El telescopio espacial James Webb de la NASA ha descubierto un chorro de alta velocidad en la atmósfera de Júpiter, que se mueve a 320 millas por hora y está ubicado entre 15 y 30 millas por encima de las nubes principales. El chorro tiene más de 3.000 millas de ancho y viaja mucho más rápido que las nubes visibles debajo, revelando detalles intrincados sobre la dinámica de la atmósfera de Júpiter.

Las observaciones de Júpiter en el infrarrojo cercano utilizando el telescopio espacial James Webb de la NASA (al fondo) han descubierto vientos de gran altitud no detectados anteriormente, similares a los chorros de la Tierra (flecha roja) en una región estrecha sobre el ecuador. Según mediciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA, estos vientos fluyen a casi el doble de velocidad que los vientos en las nubes visibles (flechas azules) a menos de 20 millas de profundidad. Fuente: M.H. Wong, Universidad de California, Berkeley; R. Hueso, Universidad del País Vasco; NASA; ESA; CSA; STScI; I. dePater, Universidad de California, Berkeley; T. Fouchet, Observatorio de París; L. Fletcher, Universidad de Leicester.

El Telescopio Espacial James Webb de la NASA ha descubierto un chorro de rápido movimiento en la atmósfera de Júpiter que viaja dos veces más rápido que las nubes visibles debajo de él, creando una cizalladura del viento muy superior a cualquier cosa vista en la Tierra.

Este jet de alta velocidad, que viaja a 515 kilómetros por hora (320 mph) y más de 4.800 kilómetros (3.000 millas) de ancho, está ubicado sobre el ecuador de Júpiter, de 25 a 50 kilómetros (15 a 30 millas) por encima de las conocidas nubes principales que se ven en las fotografías ópticas.

Esta imagen de Júpiter tomada por la NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) del telescopio espacial James Webb de la NASA muestra este magnífico planeta con sorprendente detalle en luz infrarroja. En esta imagen, el brillo representa la altura. Las numerosas "manchas" y "rayas" de color blanco brillante probablemente sean cimas de nubes condensadas por tormentas convectivas a gran altitud. Las auroras, que se muestran en rojo en esta imagen, se extienden hacia el cielo sobre los polos norte y sur de la Tierra. Por el contrario, la banda oscura al norte del ecuador casi no tiene nubes. En la imagen de Júpiter tomada por Webb en julio de 2022, los investigadores descubrieron recientemente un chorro estrecho que viaja a 515 kilómetros por hora (320 mph) por encima de las nubes principales sobre el ecuador de Júpiter. Fuente: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imkede Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatorio de París), Leigh Fletcher (Universidad de Leicester), Michael H. Wong (UC Berkeley), Joseph DePasquale (STScI)

Comparación con los datos de observación del Hubble

Según observaciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA, la velocidad del viento en las nubes visibles es de aproximadamente 180 millas por hora (250 kilómetros por hora). Esto significa que por cada kilómetro adicional por encima de estas nubes visibles, la velocidad del viento aumenta entre 7 y 10 kilómetros por hora, dijo Ricardo Hueso, autor principal de un artículo que describe los hallazgos publicados recientemente en la revista Nature Astronomy.

"Esto fue completamente inesperado", dijo Huso de la Universidad del País Vasco en Bilbao, España. "Mientras que siempre habíamos visto una neblina borrosa en la atmósfera de Júpiter, ahora vemos características claras y podemos rastrear la rápida rotación de Júpiter, que se mueve mucho más rápido que las velocidades típicas que se encuentran en las nubes ecuatoriales de Júpiter".

Los investigadores utilizaron la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) del telescopio espacial James Webb de la NASA para descubrir chorros de alta velocidad sobre el ecuador de Júpiter, por encima de las nubes principales. A una longitud de onda de 2,12 micrones, a unas 12-21 millas (20-35 kilómetros) por encima de las nubes de Júpiter, los investigadores encontraron varias cizalladuras del viento, regiones donde la velocidad del viento cambia con la altitud o la distancia, lo que les permitió rastrear los chorros. Esta imagen resalta varias características alrededor del ecuador de Júpiter que están muy claramente perturbadas por el movimiento de los chorros entre una rotación de Júpiter (10 horas). Fuente: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imkede Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatorio de París), Leigh Fletcher (Universidad de Leicester), Michael H. Wong (UC Berkeley), Joseph DePasquale (STScI)

El descubrimiento de este chorro proporciona información sobre cómo interactúan entre sí las capas de la famosa atmósfera turbulenta de Júpiter, y cómo Webb es el único capaz de rastrear estas características.

Tecnología de imágenes avanzada del telescopio Webb

La nueva imagen de Júpiter fue tomada en julio de 2022 por la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) del Telescopio Webb como parte del programa Early Release Science (ERS). Las observaciones del ERS del sistema de Júpiter fueron codirigidas por Imkede Pater, profesor emérito de astronomía de la Universidad de California, Berkeley, y Thierry Fouchet del Observatorio de París.

La estructura general de las cintas de viento en la atmósfera de Júpiter se reconstruyó a partir de observaciones en longitudes de onda visibles (contorno blanco) y diferentes filtros utilizados en el estudio (líneas de colores). La imagen de fondo es una combinación de colores de la imagen superior sensible a la niebla de JWST. La imagen de la derecha es un primer plano del estrecho chorro central sobre la región ecuatorial. Crédito de la imagen: NASA/ESA/CSA y el equipo científico de liberación temprana de Júpiter.

"Si bien los patrones climáticos cambiantes del sistema de Júpiter han sido observados por varios telescopios terrestres, naves espaciales como Juno y Cassini de la NASA y el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, el Telescopio Webb ha proporcionado nuevos descubrimientos sobre los anillos, las lunas y la atmósfera de Júpiter", dijo dePater.

NIRCam utilizó cuatro filtros diferentes para obtener imágenes de Júpiter con 10 horas de diferencia (un día de Júpiter). Cada filtro puede detectar pequeños cambios característicos a diferentes alturas en la atmósfera de Júpiter. Las velocidades del viento se calcularon siguiendo el movimiento de pequeñas características como nubes, que probablemente sean hielo de amoníaco mezclado con partículas de smog fotoquímicas típicas de la atmósfera de Júpiter.

"Sabíamos que las diferentes longitudes de onda de Webb y Hubble revelarían la estructura tridimensional de las nubes de tormenta, pero también pudimos utilizar la naturaleza temporal de los datos para ver qué tan rápido se desarrollaban las tormentas", dijo el coautor Michael Wong de la Universidad de California, Berkeley, y co-investigador del programa ERS en el sistema de Júpiter.

La atmósfera de Júpiter está formada por capas, y esta ilustración muestra cómo el telescopio Webb es el único capaz de recopilar información desde altitudes más altas que antes. Los científicos pudieron utilizar el telescopio Webb para determinar la velocidad del viento en diferentes capas de la atmósfera de Júpiter, lo que les permitió aislar chorros de alta velocidad. Las observaciones de Júpiter se llevaron a cabo en tres filtros diferentes, separados por 10 horas, o un día de Júpiter, y cada filtro pudo detectar pequeños cambios característicos a diferentes altitudes en la atmósfera de Júpiter. Fuente: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imkede Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatorio de París), Leigh Fletcher (Universidad de Leicester), Michael H. Wong (UC Berkeley), Andi James (STScI)

Información sobre los fenómenos estratosféricos

El chorro de alta velocidad puede ser la contraparte profunda de un fenómeno complejo observado durante décadas en Júpiter, Saturno y la Tierra: oscilaciones regulares de temperatura y vientos que ocurren en lo alto de la estratosfera de las atmósferas de estos planetas. En Júpiter, estas oscilaciones térmicas ecuatoriales se sitúan entre 30 y 150 kilómetros por encima de las nubes visibles y tienen un período de 4 a 6 años.

Leigh Fletcher, miembro del equipo de la Universidad de Leicester, Reino Unido, dijo: "La estratosfera ecuatorial de Júpiter tiene un patrón de viento y temperatura complejo pero repetible que es mayor que los vientos medidos en las nubes y la neblina en estas longitudes de onda. Si la fuerza de este nuevo chorro está relacionada con los patrones de oscilación en la estratosfera, podríamos esperar que el chorro cambie significativamente en los próximos dos a cuatro años. Será muy emocionante probar esta teoría en los próximos años".

Detalles de la velocidad del viento medida por los telescopios espaciales Webb y Hubble en metros por segundo. Crédito de la imagen: M.H.Wong, Universidad de California, Berkeley; R.Hueso, Universidad del País Vasco; NASA; ESA; CSA; STScI; I.dePater, Universidad de California, Berkeley; T. Fouchet, Observatorio de París; L. Fletcher, Universidad de Leicester

Entendiendo los chorros de cinta de Júpiter

Hueso señaló que los chorros son una de las principales características de las atmósferas de Júpiter y Saturno. Estos chorros están perfectamente alineados con la latitud y por eso se denominan chorros de cinta. Estas disposiciones de bandas son el resultado de la rápida rotación de los planetas (tanto Júpiter como Saturno tienen un período de rotación de aproximadamente 10 horas), lo que resulta en un equilibrio entre la fuerza de Coriolis y el gradiente de presión latitudinal.

En Júpiter y Saturno, los chorros son en su mayoría estables en el tiempo, observándose sólo cambios menores en las nubes a lo largo de años o décadas.

"Para mí, lo emocionante es que antes del JWST, nadie había pensado en un chorro tan estrecho y de alta velocidad. Sabemos que hay un chorro tan estrecho en Saturno, por lo que encontrar características similares en Júpiter permite nuevos estudios comparativos de los dos planetas gigantes, aunque los mecanismos de formación de los chorros de Júpiter son diferentes", dijo Wong.

Astrónomos como dePater y Wong han utilizado durante mucho tiempo telescopios terrestres y espaciales para observar Júpiter en longitudes de onda de microondas, infrarrojos, visibles y ultravioleta para estudiar las capas inferiores y más profundas de la atmósfera de Júpiter, donde existen tormentas gigantes y nubes de hielo de amoníaco. El rango de longitud de onda del infrarrojo cercano del telescopio Webb es más amplio que antes y es sensible a la atmósfera superior a unas 15 a 30 millas (25 a 50 kilómetros) por encima de las cimas de las nubes de Júpiter.

Entonces, si bien estas neblinas a gran altitud a menudo aparecen borrosas en las primeras imágenes del infrarrojo cercano, a medida que la región ecuatorial se vuelve más brillante, el telescopio Webb puede resolver detalles más finos en las bandas de neblina brillantes.