Juno: Els resultats científics ofereixen la primera visió en 3D de l'atmosfera de Júpiter

Clic per engrandir. L'aspecte de les bandes de Júpiter és creat per la "capa meteorològica"
que forma els núvols. Aquesta imatge composta mostra vistes de Júpiter (d'esquerra a dreta)
en llum infraroja i visible preses pel telescopi Gemini North i el telescopi espacial Hubble de
la NASA, respectivament. Crèdits: Observatori Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/NASA/ESA,
M.H. Wong i I. de Pater et al. (UC Berkeley).

Les noves troballes de la sonda Juno de la NASA que orbita al voltant de Júpiter proporcionen una imatge més completa de com les característiques atmosfèriques distintives i acolorides del planeta ofereixen pistes sobre els processos invisibles que hi ha sota els seus núvols. Els resultats destaquen el funcionament intern dels cinturons i zones de núvols que envolten Júpiter, així com els seus ciclons polars i fins i tot la Gran Taca Vermella.

Els investigadors han publicat avui diversos articles sobre els descobriments atmosfèrics de Juno a les revistes Science i Journal of Geophysical Research: Planets. Altres articles apareixen en dos números recents de Geophysical Research Letters. 

"Aquestes noves observacions de Juno obren un tresor de nova informació sobre les enigmàtiques característiques observables de Júpiter", va dir Lori Glaze, directora de la Divisió de Ciències Planetàries de la NASA a la seu de l'agència a Washington. "Cada article dóna llum sobre diferents aspectes dels processos atmosfèrics del planeta, un meravellós exemple de com els nostres equips científics de diversitat internacional enforteixen la comprensió del nostre sistema solar".

Juno va entrar a l'òrbita de Júpiter el 2016. Durant cadascuna de les 37 passades de la nau pel planeta fins ara, un conjunt especialitzat d'instruments ha mirat per sota de la seva turbulenta coberta de núvols. 

"Anteriorment, Juno ens va sorprendre amb indicis que els fenòmens a l'atmosfera de Júpiter eren més profunds del que s'esperava", va dir Scott Bolton, investigador principal de Juno de l'Institut de Recerca del Sud-oest a San Antonio i autor principal de l'article del Journal Science sobre la profunditat dels vòrtex de Júpiter. "Ara, estem començant a unir totes aquestes peces individuals i a obtenir la nostra primera comprensió real de com funciona la bella i violenta atmosfera de Júpiter en 3D".

El radiòmetre de microones (MWR) de Juno permet als científics de la missió treure el cap per sota dels cims dels núvols de Júpiter i sondejar l'estructura de les nombroses tempestes de vòrtex. La més famosa d'aquestes tempestes és l'icònic anticicló conegut com la Gran Taca Vermella. Més ample que la Terra, aquest vòrtex carmesí ha intrigat els científics des del seu descobriment fa gairebé dos segles. 

Clic per engrandir. Aquesta il·lustració combina una imatge de Júpiter de l'instrument JunoCam
a bord de la nau espacial Juno de la NASA amb una imatge composta de la Terra per representar
la mida i la profunditat de la Gran Taca Roja de Júpiter. Crèdits: Dades de la imatge
JunoCam: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS; Processament de la imatge JunoCam per Kevin
M. Gill (CC BY); Imatge de la Terra: NASA

Els nous resultats mostren que els ciclons són més càlids a la part superior, amb densitats atmosfèriques més baixes, mentre que són més freds a la part inferior, amb densitats més altes. Els anticiclons, que giren en sentit contrari, són més freds a la part superior però més càlids a la inferior.

Les troballes també indiquen que aquestes tempestes són molt més altes del que s'esperava, ja que algunes s'estenen 60 milles (100 quilòmetres) per sota dels cims dels núvols i d'altres, incloent-hi la Gran Taca Vermella, s'estenen més de 200 milles (350 quilòmetres). Aquest sorprenent descobriment demostra que els vòrtexs cobreixen regions més enllà d'aquelles on es condensa l'aigua i es formen els núvols, per sota de la profunditat on la llum solar escalfa l'atmosfera.

L'alçada i la mida de la Gran Taca Vermella fan que la concentració de massa atmosfèrica dins de la tempesta pugui ser detectada pels instruments que estudien el camp gravitatori de Júpiter. Dos sobrevols propers de Juno sobre la taca més famosa de Júpiter van oferir l'oportunitat de cercar la firma gravitatòria de la tempesta i complementar els resultats del MWR sobre la seva profunditat.

Amb Juno viatjant a baixa altura sobre la coberta de núvols de Júpiter a unes 130.000 mph (209.000 kph), els científics de la Juno van poder mesurar canvis de velocitat tan petits com 0,01 mil·límetres per segon utilitzant una antena de seguiment de la Xarxa d'Espai Profund de la NASA, des d'una distància de més de 400 milions de milles (650 milions de quilòmetres). Això va permetre a l'equip limitar la profunditat de la Gran Taca Vermella a uns 500 quilòmetres per sota del cim dels núvols.

"La precisió requerida per obtenir la gravetat de la Gran Taca Vermella durant el sobrevol del juliol del 2019 és sorprenent", va dir Marzia Parisi, científica de Juno del Laboratori de Propulsió a Raig de la NASA (JPL) al sud de Califòrnia i autora principal d'un article publicat a la revista Science sobre els sobrevols gravitatoris de la Gran Taca Vermella. "Poder complementar la troballa de MWR en profunditat ens dóna una gran confiança que els futurs experiments gravitatoris a Júpiter donaran resultats igualment intrigants".

Bandes i zones

A més dels ciclons i anticiclons, Júpiter és conegut pels seus característics cinturons i zones: bandes blanques i vermelloses de núvols que envolten el planeta. Les bandes estan separades per vents forts d'est a oest que es mouen en adreces oposades. Juno va descobrir anteriorment que aquests vents, o corrents en raig, arriben a profunditats d'unes 2.000 milles (aproximadament 3.200 quilòmetres). Els investigadors continuen tractant de resoldre el misteri de com es formen els corrents en raig. Les dades recollides pel MWR de Juno durant múltiples passades revelen una possible pista: que el gas amoníac de l'atmosfera es desplaça cap amunt i cap avall en una alineació notable amb els corrents en raig observats.

"En seguir l'amoníac, trobem cèl·lules de circulació tant a l'hemisferi nord com al sud que són de naturalesa similar a les 'cèl·lules Ferrel', que controlen gran part del nostre clima aquí a la Terra", va dir Keren Duer, estudiant de postgrau de l'Institut de Ciències Weizmann d'Israel i autora principal de l'article de Journal Science sobre les cèl·lules similars a les Ferrel a Júpiter. "Mentre que la Terra té una cèl·lula Ferrel per hemisferi, Júpiter en té vuit cadascuna almenys 30 vegades més gran".

Les dades del MWR de Juno també mostren que els cinturons i les zones experimenten una transició al voltant de 65 quilòmetres per sota dels núvols d'aigua de Júpiter. A poca profunditat, els cinturons de Júpiter són més brillants en llum de microones que les zones veïnes. Però a nivells més profunds, per sota dels núvols d'aigua, passa el contrari, cosa que revela una similitud amb els nostres oceans.

Clic per engrandir. Instruments a bord de la nau Juno. Crèdit: NASA. Infografia en català: Sci-Bit

Anomenem a aquest nivell la "Joviclina" per analogia amb la capa de transició que s'observa als oceans de la Terra, coneguda com a termoclina, on l'aigua del mar passa bruscament de ser relativament càlida a relativament freda", explica Leigh Fletcher, científic participant a Juno de la Universitat de Leicester (Regne Unit) i autor principal de l'article publicat al Journal of Geophysical Research: Planets, a on es destaquen les observacions per microones de Juno dels cinturons i zones temperades de Júpiter.

Ciclons polars

Juno va descobrir anteriorment disposicions poligonals de tempestes ciclòniques gegants en ambdós pols de Júpiter: vuit disposades en un patró octogonal al nord i cinc disposades en un patró pentagonal al sud. Ara, cinc anys més tard, els científics de la missió, utilitzant les observacions del Mapejador Auroral Infraroig Jovià (JIRAM) de la nau, han determinat que aquests fenòmens atmosfèrics són extremadament resistents, romanents a la mateixa ubicació.

"Els ciclons de Júpiter s'afecten mútuament en el seu moviment, cosa que fa que oscil·lin al voltant d'una posició d'equilibri", explica Alessandro Mura, coinvestigador de Juno a l'Institut Nacional d'Astrofísica de Roma i autor principal d'un article publicat recentment a Geophysical Research Letters sobre les oscil·lacions i l'estabilitat dels ciclons polars de Júpiter. "El comportament d'aquestes lentes oscil·lacions suggereix que tenen arrels profundes".

Les dades del JIRAM també indiquen que, igual que els huracans a la Terra, aquests ciclons volen avançar cap als pols, però els ciclons situats al centre de cada pol els fan retrocedir. Aquest equilibri explica on resideixen els ciclons i els diferents números a cada pol.

Més sobre la missió

JPL, és una divisió de Caltech a Pasadena, Califòrnia, que  gestiona la missió Juno. Juno forma part del Programa de Noves Fronteres de la NASA, que es gestiona al Centre de Vol Espacial Marshall de la NASA a Huntsville, Alabama, per al Directori de Missions Científiques de l'agència a Washington. Lockheed Martin Space, de Denver, va construir i opera la nau espacial.

Podeu obtenir més informació sobre Juno fent un clic aquí.

Ho he vist aquí.