Júpiter no es como creíamos: científicos redefinen su tamaño y su forma tras 50 años

* Este contenido fue producido por expertos del Instituto Weizmann de Ciencias, uno de los centros más importantes del mundo de investigación básica multidisciplinaria en el campo de las ciencias naturales y exactas, situado en la ciudad de Rejovot, Israel.

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Durante más de 50 años, creímos conocer el tamaño y la forma de Júpiter, el planeta más grande del sistema solar. Ahora, investigadores del Instituto Weizmann de Ciencias han revisado ese conocimiento utilizando nuevos datos y tecnología.

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En un nuevo estudio publicado en Nature Astronomy, los científicos de Weizmann, que dirigieron un equipo internacional de Italia, Estados Unidos, Francia y Suiza, proporcionan la determinación más precisa hasta el momento del tamaño y la forma de Júpiter.

Instituto Weizmann

“Con solo conocer la distancia a Júpiter y observar su rotación, es posible determinar su tamaño y forma”, afirma el profesor Yohai Kaspi, del Departamento de Ciencias Terrestres y Planetarias de Weizmann. “Pero realizar mediciones realmente precisas requiere métodos más sofisticados”.

“La forma de Júpiter, tal como se entendía hasta ahora, fue derivada por investigadores a partir de tan solo seis mediciones realizadas hace casi cinco décadas por las misiones Voyager y Pioneer de la NASA, que enviaron haces de radio desde la nave espacial a la Tierra”, explica el Dr. Eli Galanti, científico sénior que dirigió la investigación en el equipo de Kaspi. “Esas misiones sentaron las bases, pero ahora tenemos la excepcional oportunidad de liderar el análisis de hasta 26 nuevas mediciones realizadas por la nave espacial Juno de la NASA”.

Lanzada en 2011 y orbitando Júpiter desde 2016, Juno ha estado enviando a la NASA flujos de datos sin procesar. Cuando la NASA extendió la misión en 2021 para que la nave pudiera seguir estudiando Júpiter y sus lunas más de cerca, la nueva trayectoria ampliada de Juno la colocó en una órbita que le permitió pasar por detrás de Júpiter desde el punto de vista de la Tierra, algo que su órbita anterior nunca hizo.

Juno

“El paso de Juno por detrás de Júpiter brinda la oportunidad de alcanzar nuevos objetivos científicos. Cuando la nave espacial pasa por detrás del planeta, su señal de radiocomunicación es bloqueada y desviada por la atmósfera de Júpiter. Esto permite una medición precisa del tamaño de Júpiter”, afirma el Dr. Scott J. Bolton, investigador principal de Juno, del Instituto de Investigación del Suroeste en San Antonio, Texas.

El equipo de Juno en Weizmann aprovechó esta nueva oportunidad. “Rastreamos cómo se curvan las señales de radio al atravesar la atmósfera de Júpiter, lo que nos permitió traducir esta información en mapas detallados de la temperatura y la densidad de Júpiter, generando la imagen más clara hasta la fecha del tamaño y la forma del planeta gigante", afirma Maria Smirnova, estudiante de doctorado del grupo de Kaspi, quien desarrolló una técnica especial para procesar los nuevos datos de Juno.

Los nuevos hallazgos muestran que Júpiter es ligeramente más pequeño de lo estimado previamente: tiene unos 8 km menos de ancho en el ecuador y 24 km más plano en los polos. En otras palabras, es más aplanado en comparación con evaluaciones previas. “Habrá que actualizar los libros de texto”, afirma Kaspi. “El tamaño de Júpiter no ha cambiado, por supuesto, pero sí la forma en que lo medimos”.

“Estos pocos kilómetros son importantes”, explica Galanti. “Al modificar ligeramente el radio, nuestros modelos del interior de Júpiter se ajustan mucho mejor tanto a los datos de gravedad como a las mediciones atmosféricas”.

Esta implicación fue comprobada por otra estudiante de doctorado del grupo de Kapsi, Maayan Ziv. “Estábamos en una posición privilegiada para utilizar nuestros modelos de vanguardia para la estructura de densidad interior de Júpiter y demostrar que la forma refinada ayuda a acortar la distancia entre los modelos y las mediciones”, afirma Ziv.

Este estudio también tiene implicaciones más amplias para comprender la estructura de los planetas gaseosos en general, ya que Júpiter sirve como referencia estándar para el estudio de los gigantes gaseosos dentro del sistema solar y más allá.

Kaspi también señala que las mediciones anteriores no tuvieron en cuenta los fuertes vientos de Júpiter. Al incluir estos vientos extremos en sus cálculos, el equipo de Weizmann aclaró discrepancias que existían desde hacía tiempo en mediciones anteriores. “Es difícil ver qué sucede bajo las nubes de Júpiter, pero los datos de radio nos ofrecen una perspectiva de la profundidad de los vientos zonales y los potentes huracanes de Júpiter”, explica Kaspi.

El trabajo sobre los vientos se vincula con un estudio reciente de Kaspi y el Dr. Nimrod Gavriel, graduado del grupo de Kaspi, sobre los vastos ciclones polares de Júpiter. Dicho estudio, publicado en PNAS , utilizó mediciones de Juno del movimiento de estos ciclones para predecir la profundidad a la que se extienden en el interior. En general, una mejor comprensión de los vientos de Júpiter permite a los científicos dilucidar la relación entre la atmósfera del planeta y su interior profundo. Su predicción fue confirmada recientemente por mediciones de microondas realizadas por la sonda espacial Juno.

“Esta investigación nos ayuda a comprender cómo se forman y evolucionan los planetas”, afirma Kaspi. “Es probable que Júpiter fuera el primer planeta del sistema solar en formarse, y al estudiar lo que ocurre en su interior, nos acercamos a comprender cómo se formaron el sistema solar y planetas como el nuestro”.

De cara al futuro, las técnicas desarrolladas en estos estudios servirán al equipo durante el análisis de los datos de la nave espacial no tripulada JUICE de la Agencia Espacial Europea, lanzada en 2023. La misión lleva un instrumento diseñado por Weizmann que permitirá una visión más profunda de la atmósfera del planeta.

Según las mediciones actualizadas, el radio ecuatorial de Júpiter es aproximadamente un 7 % mayor que su radio polar. En comparación, el radio ecuatorial de la Tierra supera a su radio polar en tan solo un 0,33 %. Esto significa que Júpiter es aproximadamente 20 veces más plano que la Tierra, debido a los efectos combinados de la rápida rotación del gigante gaseoso, su compleja estructura interna y los vientos atmosféricos.

También participaron en el estudio Matteo Fonsetti, Andrea Caruso, Paolo Tortora y Marco Zannoni de la Universidad de Bolonia, Italia; Dustin R. Buccino, Steven M. Levin, Marzia Parisi y Ryan S. Park del Laboratorio de Propulsión a Chorro, Instituto Tecnológico de California, EE. UU.; William B. Hubbard de la Universidad de Arizona, EE. UU.; Burkhard Militzer de la Universidad de California, Berkeley, EE. UU.; Tristan Guillot del Observatorio de la Costa Azul, Francia; Ravit Helled de la Universidad de Zúrich, Suiza; Paul Steffes del Instituto Tecnológico de Georgia, EE. UU.; y Paul Withers de la Universidad de Boston, EE. UU.

La investigación del profesor Yohai Kaspi cuenta con el apoyo del Centro Helen Kimmel de Ciencias Planetarias, el Instituto de Inteligencia Artificial de la Familia Knell y el Fondo de Impacto de Innovación de Mujeres Brenden-Mann. La misión Juno está gestionada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, una división de Caltech en Pasadena, California, para la Dirección de Misiones Científicas de la agencia en Washington.