El Very Large Telescope (VLT) de ESO unió fuerzas con la sonda Cassini de NASA para estudiar, con un nivel de detalle nunca antes alcanzado, una singular tormenta en la atmósfera del planeta Saturno. El nuevo estudio, realizado por un equipo internacional de astrónomos, aparece publicado en la revista Science.

La atmósfera del planeta Saturno es normalmente tranquila y apacible. Sin embargo, una vez en su año (que equivale a unos treinta años terrestres), cuando la primavera se acerca al hemisferio norte del planeta gigante, algo se agita bajo las nubes, provocando una dramática perturbación en todo el planeta.

La última de estas tormentas fue detectada en Diciembre de 2010 por el instrumento de radio y plasma de la sonda Cassini de NASA [1], en órbita alrededor del planeta, y astrónomos aficionados pudieron monitorearla. Finalmente fue estudiada en gran detalle usando la cámara infrarroja VISIR [2] del Very Large Telescope (VLT) de ESO en Cerro Paranal, en Chile, en conjunto con observaciones obtenidas con el instrumento CIRS [3] de la sonda Cassini.

Se trata de la sexta de estas grandes tormentas detectada desde 1876, pero es la primera que ha podido ser estudiada en infrarrojo térmico –que permite ver las variaciones de temperatura en el interior de la tormenta en Saturno– y la primera observada por una sonda espacial.

“Esta perturbación en el hemisferio norte de Saturno ha creado una gigantesca, violenta y compleja erupción de material brillante desde las nubes, que se ha esparcido hasta rodear todo el planeta”, explica Leigh Fletcher (Universidad de Oxford, Reino Unido), autor principal del nuevo estudio. “Tener el VLT y Cassini investigando al mismo tiempo esta tormenta nos ofrece una gran oportunidad para poner las observaciones de Cassini en un contexto. Estudios previos de estas tormentas solo habían podido utilizar la luz reflejada del Sol, pero ahora, al observar la luz infrarroja térmica por primera vez, podemos revelar regiones ocultas de la atmósfera y medir los cambios realmente sustanciales en temperatura y vientos asociados con este evento”.

La tormenta pudo haberse originado en las profundidades de las nubes de agua, donde un fenómeno parecido a las tormentas eléctricas desencadenó la creación de una gigantesca columna de convección: así como el aire caliente tiende a subir dentro de una habitación calefaccionada, esta masa de gas se desplazó hacia arriba, empujando la normalmente serena atmósfera exterior de Saturno. Estas grandes perturbaciones interactúan con el viento que circula hacia el este y oeste, causando dramáticos cambios de temperatura en la parte superior de la atmósfera.

“Nuestras nuevas observaciones muestran que la tormenta tiene un efecto enorme en la atmósfera: transporta energía y material a través de grandes distancias, modifica los vientos atmosféricos –creando corrientes de material eyectado y torbellinos gigantes– y perturba el lento cambio de estaciones en Saturno”, agrega Glenn Orton (Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Estados Unidos), otro integrante del equipo.

Unas características inesperadas que reveló la nueva imagen obtenida por VISIR fueron bautizadas como faros estratosféricos. Se trata de cambios de temperatura muy fuertes en lo alto de la estratósfera de Saturno, a unos 250-300 km sobre la cima de las nubes de la atmósfera baja, que muestran lo lejos que se extienden los efectos de la tormenta en la atmósfera. La temperatura en la estratósfera de Saturno es normalmente de unos -130 grados Celsius en esta época, pero las mediciones mostraron que los faros estaban unos 15-20 grados Celsius más calientes.

Los faros son completamente invisibles si se observa la luz reflejada por el Sol, pero destacan sobre el resto del planeta en luz infrarroja térmica, detectada por VISIR. Nunca antes habían sido detectados, por lo que los astrónomos no están seguros de si se trata de una característica común en este tipo de tormentas.

“Tuvimos suerte de tener un período de observación planificado para comienzos de 2011, el cual ESO nos permitió mover para poder observar la tormenta lo antes posible. Otro golpe de suerte fue que el instrumento CIRS de Cassini pudiera observar la tormenta al mismo tiempo, lo que nos permitió obtener imágenes con el VLT y espectros con Cassini para poder comparar”, concluye Leigh Fletcher. “Continuaremos observando este evento que ocurre sólo una vez por cada generación”.

Notas:

1] La misión Cassini–Huygens es una cooperación entre NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Italiana. El Jet Propulsion Laboratory de NASA en Pasadena (California), una división del California Institute of Technology, dirige la misión para el Science Mission Directorate de NASA, Washington (DC).

[2] VISIR es el espectrómetro y cámara para infrarrojo medio del VLT. VISIR fue construido por CEA/DAPNIA/SAP y NFRA/ASTRON.

[3] CIRS es la sigla de Composite Infrared Spectrometer, uno de los instrumentos de Cassini. CIRS analiza la radiación de calor y es capaz de discernir la composición de un objeto.

Otros datos:

Este estudio aparece publicado en la edición del 19 de Mayo de 2011 de la revista Science.

El equipo está integrado por Leigh N. Fletcher (Universidad de Oxford, Reino Unido), Brigette E. Hesman (Universidad de Maryland, Estados Unidos), Patrick G.J. Irwin (Universidad de Oxford), Kevin H. Baines (Universidad de Wisconsin-Madison, Estados Unidos), Thomas W. Momary (Jet Propulsion Laboratory-JPL, Pasadena, Estados Unidos), A. Sanchez-Lavega (Universidad del País Vasco, Bilbao, España), F. Michael Flasar (Goddard Space Flight Center-GSFC de NASA, Maryland, Estados Unidos), P.L. Read (Universidad de Oxford), Glenn S. Orton (JPL), Amy Simon-Miller (GSFC), Ricardo Hueso (Universidad del País Vasco), Gordon L. Bjoraker (GSFC), A. Mamoutkine (GSFC), Teresa del Rio-Gaztelurrutia (Universidad del País Vasco), José M. Gómez (Fundación Esteve Durán, Barcelona, España), Bonnie Buratti (JPL), Roger N. Clark (US Geological Survey, Denver, Estados Unidos), Philip D. Nicholson (Universidad Cornell, Ithaca, Estados Unidos), Christophe Sotin (JPL).

Fuente: Alquimia. Scitech News.

Una serie de nuevas simulaciones con modelos digitales, llevadas a cabo en el Instituto de Investigación del Sudoeste, en Boulder, Colorado, podrían explicar cómo se formaron los majestuosos anillos de Saturno y sus lunas más cercanas a él y ricas en hielo, después de la colisión de un satélite del tamaño de Titán con el planeta.

Del 90 al 95 por ciento del material del que están hechos los anillos de Saturno en la actualidad es hielo de agua. Debido a que con el paso del tiempo los anillos han sido contaminados por polvo y escombros de meteoroides rocosos, se cree que los anillos estaban hechos de hielo puro cuando se formaron. Esta composición es inusual en comparación con la composición que cabe esperar en el material de construcción planetaria de esa región del sistema solar (mitad hielo y mitad materia pétrea, aproximadamente). Del mismo modo, la baja densidad de las lunas más cercanas a Saturno, indica que ellas también son, como grupo, excepcionalmente ricas en hielo.

La teoría vigente sobre el origen de los anillos sugiere que se formaron cuando un pequeño satélite fue destrozado por el impacto de un cometa. Sin embargo, este escenario debería haber conducido a que los anillos generados estuvieran hechos de una mezcla a partes casi iguales de hielo y roca, en vez de ser tan ricos en hielo como los anillos que vemos hoy, según argumenta Robin M. Canup, especialista en ciencias planetarias del Instituto de Investigación del Sudoeste.

La nueva teoría vincula la formación de los anillos a la formación de los satélites de Saturno. Mientras que Júpiter tiene cuatro satélites grandes, Saturno tiene sólo uno, Titán. Trabajos anteriores sugieren que, en la infancia de nuestro sistema solar, varios satélites del tamaño de Titán se formaron en el sistema de Saturno. Según esta hipótesis, todos esos compañeros de gran tamaño de Titán tenían órbitas más cercanas a Saturno, y esa proximidad acabó atrayéndoles de manera catastrófica hacia el planeta.
Cuando el último de estos satélites grandes se acercó de manera fatídica a Saturno, el calentamiento causado por la fortísima tensión estructural desencadenada en el satélite por el campo gravitacional del planeta hizo que el hielo del satélite se derritiera y que la materia pétrea se hundiera en su centro.

Las simulaciones numéricas muestran que cuando ese satélite cruzó por la región del actual anillo B, las fuerzas de marea planetaria le arrancaron material de sus capas de hielo exteriores, mientras que su núcleo rocoso permaneció intacto y acabó colisionando contra el planeta. Esta cadena de fenómenos protagonizada por la separación entre hielo y materia rocosa sería la causa obvia de la formación de un anillo de hielo.