Persiguiendo tormentas interplanetarias

Crédito del Video: Kai-Jae Wang/Harvard Staff.

Un nuevo modelo 3D podría explicar la formación de una tormenta hexagonal en Saturno

Introducción

Con su deslumbrante sistema de anillos helados, Saturno ha sido un tema de fascinación desde la antigüedad. Incluso ahora, el sexto planeta desde el Sol encierra muchos misterios, en parte porque su distancia dificulta la observación directa. También en parte porque este gigante gaseoso tiene una composición y atmósfera, principalmente hidrógeno y helio muy distinta a la de la Tierra. Aprender más sobre él podría arrojar algunas ideas sobre la creación del propio Sistema Solar.

Uno de los misterios de Saturno tiene que ver con la tormenta masiva en forma de hexágono en su polo norte. El vórtice de seis lados es un fenómeno atmosférico que ha fascinado a los científicos planetarios desde su descubrimiento en la década de 1980. Fue entonces fotografiado por el programa estadounidense Voyager y también en la posterior visita en 2006 de la misión estadounidense-europea Cassini-Huygens. La tormenta tiene aproximadamente 32000 kilómetros de diámetro y está bordeada por bandas de vientos que soplan hasta 480 kilómetros por hora. Un huracán como este no existe en ningún otro planeta o luna conocida.

Esta colorida vista de la misión Cassini es la vista de más alta resolución de «el hexágono». Es una corriente en chorro única de seis lados en el polo norte de Saturno. Esta película, hecha a partir de imágenes obtenidas por las cámaras de imágenes de Cassini, es la primera en mostrar el hexágono en filtros de color. También es la primera película en mostrar una vista completa desde el polo norte hasta unos 70 grados de latitud norte. Más información.
Crédito: NASA Solar System Exploration / Cassini.

Los investigadores y sus objetivos

Dos de los muchos científicos convertidos en cazadores de tormentas interplanetarios trabajan para descubrir los secretos de esta maravilla. Uno es Jeremy Bloxham , el Profesor Mallinckrodt de Geofísica. El otro es el Investigador Asociado Rakesh K.Yadav, del Laboratorio Bloxham en el Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias de Harvard. En un artículo publicado recientemente en PNAS, los investigadores comenzaron a pensar en cómo surgió el vórtice.

«Vemos tormentas en la Tierra con regularidad y siempre son en espiral, a veces circulares, pero nunca con segmentos hexagonales o polígonos con bordes», dijo Yadav. “Eso es realmente sorprendente y completamente inesperado. [La pregunta en Saturno es] ¿cómo se formó un sistema tan grande y cómo puede un sistema tan grande permanecer sin cambios en este planeta?«

Al crear un modelo de simulación en 3D de la atmósfera de Saturno, Yadev y Bloxham creen que se están acercando a una respuesta.

Explicando la física de la tormenta

Ellos dicen que el huracán de aspecto antinatural ocurre cuando los flujos atmosféricos en las profundidades de Saturno crean vórtices grandes y pequeños. Éstos, también conocidos como ciclones, rodean una corriente en chorro horizontal más grande que sopla hacia el este cerca del polo norte del planeta. Esta corriente en chorro también tiene una serie de tormentas dentro de ella. Las tormentas más pequeñas interactúan con el sistema más grande y, como resultado, pellizcan efectivamente el chorro confinándolo a la parte superior del planeta. El proceso de pellizco deforma la corriente en un hexágono.

«Este jet está dando vueltas permanentemente alrededor del planeta, y tiene que coexistir con estas tormentas localizadas [más pequeñas]», dijo Yadav, autor principal del estudio. Piénselo así: “Imagine que tenemos una banda elástica y colocamos un montón de bandas elásticas más pequeñas alrededor y luego apretamos todo desde el exterior. Ese anillo central se comprimirá algunas pulgadas y producirá una forma extraña con un cierto número de bordes. Esa es básicamente la física de lo que está sucediendo. Tenemos estas tormentas más pequeñas y básicamente están pellizcando las tormentas más grandes en la región polar. Dado que tienen que coexistir, de alguna manera tienen que encontrar un espacio para albergar básicamente cada sistema. Al hacer eso, terminan creando esta forma poligonal «.

El modelo, la simulación de la tormenta y el papel de la convección

El modelo que crearon los investigadores sugiere que la tormenta tiene miles de kilómetros de profundidad, muy por debajo de las nubes de Saturno. La simulación imita la capa exterior del planeta y cubre solo alrededor del 10 por ciento de su radio. Los científicos realizaron un experimento de un mes, mediante una simulación por computadora considerando un fenómeno llamado convección térmica profunda. Esta ocurre cuando el calor se transfiere de un lugar a otro por el movimiento de fluidos o gases. La simulación mostró que puede dar lugar inesperadamente a flujos atmosféricos creando grandes ciclones y un patrón de chorro de alta latitud hacia el este. Cuando estos se mezclan en la parte superior, se produce una forma inesperada. Debido a que las tormentas se forman en las profundidades del planeta, los científicos dijeron que hace que el hexágono sea furioso y persistente.

La convección es la misma fuerza que causa tornados y huracanes en la Tierra. Es similar a hervir una olla de agua: el calor del fondo se transfiere a la superficie más fría, lo que hace que la parte superior burbujee. Esto es lo que se cree que causa muchas de las tormentas en Saturno. Éste como gigante gaseoso, no tiene una superficie sólida como la de la Tierra.

«El patrón de flujo hexagonal en Saturno es un ejemplo sorprendente de autoorganización turbulenta», escribieron los investigadores en el artículo de Junio. “Nuestro modelo produce de forma simultánea y autoconsistente chorros zonales alternos, el ciclón polar y estructuras poligonales en forma de hexágono. Son similares a las observadas en Saturno”. 

Sin embargo, lo que no produjo el modelo fue un hexágono. En cambio, la forma que vieron los investigadores era un polígono de nueve lados que se movía más rápido que la tormenta de Saturno. Aún así, la forma sirve como prueba de concepto para la tesis general sobre cómo se forma la majestuosa forma. También para explicar por qué ha permanecido relativamente sin cambios durante casi 40 años.

Un poco de historia

El interés en la tormenta hexagonal de Saturno se remonta a 1988, Fue cuando el astrónomo David A. Godfrey analizó los datos de sobrevuelo de los pasos de Saturno de 1980 y 1981 de las Voyager. Entonces informó del descubrimiento. Posteriormente, de 2004 a 2017, la nave Cassini capturó algunas de las imágenes más claras y conocidas de la anomalía antes de sumergirse en Saturno.

Se sabe relativamente poco sobre la tormenta porque Saturno tarda 30 años en orbitar el Sol. Por lo que los polos alternan en la oscuridad durante ese tiempo. Cassini, por ejemplo, solo tomó imágenes térmicas de la tormenta cuando llegó por primera vez en 2004. Incluso cuando el Sol brilla en el polo norte de Saturno, las nubes son tan espesas que la luz no penetra profundamente en el planeta.

Dos hipótesis sobre la formación de la tormenta

Independientemente, existen muchas hipótesis sobre cómo se formó la tormenta. La mayoría se centra en dos escuelas de pensamiento. Una sugiere que el hexágono es poco profundo y solo se extiende a cientos de kilómetros de profundidad. La otra sugiere que los chorros zonales tienen miles de kilómetros de profundidad.

Los hallazgos de Yadev y Bloxham se basan en la última teoría. Pero necesitan incluir más datos atmosféricos de Saturno y refinar su modelo para crear una imagen más precisa de lo que sucede con la tormenta. En general, el dúo espera que sus hallazgos puedan ayudar a pintar un retrato de la actividad en Saturno en general.

La atmósfera y el enfriamiento del planeta

“Desde un punto de vista científico, la atmósfera es realmente importante para determinar qué tan rápido se enfría un planeta. Todas estas cosas que ves en la superficie, son básicamente manifestaciones del enfriamiento del planeta. El enfriamiento nos dice mucho sobre lo que está sucediendo dentro del planeta ”, dijo Yadav. “La motivación científica es básicamente comprender cómo surgió Saturno y cómo evoluciona con el tiempo”.

Este trabajo fue apoyado por FAS Research Computing, el Programa de Computación High-End de la NASA y el proyecto Juno de la NASA.

Fuente: The Harvard Gazette.

Artículo original: Interplanetary storm chasing.

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En la década de 1980, el programa Voyager detectó una característica extraña en las nubes girando alrededor del polo norte de Saturno: un vórtice hexagonal. Ese vórtice se muestra aquí con sorprendente detalle basado en datos de la misión Cassini que se recopilaron a fines de 2016. Un estudio basado en observaciones del instrumento (CIRS) de Cassini descubrió que este vórtice puede influir fuertemente en las capas de atmósfera encima de él. En realidad podría extenderse por cientos de kilómetros de altura. Explorando las capas superiores de la atmósfera de Saturno en esta región, la estratosfera, los científicos descubrieron un vórtice similar ubicado en la estratosfera polar norte.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.

La misión Cassini ha revelado una característica sorprendente que emerge en el polo norte de Saturno a medida que se acerca el verano. Es un vórtice de gran altitud que se calienta con una forma hexagonal, similar al famoso hexágono visto más abajo en las nubes de Saturno. Esto sugiere que el hexágono de menor altitud puede influir en lo que sucede arriba. Podría ser una estructura imponente que abarca cientos de kilómetros de altura.

El siguiente artículo lo presenta.

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