Primera medida directa de una corriente en chorro en la estratosfera de Júpiter

• Título: First direct measurement of auroral and equatorial jets in the stratosphere of Jupiter.
• Autores/as: T. Cavalié, B. Benmahi, V. Hue, et al.
• Institución del primer autor: Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux.
• Estado del artículo: publicado en A&A Letters, acceso abierto.

¿Sabías que un avión tarda mucho menos en volar desde EEUU a Europa que en hacerlo a la inversa? ¿Sabes a qué es debido? Como alguien ya habrá adivinado, esto se debe a la existencia de las corrientes en chorro (jet stream, en inglés). Estas son corrientes de aire estrechas y fuertes que en la Tierra están situadas a unos 10 km de altura y alcanzan velocidades de más de 300km/h. En el artículo que presentamos hoy, un grupo de investigación ha logrado medir directamente corrientes en chorro en la estratosfera de Júpiter, alcanzando velocidades de hasta 400 m/s (es decir, ¡1440 km/h!). Este hecho, ya sorprendente de por sí, lo es más cuando conocemos cómo han logrado medirlo: utilizando los restos de un cometa que chocó contra Júpiter en 1994…

El cometa Shoemaker-Levy 9

En marzo de 1993 la astrónoma Carolyn Shoemaker y los astrónomos Eugene Shoemaker y David Levy descubrieron un cometa que estaba orbitando el planeta Júpiter, al que se llamó Shoemaker-Levy 9. Sólo dos meses después, el 22 de mayo, se publicaron cálculos de la órbita del cometa que predecían que impactaría contra Júpiter en menos de 30 días, entre el 16 y el 22 de julio, lo cual fue toda una sorpresa. Y así lo hizo, convirtiéndose en uno de los eventos astronómicos del siglo XX, seguido a nivel mundial y siendo el primer impacto de un cometa contra un planeta que se iba a poder seguir en directo. Pero, ¿qué tiene que ver esto con el artículo del que estamos hablando?

Al impactar en Júpiter, el cometa Shoemaker-Levy 9 proporcionó a la atmósfera del planeta (entre otras cosas) moléculas de cianuro de hidrógeno (HCN) y monóxido de carbono (CO). Estas son las dos moléculas que ha utilizado el grupo de investigación para medir la velocidad del viento en la estratosfera de Júpiter. Varios estudios habían estimado que la concentración de ambas moléculas se habría diseminado de forma uniforme por toda la atmósfera precisamente en la fecha en la que el equipo de investigación realizó las observaciones, en 2017.

Medidas anteriores y actuales

¿No se había medido anteriormente la velocidad del viento en Júpiter? La respuesta directa es sí, solo que en capas inferiores. Numerosos estudios han medido y caracterizado la velocidad del viento en la atmósfera de Júpiter utilizando sus nubes como trazadores, pero a partir de cierta altura (donde se encuentra la estratosfera) no hay nubes visibles con las que realizar mediciones, por lo que dicha capa atmosférica había permanecido esquiva para los grupos de investigación. Ahora, el equipo firmante del artículo ha conseguido detectar las líneas de emisión en radio de las moléculas de HCN y CO en la atmósfera de Júpiter. Midiendo el desplazamiento de estas líneas de la que sería su posición en reposo, han podido estimar la velocidad a la que dichas moléculas se estaban moviendo.

Las mediciones han sido realizadas con el radio-telescopio ALMA, utilizando 42 de sus antenas, de 12 metros de diámetro cada una, trabajando simultáneamente. La presión atmosférica de un planeta es menor cuanto más arriba nos encontramos, por otro lado la estratosfera de Júpiter comienza a partir de una presión menor a 50 mbar y la presión determina cómo de ancha es la línea de emisión de cada molécula. Es decir, cuanto más estrecha es la línea, a menor presión (o más alta) se encuentra  en la atmósfera. Las mediciones de CO se han realizado a 5 mbar de presión. Curiosamente, la molécula de HCN sólo se ha podido observar a 5 mbar en las zonas ecuatoriales, mientras que en las zonas polares se ha observado a 0.1 mbar (Figura 1), y es en estas zonas donde se han encontrado la mayor sorpresa: una corriente en chorro viajando a una velocidad de entre 300 y 400 m/s (1080 a 1440 km/h).

En la imagen superior de la Fig. 1 se observa la línea producida por HCN según si miramos en la zona ecuatorial (línea más ancha) o en la zona de los polos (línea estrecha). Por otro lado, en la imagen inferior vemos que la anchura de la línea de CO es similar tanto si miramos en zonas polares como en zonas ecuatoriales. La velocidad del viento viene dada por el efecto Doppler, que se mide observando el desplazamiento de la línea desde la que sería su posición natural: si está desplazada a mayor frecuencia es que el viento se está acercando, si se desplaza a menor frecuencia es que se está alejando.

Perfil de velocidad del viento

En la Figura 2 se puede observar la velocidad del viento medida según la latitud del planeta a la que nos encontramos. En el eje horizontal tenemos los grados de latitud y en el vertical la velocidad del viento con respecto al lugar de observación (la Tierra). La línea azul indica la velocidad del viento en el borde del Este del planeta y la línea roja indica la del borde Oeste.

Como se puede ver hay un pico de la línea roja (Este) en la zona del polo Sur que llega casi hasta los -400 m/s a una latitud de unos 70 grados Sur, mientras que en la misma región del polo Sur hay un pico en la línea azul (Oeste) a unos 85 grados Sur que fluye a unos 220 m/s. Según defiende el grupo firmante del artículo, ambos picos pertenecen a la misma corriente en chorro que circunvala el planeta en sentido prógrado (en el mismo sentido que rota el planeta) y que ha sido observada por primera vez. Cabe recordar que las corrientes en chorro pueden variar su latitud en varios grados ya que nunca son completamente circulares y también su velocidad, dependiendo de la atmósfera que las rodee.

Con este descubrimiento queda claro que la circulación del viento en la atmósfera de Júpiter no sólo es compleja en las zonas del ecuador, sino también en las zonas polares, pudiendo albergar aún descubrimientos inesperados. En todo caso, si alguna vez enviamos un avión para volar por la atmósfera de Júpiter, ¡ya sabemos por dónde ha de volar para ir más rápido!