Una nueva investigación dirigida por Leah Siegelman, oceanógrafa física del Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California en San Diego, muestra que las tormentas turbulentas en las regiones polares de Júpiter son impulsadas por procesos conocidos por los físicos que estudian los océanos y la atmósfera de la Tierra. Los 452 millones de millas de puntos en común geofísicos entre los dos planetas podrían ayudar a facilitar una mejor comprensión de esos procesos en la Tierra.

Siegelman vinculó por primera vez nuestro planeta con un gigante gaseoso en 2018, cuando notó una sorprendente similitud entre las imágenes de los enormes huracanes de Júpiter y las turbulencias oceánicas que estaba estudiando. Para un físico, el aire y el agua son fluidos, por lo que aplicar la física oceánica a Júpiter no es tan descabellado como parece, dice Siegelman. «Júpiter es básicamente un océano de gas».

Esta observación inicial llevó a Siegelman a ser coautor de un estudio de 2022 publicado en Física de la naturaleza Que analizó imágenes infrarrojas de alta resolución de los huracanes de Júpiter tomadas por la nave espacial Juno de la NASA. El análisis reveló que un tipo de convección similar a la que vemos en la Tierra ayuda a sostener las tormentas de Júpiter, que pueden tener miles de kilómetros de ancho y durar años.

El estudio de 2022 se centró directamente en los huracanes de Júpiter, pero Siegelman también vio zarcillos suaves, que los investigadores conocen como filamentos, en los espacios entre los remolinos de gas. Estos filamentos también tenían contrapartes terrestres, y Sigelman utilizó las imágenes detalladas de Juno para estudiar si esta similitud con los procesos oceánicos y la atmósfera de nuestro planeta era meramente superficial.

Publicado el 6 de junio Física de la naturaleza El estudio de seguimiento de Siegelman encontró similitudes adicionales entre los procesos que alimentan los huracanes de Júpiter y los que operan en la Tierra. El estudio muestra que los filamentos entre los huracanes de Júpiter trabajan en conjunto con la convección para promover y sostener las tormentas gigantes del planeta. Específicamente, los filamentos de Júpiter actúan de manera similar a lo que los oceanógrafos y meteorólogos llaman frentes en la Tierra.

Los frentes se analizan a menudo en los pronósticos meteorológicos (frentes fríos o frentes de tormenta, por ejemplo), pero se aplican tanto a gases como a líquidos. Un frente es el límite entre masas gaseosas o líquidas de diferentes densidades debido a diferencias en propiedades como la temperatura. En el océano, los frentes también pueden ser el resultado de diferencias en la salinidad, que afecta a la densidad del agua de mar junto con la temperatura. La característica principal de los frentes es que sus bordes de ataque tienen fuertes velocidades verticales que pueden crear vientos o corrientes.

Para intentar comprender el papel de los filamentos que puede ver claramente entre los ciclones de Júpiter en las imágenes de Juno, Siegelman examinó una serie de imágenes infrarrojas de Juno. El conjunto de imágenes era de la región del polo norte de Júpiter y se tomó en incrementos de 30 segundos.

El hecho de que las imágenes fueran infrarrojas permitió a Siegelman y su coautor Patrice Klein, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y la Escuela de Graduados Caltech, calcular la temperatura, donde las áreas brillantes eran más cálidas y las áreas oscuras eran más frías. En Júpiter, las partes más calientes de la atmósfera corresponden a cirros y las partes más frías representan una espesa capa de nubes, lo que evita que más calor salga del núcleo sobrecalentado de Júpiter. Luego, los investigadores rastrearon el movimiento de las nubes y los filamentos en intervalos de 30 segundos entre imágenes para calcular las velocidades del viento horizontal.

Esta información permitió a Siegelman y Klein aplicar métodos de las ciencias oceanográficas y atmosféricas a Júpiter, permitiéndoles calcular velocidades del viento vertical que coincidían con las temperaturas y velocidades del viento horizontal que los investigadores dedujeron de las imágenes. Una vez que el equipo calculó las velocidades del viento vertical, pudieron ver que los filamentos de Júpiter en realidad se comportan como frentes en la Tierra.

Estas velocidades verticales del viento en los bordes de los frentes de Júpiter también significan que los frentes participaban en la transferencia de energía en forma de calor desde el interior caliente del planeta a su atmósfera superior, alimentando huracanes gigantes. Aunque la convección es el principal impulsor, los frentes representan una cuarta parte de la energía cinética total que alimenta los huracanes de Júpiter y el cuarenta por ciento del transporte vertical de calor.

«Estos huracanes han persistido en los polos de Júpiter desde que fueron observados por primera vez en 2016», dijo Siegelman. «Estos filamentos entre grandes remolinos son relativamente pequeños, pero son un mecanismo importante para sustentar los huracanes. Es sorprendente que existan frentes y convección que afecten a la Tierra y Júpiter, lo que sugiere que estos procesos también pueden estar presentes en otros objetos fluidos turbulentos del universo».

Siegelman también dijo que la escala masiva de Júpiter y las imágenes de alta resolución de Juno podrían permitir una visualización más clara de las formas en que los fenómenos de menor escala, como los frentes, se conectan con fenómenos más grandes como los huracanes y la atmósfera en general, conexiones que a menudo son difíciles de observar en la Tierra. superficie. La Tierra es mucho más pequeña y efímera. Añadió que el nuevo satélite tan esperado, conocido por los investigadores como SWOT, está preparado para facilitar mucho la observación de este tipo de fenómenos oceánicos.

«Hay cierta belleza cósmica en descubrir que estos mecanismos físicos en la Tierra existen en otros planetas distantes», dijo Siegelman.