosidad, que depende de lo intenso que sea el viento solar. Si nos fijamos en ellos, descubriremos unos puntos aún más relucientes. Son las huellas de las líneas del campo magnético, que conectan la ionosfera del gigante gaseoso con las de tres de sus lunas: Ío –cuyo punto es el más brillante–, Europa y Ganímedes.

Como un añadido a estos fuegos de artificio provocados por las partículas subatómicas también podemos encontrarnos con arcos luminosos dentro de los propios óvalos, creados por las fluctuaciones del mencionado viento solar. Pero que Júpiter posea unas auroras permanentes no se debe al chorro de partículas cargadas provenientes del Sol, sino a las que le llegan de un objeto mucho más cercano, su satélite Ío.

Esta luna es, sin duda, uno de los cuerpos más interesantes de nuestro sistema. Sobre su superficie de tonos amarillos y rojizos, en la que abundan el sodio y el azufre, se alzan varios centenares de volcanes activos. De hecho, su peculiar coloración se debe a que el elemento del infierno se encuentra por todas partes, en sus dos estados físicos: el monoclínico, que es de color rojo, y el rómbico, que es amarillo. Incluso las manchas blancas dispersas que también pueden verse se deben al hielo de dióxido de azufre. Las erupciones de sus volcanes, como el Prometeo, son más violentas que las del Vesubio, el Etna o el Krakatoa. Las imágenes tomadas por las sondas que se han aproximado al satélite han revelado que los materiales son lanzados hasta 500 km de altura; los iones expelidos durante las erupciones son los que alimentan las auroras jovianas.

67 lunas conocidas
Se calcula que la corteza de Ío tiene un espesor de unos 18 km, pero debido a su cercanía a Júpiter –es el satélite galileano más próximo a este– y como consecuencia del tirón gravitatorio del gigante de gas sufre una deformación de unos 200 m con respecto a su forma media. Uno de los efectos que tiene este planeta sobre sus lunas es que tiende a convertirlas en una especie de cigarro que se encontrara apuntando hacia él, una forma que adoptan en mayor o menor medida dependiendo de la elasticidad de los materiales con los que están hechas. Es más, los cuerpos cuyo periodo de rotación difiere mucho de su periodo de revolución alrededor del planeta reciben un importante castigo y sufren cambios continuos de forma, de manera parecida a lo que sucede con las mareas oceánicas en la Tierra.

La consecuencia de todo esto es que la luna se calienta –en el caso de Ío, este proceso es doscientas veces mayor que el que origina la radiactividad que se genera en su interior– y pierde energía de rotación. Este efecto de marea proporciona a Ío su poder volcánico. Cuando este satélite llegue al final de su periodo evolutivo, acabará mostrando a Júpiter siempre la misma cara, como ocurre con el nuestro. Pero, a pesar de sus peculiaridades, Ío no es más que una de las 67 lunas conocidas de Júpiter. Este extraño cortejo está dominado por cuatro grandes cuerpos, los denominados satélites galileanos, llamados así porque fueron descubiertos en 1610 por Galileo Galilei: los ya citados Ío, Ganímedes y Europa, y Calixto.

Europa despierta un vivo interés entre los astrobiólogos. Con una temperatura superficial que ronda los -170 ºC, presenta un aspecto completamente congelado, pero, según parece, bajo su superficie helada, de entre 10 km y 100 km de espesor, se extiende un inmenso océano de agua salada. Distintos estudios muestran que en él podrían darse las condiciones necesarias para que surja la vida. La NASA planea enviar una sonda en la década de 2020 cuya misión principal sería confirmarlo y determinar, en su caso, la salinidad y profundidad de ese océano subterráneo.

La luna más grande de Júpiter, Ganímedes, es también la mayor de nuestro sistema solar. Su tamaño supera incluso al de Mercurio. Se parece a la nuestra en sus paisajes, con regiones oscuras saturadas de cráteres y otras más claras en las que se aprecian plegamientos geológicos similares a los de la Tierra, pero cuyo origen se desconoce.

Por último, tenemos a Calisto, de 4.821 km de diámetro –ligeramente más pequeño que el mencionado Mercurio–, cuya superficie de hielo y roca se encuentra cubierta de cráteres que la atraviesan como cicatrices. Entre sus características más llamativas está Valhalla, una inmensa cuenca cuyo núcleo se halla rodeado por una serie de anillos prácticamente concéntricos.

La larga cohorte de objetos que se suma a estos cuatro tiene su origen en asteroides –o en pedazos de ellos– que quedaron atrapados en el pozo gravitatorio del gigante de gas. Entre ellos, el grupo más interesante es el que conforman sus pequeños y rocosos satélites interiores –Metis, Adrastea, Amaltea y Tebe–, de los que, de momento, se sabe muy poco. Curiosamente, el Sistema Solar y el que integran las lunas de Júpiter muestran la misma configuración; los cuerpos más interiores son también los de mayor densidad. Pero para conocer sus secretos aún tendremos que esperar. La sonda Juno, que lleva el nombre de la esposa de Júpiter, no tiene previsto estudiarlos. El coloso centrará su atención.

Júpiter siempre ha estado en el punto de mira de los astrónomos. En la época mítica de la astrología, cuando se creía que los planetas eran los propios dioses, se erigía como el padre de todos ellos. Por ejemplo, para los babilonios era Marduk. En parte, esto resulta bastante obvio, pues Júpiter se distingue fácilmente. Se trata de esa brillante estrella de color blanco-grisáceo que se observa alta sobre el horizonte, en el cielo nocturno. Es visible de nueve a diez meses al año y su luz no parpadea; de hecho, es el astro que menos centellea de todos.

Por desgracia, observar Júpiter a través de un telescopio de aficionado no resulta muy espectacular. Se ve muy pequeño, como un balón de fútbol situado a 1 km de distancia. Así, su característica más llamativa serían los cuatro débiles puntitos –las lunas galileanas– que encontramos cerca de él y que han protagonizado algunos episodios memorables de la historia de la ciencia. El más importante fue su descubrimiento. Con él, Galileo demostró que no todo daba vueltas alrededor de nuestro planeta, hasta entonces considerado el centro del universo: al menos había cuatro cuerpos para los que lo era Júpiter. Esos mismos satélites sirvieron en 1675 al danés Ole Rømer para hacer una primera estimación de la velocidad de la luz.

Un torbellino que existe desde hace siglos
En todo caso, lo más destacado que puede atisbarse en la superficie del planeta son las bandas, claras y oscuras, que la cruzan de forma alterna y, cómo no, la Gran Mancha Roja. Este tremendo anticiclón, en el que cabrían dos mundos como la Tierra, se encuentra anclado al sur del ecuador y trae de cabeza a los físicos de la atmósfera, pues todavía siguen sin comprender qué es lo que lo mantiene allí o por qué presenta tonalidades bermejas.

Dicho torbellino ha existido desde que tenemos conocimiento de él, hace ya tres siglos, y podría parecer que ha estado allí desde siempre. Cuando las Voyager se aproximaron a Júpiter en 1979, descubrimos que está acompañado por otros remolinos mucho más pequeños y de vida efímera que surgen y desaparecen sin seguir un patrón definido. El movimiento y la estabilidad de la Gran Mancha Roja es una consecuencia directa de las leyes que rigen la dinámica de los fluidos. Ahora bien, las ecuaciones que la describen son bastante complicadas y en muchas ocasiones completamente desagradables.

Como somos incapaces de resolverlas elegantemente, con lápiz y papel, debemos hacerlo numéricamente, con ayuda de un ordenador. De este modo, sabemos que las leyes que nos permiten describir el tranquilo comportamiento de la megamancha son las mismas que también se aplican a esos antipáticos vórtices. Y todo gracias a un ruso genial llamado Lev Landáu, que en la primera mitad del siglo XX propuso una segunda teoría del flujo turbulento.

En esencia, esta sostiene que las irregularidades aparentes –como los citados vórtices– son pequeñas partes de un orden global tan complejo que no podemos percibirlo en su totalidad. Hoy se dice que el responsable de este comportamiento es un artilugio matemático que responde al colorista nombre de caos. Pero no estamos hablando de azar o desorden. De hecho, un sistema caótico exhibe una estructura definida si lo observamos el tiempo suficiente. Ejemplos de este fenómeno, que se aplica a todos los procesos naturales, los tenemos en el habitual goteo de un grifo mal cerrado, las fibrilaciones auriculares, la epilepsia, el clima, la ecología o en otros asuntos tan exóticos como el movimiento en volteretas de Hiperión, una luna de Saturno.

De lo que no hay duda es que todo lo que sucede en la atmósfera de Júpiter está influido por la rapidez con la que este gira sobre sí mismo. Un punto sobre su ecuador recorre 12,5 km en un segundo, mientras que en la Tierra avanza unos 460 metros. Debido a esta enorme velocidad de rotación, apenas podemos observar los movimientos de las nubes saliendo del ecuador en dirección a los polos.

El color que presentan las masas nubosas se debe, por su parte, a procesos químicos dominados por el hidrógeno. En la atmósfera nos encontramos con compuestos hidrogenados, como metano, amoniaco, sulfuro de hidrógeno –con su característico olor a huevos podridos– y también agua. La radiación ultravioleta del Sol produce distintas reacciones, como la del amoniaco y el sulfuro de hidrógeno, que se combinan formando polisulfuros de amonio. Estos son de color amarillo o anaranjado, pero cuando la temperatura desciende aparecen tonalidades blancas. Y si la cadena de polisulfuros es lo suficientemente larga tiende a adquirir matices rojizos.

En la atmósfera de Júpiter se observan fenómenos asombrosos, desde tormentas acompañadas de relámpagos que viven en promedio cuatro días y anticiclones que perduran cuatro años hasta misteriosas regiones brillantes libres de nubes por donde escapa el calor del interior. Y es que, si prescindimos de su núcleo, que es más denso, Júpiter es semejante a un fluido bien mezclado, con una composición similar a la del Sol y posiblemente a la de la primitiva nebulosa solar. De ahí el interés de los científicos por comprender no solo su dinámica, sino de qué está hecho.

Los dos constituyentes principales parecen ser el hidrógeno y el helio. Lo más curioso es que, además de los compuestos ya mencionados, como el amoniaco, el agua y el metano, también contiene hidrocarburos. Su descubrimiento dio origen a una hipótesis sobre la posible síntesis orgánica abiogénica –la aparición de vida a partir de compuestos orgánicos– ayudada por la radiación ultravioleta. El cosmólogo Carl Sagan y el químico Bishun Khare realizaron en los años 70 una serie de experimentos con los que, de este modo, llegaron a obtener incluso aminoácidos. ¿Podría haberse desarrollado en el gigante de gas algún tipo de microorganismo?

Es muy dudoso, aunque algunos investigadores, como el propio Sagan, han especulado sobre esa posibilidad. Lo único cierto es que estas moléculas orgánicas funcionan como una gran paleta que tiñe de colores la atmósfera, si bien los principales pintores son el fósforo rojo amorfo y los polisufuros de hidrógeno y amonio.

En junio de 2016, un equipo de astrónomos de la Universidad de Berkeley presentó el mapa de radio más detallado hasta la fecha de la atmósfera de Júpiter, en el que aparece el movimiento masivo del amoniaco. Con él podemos ver hasta 100 km por debajo de la cubierta nubosa; los primeros resultados muestran cómo las mezclas de gases ricos en amoniaco suben y forman las nubes de las capas superiores: unas, de hidrosulfuro de amonio, a -73 ºC; otras, de hielo de amoniaco, a -110 ºC. El aire pobre en esta sustancia acaba hundiéndose en el planeta al igual que el aire seco desciende desde las capas superiores de la atmósfera de la Tierra. Eso es arriba. Pero ¿qué ocurre en el núcleo? De momento, es un completo misterio, si bien se espera que Juno arroje también algo de luz sobre este asunto. Una hipótesis plantea que podría consistir en una mezcla de hielo y rocas a altísimas presiones, lo que ha hecho suponer a algunos científicos que allí, bajo el peso de una atmósfera en la que cabrían casi diez mil Tierras, hay un inmenso diamante.

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