El Sistema Solar (V): Júpiter, el Coloso

-Periodo orbital: 4.331,572 d
-Radio orbital medio: 740,57 x 106 km (4,950 UA)
-Masa: 1,90 x 1027 kg (317,8 MT)
-Radio: 71.492 km (11,209 RT)
-Gravedad en la superficie: 24,79 m/s2
-Satélites: 63

Nota: Todas las magnitudes están expresadas en unidades del SI, usando notación científica en los casos requeridos. 1UA ≈ 150 x 106 km, que es la distancia entre el Sol y la Tierra. MT = 5,9736 x 1024 kg, que es la masa de la Tierra y RT = 6.371 km su radio.

Por fin llegamos a la atracción de feria del Sistema Solar, el monstruo horripilante que acecha detrás del cinturón de asteroides.  Casi todo lo que se puede decir de él viene reflejado en las características que aparecen al principio. Pero empecemos con un orden.

Júpiter recibe su nombre del rey de los dioses de la mitología romana.  Es el primero y más grande de los gigantes gaseosos y por supuesto también es el más grande de los planetas del Sistema Solar. Debido a sus características se le ha llegado a dar la denominación de estrella fallida. Esto es debido a que está compuesto en su mayor parte por hidrógeno y helio. De hecho se calcular que si Júpiter tuviera “tan sólo” 50 veces más masa se empezarían a desencadenar la serie de reacciones que lo llevarían al estado de enana marrón.

Pero no os compadezcáis de él, Júpiter ya es lo suficientemente masivo. Es el único planeta del Sistema Solar cuyo baricentro (centro de masas) con el Sol se encuentra fuera de éste último. Quizá resulte más visual decir que es el único planeta que llega a tener una fracción apreciable, la milésima parte, de la masa del Sol y su radio es aproximadamente un décima parte (creedme, no lo querríais tener cerca).

Sin embargo Júpiter ha ido contrayéndose con el paso del tiempo. En ausencia de una fuente de energía interna como la del Sol, cuando la superficie del planeta se enfría se contrae. Al contraerse la presión en el interior aumenta y su temperatura con ella. El planeta emite entonces energía en forma de radiación. En el caso de Júpiter la energía emitida es mayor que la recibida del Sol lo que conlleva que se contraiga unos 2 cm por año. Se cree que en sus inicios podía llegar a tener hasta el doble de tamaño que en la actualidad. Este proceso, denominado mecanismo de Kelvin-Helmholtz, también se da en las estrellas pero en un grado mucho menor.

La composición interna de Júpiter es un tema sujeto a especulaciones y teorías. Aunque no podemos dar una descripción detallada, si que parece haber consenso en que en el centro se encuentra un núcleo de materiales muy denso. Las dudas asaltan a los científicos a la hora de determinar si el núcleo es rocoso o no, y por ahora no disponemos de datos suficientes para afirmar nada con seguridad. Rodeando al núcleo, se encuentra una capa de hidrógeno metálico con un espesor de más de 3/4 del radio del planeta.

Cuando se somete al hidrógeno a presiones lo suficientemente poderosas (como las que podemos encontrar en las capas internas de Júpiter) pasa a un estado de agregación diferente de los estados sólido, líquido y gaseosos que conocemos. Nos encontramos entonces con que los núcleos de hidrógeno se encuentran agrupados formando estructuras cristalinas y los electrones están desligados de los núcleos y actúan como los electrones libres de un metal.

Se cree por tanto que en esta capa se deben de alcanzar temperaturas de más de 10.000 ºC y presiones de 200 GPa (1 G = 1 Giga = 1 x 109) mientras que en las inmediaciones del núcleo se podrían alcanzar hasta 36.000 ºC y 4000 GPa. Supongo que ahora empezaréis a comprender porque recibe la denominación de estrella fallida.

Conforme nos alejamos de la capa de hidrógeno metálico y la temperatura desciende, el hidrógeno pasa a estado líquido primero y luego a estado gaseoso de forma gradual. La capas más exteriores conforman la atmósfera que llega a tener más de 5.000 km de espesor. Ya sea porque es la zona expuesta a la observaciones directas o por su complejidad intrínseca, la atmósfera de Júpiter es una de sus características más interesante y la vez llamativa.

Como se puede ver en la imagen que encabeza el artículo, Júpiter está continuamente cubierto por un denso manto de nubes compuesto en su mayor parte por cristales de amoniaco y hidrosulfuro de amonio.  También se puede ver que esta capa de nubes forma un patrón de bandas oscuras y claras paralelas al ecuador. No vamos a entrar en detalle de la composición y distribución de las diferentes zonas de las atmósfera de Júpiter, pero si que vamos a prestarle un poco de atención a esta capa de nubes, aunque sea solamente por su valor estético.

Como hemos dicho, la estructura de bandas se divide en dos tipos: las bandas oscuras llamadas cinturones y las claras llamadas zonas que se encuentra separadas entre sí por potentes corrientes de aire denominadas chorros (jets) que llegan a alcanzar hasta los 100 m/s. Los cinturones se corresponden con corrientes de aire descendente mientras que en la zonas las corrientes son ascendentes (no confundir con los chorros). En la Tierra también existen corrientes de este tipo y también toman las forma de bandas paralelas al Ecuador. Sin embargo, dada las diferencias cualitativas entre nuestro planeta y Júpiter todavía no se ha podido determinar el origen exacto de esta estructura de bandas en el gigante gaseoso. La causa de los distintos colores se sabe que está relacionado con la diferencia de composición de las zonas y los cinturones y la reacción de la luz ultravioleta procedente del Sol con los diferentes compuestos.

La atmósfera de Júpiter presentar un gran número de turbulencias de forma de vórtices, que no son más que los análogos de los ciclones y anticiclones que podemos ver todo los días en el parte meteorológico, con una clara predominancia de los últimos sobre los primeros tanto en número como en tamaño. A diferencia de lo que podemos ver en nuestro planeta, el tiempo de vida de estos vórtices puede ser desde una pocos días hasta cientos de años, dependiendo básicamente de su tamaño.

Los anticiclones se encuentra exclusivamente confinados en las zonas y tienen forma de óvalos. Se desplazan a lo largo de una misma zona pero permaneciendo aproximadamente en la misma latitud durante toda su vida. Sin duda el mayor representante de todos los vórtices de Júpiter es la Gran Mancha Roja (GRS por su siglas en inglés, Great Red Spot).

Con un tamaño tal que podría contener casi tres veces a la Tierra en su interior, la GRS se sabe que existe desde hace 180 años y se creen que puede haber existido desde hace más de 350 años (no hay observaciones anteriores).  Se encuentra a 22º al Sur del ecuador y tarda 6 días terrestres en completar una vuelta alrededor de Júpiter. Se sabe que en los últimos años ha reducido su tamaño y se ha vuelto menos ovalada, pudiendo llegar a ser circular alrededor del año 2040.

 

Imagen que muestra la GRS (derecha) y la Oval BA (izquierda).

En ocasiones pequeños anticiclones se pueden fusionar para formar uno más grande. Este es el caso del vórtice denominado Oval BA, que también recibe otros apodos cariñosos como la Mancha Roja Jr. o la Pequeña Mancha Roja que fue observado por primera vez en el año 2000 a partir de tres óvalos más pequeños cuyo origen se remonta a 1939.

¿Recordaís que mencionamos brevemente la razón por la que Marte no tenía apenas una magnetosfera que lo protegiera de los vientos solares? Si en efecto os acordáiss, sabréis que era porque, al carecer de un núcleo metálico líquido como la Tierra, no se podía generar el efecto dinamo que el generador del campo magnético de nuestro planeta. Pues bien, ahora imaginad el núcleo de la Tierra a escala mucho mayor y que además ese núcleo girar aun mas rápido.

Precisamente esa la situación que nos encontramos en Júpiter. Como ya hemos dicho, gran parte del interior de el gigante gaseoso está compuesto por hidrógeno metálico, que es un estado en el que los electrones están desligados de los núcleos y por lo tanto puede comportarse como los electrones libres de un metal. Como consecuencia de la rotación del planeta, estos electrones libres generan la mayor y más potente magnetosfera del Sistema Solar (sin considerar, por supuesto, la heliosfera del propio Sol). El campo magnético en el ecuador de Júpiter llega a ser unas 10 veces más potente que en la Tierra y la magnetosfera, por acción de los vientos solares, se extiende hasta casi alcanzar Saturno.

Esto no solo es impresionante de por sí sino que tiene consecuencias aun más interesantes. Una de las lunas de Júpiter, Ío, tiene un gran actividad volcánica. Como consecuencia, en su movimiento alrededor del planeta deja un estela de material escupido por sus volcanes, en su mayor parte dióxido de azufre, que es ionizado por las inmensas fuerzas magnéticas. Como resultado, tenemos que alrededor de Júpiter nos encontramos un grueso toro de plasma (toro es la palabra que se usa para referirse a objetos con “formas de rosquilla”). El giro de las partículas cargadas que conforman el plasma provoca a su vez una potente emisión de radiación en la zona de las ondas de radio.

Por si esto no fuera poco, parte de las partículas cargadas y parte de las partículas arrastradas por los vientos solares caen en “sumideros magnéticos” que las llevan hacia lo polos magnéticos, como pasa en la Tierra. El choque con la atmósfera de estas partículas que viajan a velocidades enormes origina una intensas auroras. El movimiento de estas partículas también genera ondas de radio cuyas variaciones están ligadas a la rotación de Júpiter. Esto ha llevado a los científicos a calificar a Júpiter como un púlsar de radio muy débil, dada la analogía entre los fenómenos producidos en el planeta y los que se dan en estos cuerpos celestes.

 

Auroras observadas en Júpiter.

Aunque Saturno es bien conocido por sus anillos, eso no excluye a otros planetas de poseer también un conjunto de ellos. Es el caso de Júpiter, donde la existencia de estos anillos ha quedado probablemente enmascarada por las dimensiones del planeta. A diferencia de los anillos de Saturno que están compuestos básicamente de hielo, los de Júpiter están compuestos fundamentalmente por polvo procedente de las eyecciones de algunos de sus 63 satélites, y son también mucho mas tenues.

De entre estos 63 satélites, destacan los llamados Satélites Galileanos, que son los cuatro con mayores dimensiones y que fueron observados por Galileo Galilei ( y por Simon Marius paralelamente) en 1610: Ío, Europa, Ganímedes y Calisto. Sus dimensiones son del orden de las de la Luna y las características que definen a cada uno de ellos son tan diferentes y peculiares que hace falta un artículo aparte para poder nombrarlas todas. El resto de los 59 satélites presenta un gran gama de tamaños, desde pequeños guijarros de un kilómetro de diámetro hasta enormes rocas de mas de 200 kilómetros.

Son muchas las cosas que nos hemos dejado en el tintero y que se podrían decir de Júpiter, tanto de su atmósfera como de su magnetosfera y otro muchos detalles adicionales. He intentado destacar los hechos más interesante científicamente y/o llamativos para el público en general. Se podrían llenar (y se han llenados) miles de artículos, tesis y noticias sobre Júpiter y nos seguirían faltando muchos detalles por descubrir. Y sin embargo estará siempre omnipresente con su portentosa presencia, protegiéndonos de los meteoritos y asteroides como un guardián incansable y esperando a que desentrañemos hasta sus más oscuros secretos. Quizá alguno de vosotros seáis los que lo consigáis.

PD: Feliz Año 2011.

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~ por Kleiser en 31 diciembre, 2010.

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