Resumen:
Los astrónomos utilizaron el telescopio espacial James Webb de la NASA para mapear la distribución espacial del borde de la atmósfera de un exoplaneta gigante distante con un detalle sin precedentes por primera vez. Las observaciones encontraron que la atmósfera de este planeta llamado WASP-17b no está distribuida uniformemente alrededor del planeta, sino que muestra diferencias obvias de forma en diferentes áreas. Entre ellos, la atmósfera del lado nocturno del planeta se extiende más hacia afuera y la temperatura es significativamente más alta que en el lado matutino.
Este estudio fue dirigido conjuntamente por investigadores de la Universidad de Cornell en Estados Unidos y la Universidad de Bristol en el Reino Unido, y los resultados se publicaron en la revista "Nature Astronomy" el 14 de octubre de 2026. El equipo de investigación utilizó una nueva tecnología llamada "cadenas de transmisión" para analizar la luz estelar que atraviesa el borde de la atmósfera del planeta cuando pasa por delante de la estrella, dividiendo así la información atmosférica que normalmente se fusionaba en diferentes lugares en el pasado. Este resultado no sólo revela la estructura asimétrica de la atmósfera de WASP-17b, sino que también abre una nueva forma de dibujar mapas meteorológicos de planetas distantes en el futuro.
WASP-17b está a unos 1.300 años luz de la Tierra y es un tipo de lo que los astrónomos llaman un "Júpiter caliente". Estos planetas suelen ser gigantes gaseosos de gran tamaño, pero a diferencia de Júpiter en el sistema solar, orbitan muy cerca de sus estrellas madre y, por tanto, son calentados por una intensa radiación estelar.
El tamaño de WASP-17b es particularmente llamativo. Su diámetro es casi el doble que el de Júpiter, pero su masa es sólo aproximadamente la mitad que la de Júpiter. Debido a la atmósfera extremadamente expandida, la temperatura atmosférica media del planeta es de unos 1.500 grados centígrados. Sólo se necesitan unos 3,7 días terrestres para orbitar su estrella madre. El entorno orbital extremo hace que su atmósfera parezca completamente diferente a la de los planetas del sistema solar.
Hay otra característica especial de este planeta: se ve afectado por el efecto de bloqueo de mareas, siempre mirando hacia el mismo lado hacia su estrella madre. Por tanto, la mitad del planeta está permanentemente iluminada por la estrella, mientras que la otra mitad está constantemente en oscuridad. Aunque el planeta en sí no pasa por un ciclo completo de día y noche como lo hace la Tierra, su atmósfera aún puede transportar calor del lado diurno al nocturno a través de fuertes vientos.
Los investigadores descubrieron que este transporte de calor crea diferencias significativas en la atmósfera del planeta entre las regiones de la mañana y de la tarde. El lado vespertino, ubicado en la unión del día y la noche, tiene una temperatura significativamente más alta debido a la influencia del flujo de aire térmico del lado diurno, y la atmósfera también se expande hacia afuera. Por el contrario, la atmósfera en el lado de la mañana se vuelve más fría a medida que pasa por la zona más fría de la noche, haciéndola más contraída en general.
Según las mediciones del equipo de investigación, la temperatura atmosférica en el lado matutino de WASP-17b es de unos 590 grados Celsius, mientras que en el lado nocturno alcanza unos 1250 grados Celsius. La diferencia entre los dos es de unos 660 grados Celsius o unos 1200 grados Fahrenheit. La atmósfera en el lado vespertino se extiende hacia afuera aproximadamente 1,8 veces más que en el lado matutino.
Esta diferencia se pasa fácilmente por alto si uno sólo mira el contorno general del planeta. En el pasado, cuando los astrónomos analizaban los cambios de luz causados por los exoplanetas que se cruzaban frente a sus estrellas, generalmente aproximaban el borde de la atmósfera alrededor del planeta como un anillo con un radio uniforme y luego combinaban las señales espectrales a lo largo de todo el anillo. Esto analiza eficazmente la composición de la atmósfera de un planeta, pero puede enmascarar diferencias de temperatura y estructura entre regiones.
El nuevo método utilizado en este estudio cambia este enfoque. En lugar de suponer que el borde de la atmósfera de un planeta tiene el mismo radio en todas partes, los investigadores intentan medir la distancia desde el centro del planeta hasta el borde exterior de la atmósfera individualmente para reconstruir la forma de la atmósfera en diferentes direcciones.
La técnica, desarrollada por los astrofísicos David Grant y Hannah Wakeford de la Universidad de Bristol, los investigadores la llaman "cuerdas transmisivas", también conocida como tecnología de mapeo de tránsito. El método utiliza cambios en la luz cuando el planeta pasa frente a la estrella para analizar señales de diferentes regiones en el borde de la atmósfera.
Cuando un exoplaneta pasa frente a su estrella madre, parte de la luz emitida por la estrella atraviesa la atmósfera exterior del planeta y luego llega a la Tierra. Las diferentes moléculas de gas en la atmósfera absorben longitudes de onda de luz específicas, por lo que al analizar los cambios en la luz de las estrellas en diferentes longitudes de onda, los investigadores pueden inferir qué materiales están contenidos en la atmósfera y cómo esos materiales se distribuyen en diferentes lugares.
Al mismo tiempo, si la atmósfera está más caliente en algún lugar, la expansión del gas hará que se extienda más hacia afuera. Al medir este cambio, los investigadores pueden determinar la extensión real de la atmósfera de un planeta en diferentes direcciones, en lugar de simplemente promediar todo el anillo.
El equipo de investigación utilizó datos de observación obtenidos por el telescopio espacial James Webb en marzo de 2023 para realizar el análisis. Las observaciones utilizaron tres instrumentos que cubrían múltiples bandas de longitudes de onda, desde la luz casi visible hasta el infrarrojo medio. Para completar el análisis, los investigadores deben procesar los datos de 24 bandas por separado. El cálculo del ajuste de cada banda requiere una gran cantidad de recursos informáticos. El análisis de una sola banda requiere que unos 40 núcleos informáticos funcionen de forma continua durante dos semanas.
Después de un complejo procesamiento de datos, el equipo de investigación finalmente obtuvo información espectral desde diferentes ángulos en el borde de la atmósfera del planeta y reconstruyó su estructura espacial desigual.
Los resultados muestran que existe un potente chorro atmosférico cerca del ecuador del planeta, transportando calor desde el lado que está permanentemente iluminado hacia el otro lado que está constantemente en oscuridad. Debido a la dirección de la circulación atmosférica y a la rotación del planeta, el lado vespertino retiene más calor del lado diurno y, por tanto, es más caliente y más expandido que el lado matutino.
Vale la pena señalar que este hallazgo es muy consistente con las predicciones previas de los investigadores a través de cálculos teóricos y simulaciones por computadora. Inicialmente, el equipo de investigación esperaba que los Júpiter calientes como WASP-17b tuvieran diferencias de temperatura significativas entre las zonas de la mañana y de la tarde, y esta observación confirmó este juicio.
Lily Alderson, líder principal del estudio en la Universidad de Cornell, dijo que este resultado demuestra que la atmósfera de un exoplaneta es de hecho un sistema tridimensional con una estructura espacial compleja, y no es solo una capa de gas uniforme que puede describirse mediante una temperatura promedio o un espectro único. Verificar directamente las predicciones teóricas a través de observaciones es una cuestión completamente diferente a depender únicamente de simulaciones por computadora para sacar conclusiones.
Los investigadores también analizaron el vapor de agua y el dióxido de carbono en la atmósfera del planeta. Los resultados muestran que los dos gases se distribuyen generalmente de manera uniforme en el borde de la atmósfera del planeta, de acuerdo con modelos informáticos anteriores. Sin embargo, debido a que la atmósfera del lado nocturno está más expandida y las señales espectrales producidas por los gases son más fuertes, a los investigadores les resulta más fácil medir el contenido de sustancias relacionadas en este lado.
Por el contrario, todavía existen incertidumbres en la distribución de las nubes. Diferentes modelos han dado diferentes explicaciones sobre la ubicación de las nubes. Un modelo cree que las nubes pueden aparecer principalmente en el lado más fresco de la mañana, mientras que partes del área que se extiende desde los polos hasta el lado de la tarde están relativamente desprovistas de nubes; Otro modelo no puede determinar claramente la naturaleza específica de las nubes.
Los investigadores señalaron que las temperaturas en diferentes áreas de WASP-17b abarcan el rango de temperatura donde se pueden formar nubes de silicato y nubes de sal. Por lo tanto, pueden existir diferentes tipos de nubes en diferentes zonas del planeta. En el futuro se necesitarán observaciones más refinadas en el infrarrojo medio para determinar mejor la composición y distribución espacial de estas nubes.
Además, el equipo de investigación parte actualmente del análisis de que los hemisferios norte y sur del planeta tienen una estructura aproximadamente simétrica, lo que puede no ser aplicable a otros exoplanetas. La gama de longitudes de onda en las observaciones disponibles también puede enmascarar cambios más sutiles en los bordes de la atmósfera. Por tanto, aunque esta investigación ha logrado avances importantes, los científicos aún necesitan más observaciones para mejorar el modelo atmosférico del planeta.
Los investigadores creen que la verdadera importancia de este trabajo no es sólo descubrir que la atmósfera de un planeta no es lo suficientemente simétrica, sino demostrar que los astrónomos están empezando a tener la capacidad de estudiar el entorno local en diferentes áreas de planetas distantes.
Hasta ahora, los astrónomos han confirmado más de 6.000 exoplanetas, pero los humanos todavía sólo pueden obtener información media limitada sobre las atmósferas de la mayoría de ellos. Incluso con los telescopios más avanzados, es difícil para los investigadores obtener imágenes directas de las superficies o nubes de estos mundos distantes, por lo que sus propiedades físicas a menudo sólo pueden inferirse indirectamente a través de cambios espectrales y de brillo.
La nueva tecnología de cadenas de transmisión puede separar señales en diferentes lugares en el borde de la atmósfera de un planeta, lo que permite a los investigadores estudiar más a fondo los cambios en la temperatura y la composición química desde el ecuador hasta los polos, y desde la mañana hasta la noche. Esto significa que en el futuro, se espera que los científicos pasen gradualmente de medir las características atmosféricas promedio de un planeta a mapear estructuras atmosféricas tridimensionales más detalladas.
El equipo de investigación afirmó que a medida que esta tecnología se aplique a más exoplanetas, los astrónomos podrán identificar gradualmente la estructura del flujo de aire, los cambios de temperatura locales y la distribución de las nubes en diferentes latitudes, e incluso podrán estudiar grandes tormentas en planetas distantes en el futuro.
Para WASP-17b, que está a 1.300 años luz de la Tierra, esta observación reveló sólo una parte de su complejo sistema atmosférico. Pero los investigadores han demostrado que incluso sin acceso directo a estos mundos distantes, pueden utilizar los cambios sutiles que deja la luz de una estrella cuando pasa a través de la atmósfera de un planeta para reconstruir las estructuras climáticas invisibles en su interior. Este progreso proporciona nuevas herramientas de observación para futuros estudios del clima, la circulación y la evolución atmosférica de los exoplanetas.
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