‘Relámpagos superficiales’ y ‘Mushballs’ revelan la presencia de amoníaco a los científicos de la Misión Juno de la NASA.


Esta ilustración utiliza datos obtenidos por la misión Juno de la NASA para representar tormentas eléctricas a gran altitud en Júpiter. La sensible cámara de la Unidad de referencia estelar de Juno detectó relámpagos inusuales en el lado oscuro de Júpiter durante los sobrevuelos al planeta por parte de la nave espacial. Crédito de imagen: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Gerald Eichstädt.

Nuevos resultados de la misión Juno de la NASA en Júpiter, sugieren que el planeta más grande de nuestro Sistema Solar es el hogar de lo que se llama “relámpagos superficiales”. Como una forma inesperada de descarga eléctrica, los relámpagos superficiales se originan en nubes que contienen una solución de agua y amoníaco, mientras que los relámpagos en la Tierra se originan en nubes de agua.

Estos nuevos hallazgos sugieren que las violentas tormentas eléctricas por las que se conoce al gigante gaseoso pueden formar granizo con gran cantidad de amoniaco que el equipo científico de Juno llama “Mushballs”. Teorizan que las Mushballs esencialmente secuestran amoníaco y agua en la atmósfera superior y las llevan a las profundidades de la atmósfera de Júpiter.

Los hallazgos de los relámpagos superficiales se publicarán el jueves 6 de agosto en la revista Nature, mientras que la investigación de las Mushballs está actualmente disponible en línea en el Journal of Geophysical Research: Planets.

Desde que la misión Voyager de la NASA vio por primera vez los relámpagos de Júpiter en 1979, se ha pensado que los rayos del planeta son similares a los de la Tierra, ocurriendo solo en tormentas donde el agua existe en todas sus fases: hielo, líquido y gas. En Júpiter esto colocaría las tormentas alrededor de 45 a 65 kilómetros por debajo de las nubes visibles, con temperaturas que rondan los 0 grados Celsius, la temperatura a la que el agua se congela. La Voyager vio los rayos como puntos brillantes en las nubes de Júpiter, lo que sugiere que los destellos se originaron en nubes de aguas profundas, pero los relámpagos observados en el lado oscuro de Júpiter por la Unidad de Referencia Estelar de Juno cuentan una historia diferente.

“Los sobrevuelos cercanos de Juno sobre las nubes nos permitieron ver algo sorprendente, destellos más pequeños y menos profundos, que se originaron en altitudes mucho más altas en la atmósfera de Júpiter de lo que se suponía anteriormente posible”, dijo Heidi Becker, líder de Investigación de Monitoreo de Radiación de Juno en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el Sur California y autora principal del artículo de Nature.

Becker y su equipo sugieren que las poderosas tormentas eléctricas de Júpiter arrojan cristales de hielo de agua a la atmósfera del planeta, a más de 25 kilómetros por encima de las nubes de agua de Júpiter, donde encuentran vapor de amoníaco atmosférico que derrite el hielo, formando una nueva solución de agua y amoníaco. A una altitud tan elevada, las temperaturas están por debajo de menos 88 grados Celsius, demasiado frío para que exista agua líquida pura.

“En estas altitudes, el amoníaco actúa como un anticongelante, bajando el punto de fusión del hielo de agua y permitiendo la formación de una nube con líquido de amoníaco-agua”, dijo Becker. “En este nuevo estado, las gotas de líquido de amoníaco-agua que caen pueden chocar con los cristales de hielo de agua y electrificar las nubes. Esto fue una gran sorpresa, ya que las nubes de agua de amoníaco no existen en la Tierra”.

Los relámpagos poco profundos forman parte de otro enigma sobre el funcionamiento interno de la atmósfera de Júpiter: el instrumento del radiómetro de microondas de Juno descubrió que el amoníaco se había agotado, faltaba de la mayor parte de la atmósfera de Júpiter. Aún más desconcertante fue descubrir que la cantidad de amoníaco cambia a medida que uno se mueve dentro de la atmósfera de Júpiter.

“Anteriormente, los científicos se dieron cuenta de que faltaban pequeñas porciones de amoníaco, pero nadie se dio cuenta de la profundidad de estos cúmulos o de que cubrían la mayor parte de Júpiter”, dijo Scott Bolton, investigador principal de Juno en el Southwest Research Institute en San Antonio. “Estábamos luchando por explicar el agotamiento del amoníaco solo con lluvia de agua de amoníaco, pero la lluvia no podía ser lo suficientemente profunda como para igualar las observaciones. Me di cuenta de que un sólido, como una piedra de granizo, podría profundizarse y absorber más amoníaco. Cuando Heidi descubrió los relámpagos superficiales, nos dimos cuenta de que teníamos pruebas de que el amoníaco se mezclaba con agua en la atmósfera y, por lo tanto, el relámpago era una pieza clave del rompecabezas”.


Este gráfico representa el proceso evolutivo de los “relámpagos superficiales” y las “Mushballs” en Júpiter. Crédito de imagen: NASA / JPL-Caltech / SwRI / CNRS.

Mushballs Jovianas

Un segundo artículo, publicado ayer en el Journal of Geophysical Research: Planets, visualiza la extraña mezcla de 2/3 de agua y 1/3 de gas de amoníaco que se convierte en la semilla de las piedras de granizo jovianas, conocidas como Mushballs. Las Mushballs, que consisten en capas de granizados de agua-amoníaco y hielo, cubiertos por una corteza de hielo de agua más gruesa, se generan de manera similar a la del granizo en la Tierra: crecen a medida que se mueven hacia arriba y hacia abajo por la atmósfera.

“Eventualmente, las Mushballs se vuelven tan grandes que incluso las corrientes ascendentes no pueden mantenerlas, y caen más profundamente en la atmósfera, encontrando temperaturas aún más cálidas, donde eventualmente se evaporan por completo”, dijo Tristan Guillot, un co-investigador de Juno, de la Universidad Côte d’Azur en Niza, Francia, y autor principal del segundo artículo. “Su acción arrastra el amoníaco y el agua a niveles profundos en la atmósfera del planeta. Eso explica por qué no vemos mucho en estos lugares con el Radiómetro de microondas de Juno”.

“Combinar estos dos resultados fue imprescindible para resolver el misterio del amoníaco perdido de Júpiter”, dijo Bolton. “Resultó que en realidad no falta el amoníaco; simplemente se transporta hacia abajo encapsulado, se ha camuflado mezclándose con agua. La solución es muy simple y elegante con esta teoría: cuando el agua y el amoníaco están en un estado líquido, son invisibles para nosotros hasta que alcanzan una profundidad donde se evaporan, y eso es a bastante profundidad”.

Comprender la meteorología de Júpiter nos permite desarrollar teorías de la dinámica atmosférica para todos los planetas de nuestro Sistema Solar, así como para los exoplanetas que se descubren fuera de nuestro Sistema Solar. La comparación de cómo funcionan las tormentas violentas y la física atmosférica en todo el Sistema Solar permite a los científicos planetarios probar teorías en diferentes condiciones.

Juno, el explorador de Júpiter con energía solar se lanzó hace nueve años hoy, el 5 de agosto de 2011. Y el mes pasado marcó el cuarto aniversario de su llegada a Júpiter. Desde que ingresó en la órbita del gigante gaseoso, Juno ha realizado 27 sobrevuelos científicos y registrado más de 483 millones de kilómetros.