En las atmósferas de muchos planetas es común la presencia de corrientes en chorro de gran velocidad. En el caso de la Tierra las corrientes en chorro se forman en varias latitudes y serpentean alrededor del planeta cambiando de latitud y alcanzando velocidades cercanas a los 400 km/h a más de 10 km de altura sobre la superficie. En los planetas gigantes Júpiter y Saturno, las corrientes en chorro son una de las principales características de la atmósfera y están perfectamente alineadas con los paralelos, conociéndose como “jets” zonales. En Júpiter estos jets alternan en dirección en diferentes latitudes y alcanzan velocidades máximas cercanas a los 500 km/h.

Imagen 1: Imagen de Júpiter obtenida por el JWST y publicada en agosto del año pasado. Crédito: NASA/ESA/CSA y Jupiter Early Release Science team. Procesado: Judy Schmidt (Planetary Society) y Ricardo Hueso (UPV/EHU).

El 27 de julio de 2022, el telescopio espacial James Webb (JWST) observó la atmósfera de Júpiter en el marco de un programa internacional de “Ciencia Temprana” en el que participan investigadores del Grupo de Ciencias Planetarias de la UPV/EHU. Ricardo Hueso, profesor de la Escuela de Ingeniería de Bilbao, diseño y encabezó el análisis de la secuencia de imágenes que el JWST adquirió del planeta. El análisis de estos datos, publicado ahora en la revista Nature Astronomy muestra el descubrimiento de una corriente en chorro en la atmósfera de Júpiter que había pasado desapercibida durante décadas. En el descubrimiento participan también Agustín Sánchez Lavega y Arrate Antuñano Martín, profesores de la Escuela de Ingeniería de Bilbao.

Imagen 2: Imágenes de Júpiter obtenidas por el JWST. (Izquierda) Composición en falso color. (Centro) Imagen obtenida a una longitud de onda sensible a las nieblas superiores. (Derecha) Imagen obtenida en una longitud de onda sensible a las nubes inferiores. Crédito: NASA/ESA/CSA y Jupiter Early Release Science team. Procesado: Ricardo Hueso (UPV/EHU).

Un Júpiter oscuro para un telescopio brillante

Dado que Júpiter es un objetivo muy brillante para el JWST (cuya área de captación de luz es 6,3 veces mayor que la del telescopio espacial Hubble), las imágenes se adquirieron en longitudes de onda en las que la mayor parte de la luz es absorbida por gases de la atmósfera. Así, las observaciones se centraron en aquellas longitudes de onda en las que Júpiter resulta más oscuro. Esto implicaba también que en muchas de estas longitudes de onda nunca se había observado Júpiter con la calidad necesaria como para resolver los detalles de los sistemas meteorológicos de su atmósfera. Gracias a las prestaciones del JWST se pudo obtener una visión tridimensional de los sistemas meteorológicos de Júpiter: las nubes más elevadas aparecen brillantes en estas imágenes, y las nubes más profundas aparecen como regiones oscuras. Además, las observaciones efectuadas por el JWST fueron diseñadas para obtener una medida de los movimientos de la atmósfera tomando dos series de imágenes separadas por una rotación completa del planeta, lo que permitió realizar un estudio detallado de los movimientos de las nubes.

Imagen 3: Estructura de los vientos zonales en Júpiter a partir de observaciones en longitudes de onda visibles (perfil blanco) y en diferentes filtros utilizados en el estudio (líneas de color como se indica en la figura). La imagen de fondo es una combinación de imágenes del JWST sensibles a las nieblas superiores. Panel izquierdo: Estructura general de los vientos zonales. Panel derecho: Región ecuatorial con la nueva corriente en chorro observada en las nieblas superiores. Crédito: NASA/ESA/CSA y Jupiter Early Release Science team.

Una nueva corriente en chorro en el Ecuador del planeta

Las imágenes del JWST mostraron que en las nieblas que cubren el ecuador los movimientos que se producen son muy diferentes a los observados en las nubes inferiores. Estas nieblas son tan tenues, que no pueden apreciarse detalles en ellas en observaciones obtenidas desde la Tierra o incluso por diferentes misiones espaciales. Sin embargo, las detalladas imágenes del JWST muestran que al nivel de estas nieblas los vientos alcanzan velocidades de 500 km/h, mientras que en las nubes inferiores, situadas 30 km por debajo, tan solo alcanzan los 250 km/h.

Un fenómeno universal en Gigantes Gaseosos

En el estudio publicado en Nature Astronomy se compara este nuevo jet de Júpiter con la estructura de la corriente en chorro ecuatorial del gigante gaseoso Saturno, donde el Grupo de Ciencias Planetarias de la UPV/EHU encontró en el año 2009 una estructura de vientos muy parecida a la revelada ahora en Júpiter, y descubierta en Saturno gracias a observaciones realizadas por la nave Cassini de NASA [2-3]. En ambos planetas, existe un jet ecuatorial rápido y estrecho a una altura de unos 200 mbar, trazado por el rápido movimiento de nieblas ecuatoriales. Tanto en Júpiter como en Saturno, los jets ecuatoriales elevados pueden estar relacionados con variaciones globales de temperatura que ocurren en las atmósferas de estos planetas de manera cíclica cada pocos años, pero que se pensaba estaban limitadas en altura en niveles de la estratosfera a alturas de 30-150 km por encima del nivel de la nueva corriente en chorro ecuatorial. Si el nuevo jet de Júpiter está relacionado con estas oscilaciones de temperatura de la atmósfera superior, entonces la corriente en chorro ecuatorial debería tener una intensidad variable tanto en Júpiter como en Saturno, y además en niveles mucho más profundos de lo que pueden explicar los modelos atmosféricos existentes. Estos intrigantes fenómenos se producen cerca de la tropopausa de Júpiter y Saturno, exactamente allí donde la dinámica atmosférica cambia por el efecto de desvanecimiento de las fuerzas de Coriolis, y donde las propiedades térmicas de la atmósfera cambian drásticamente. Las futuras observaciones del JWST tanto de Júpiter como de Saturno pueden arrojar nueva luz sobre estos fenómenos.