La otra gran mancha roja de Júpiter

Por Francisco R. Villatoro, el 28 mayo, 2014. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science • Termodinámica ✎ 3

Dibujo20131129 planetographic hst map - jupiter 24 april 2006 - oval ba - great red spot

La famosa gran mancha roja de Júpiter tiene compañía. Entre los años 1998 y 2000 apareció una segunda mancha llamada Óvalo BA, resultado de la fusión de tres tormentas anticiclónicas más pequeñas. Esta mancha era blanca, pero en diciembre de 2005 en su anillo exterior adquirió un intenso color rojo y fue bautizada como «pequeña gran mancha roja».

Igual que la gran mancha roja, se trata de una tormenta de forma ovalada, pero más pequeña, su eje mayor es de 8.000 km. La hipótesis de trabajo de muchos expertos en dinámica atmosférica planetaria es que entender la formación y evolución de la pequeña gran mancha roja permitirá entender la gran mancha roja.

Permíteme comentar un artículo sobre la dinámica atmosférica joviana centrado en la pequeña gran mancha roja, Philip S. Marcus, Xylar Asay-Davis, Michael H. Wong, Imke de Pater, «Jupiter’s Red Oval BA: Dynamics, Color, and Relationship to Jovian Climate Change,» Journal of Heat Transfer 135: 1-9, Jan 2013.

Dibujo20140528 Reprocessed view by Bjorn Jonsson - Great Red Spot taken by Voyager 1 in 1979
Imagen obtenida por Voyager 1 en 1979 y reprocesada por Bjorn Jonsson.

Esta entrada viene a colación por la reciente noticia de que la Gran Mancha Roja de Júpiter está menguando. Algo que no nos debe hacer olvidar que aún no tenemos una explicación definitiva para su gran longevidad. La gran mancha roja se conoce desde hace 183 años (S. H. Schwabe la observó en 1831), aunque podría ser la misma mancha observada hace 348 años por Gian Domenico Cassini, entre 1665 y 1713.

Seguro que recuerdas que Javier Peláez (@Irreductible) nos habló del tema en «¿Por qué la gran mancha roja de Júpiter dura siglos y siglos?,» Astronomía para terrícolas, 30 Nov 2013. El postdoc Pedram Hassanzadeh y su supervisor Philip S. Marcus (Univ. California en Berkeley) han estudiado por ordenador, mediante un modelo numérico tridimensional, la dinámica de la gran mancha roja y afirman haber podido explicar su gran longevidad. Un resumen del nuevo trabajo, «On the Unexpected Longevity of the Great Red Spot, Oceanic Eddies, and other Baroclinic Vortices,» fue presentado el día 25 de noviembre durante las jornadas anuales de la American Physical Society’s Division of Fluid Dynamics que se están celebrando en Pittsburgh».

Sin embargo, el artículo técnico aún sigue en preparación; se espera que se titule «On the Longevity of Great Red Spot, Oceanic Eddies, and other Broclinic Vortices» y que sea enviado a Geophysical Research Letters. Me gustaría poder comentar los detalles técnicos, pero me tendré que conformar con hablar de un trabajo previo de Marcus.

Dibujo20140528 Jupiter - wikipedia commons

Una imagen de Júpiter muestra una gran cobertura nubosa, con tormentas muy estables en el tiempo, como la gran mancha roja. Estas tormentas se encuentran en una zona de la atmósfera joviana llamada capa meteorológica, la región de la troposfera que está por debajo de la tropopausa y por encima de la zona convectiva; la parte superior de la zona convectiva está definida por una frecuencia media de Brunt-Väisälä igual a cero.

Júpiter, como la Tierra, recibe mayor radiación solar incidente en su ecuador que en sus polos; los cálculos teóricos indican que debería haber una diferencia de unos 30 K entre la temperatura de la cobertura nubosa en su ecuador y en los polos. Para sorpresa de los físicos, la sonda Voyager descubrió en 1979 que la temperatura de la capa meteorológica es casi constante, unos 110 K a una presión de 150 mbar, en todas las latitudes y en todas las longitudes. Aún se desconoce el mecanismo de transferencia de calor que transporta el calor depositado en el ecuador hasta los polos.

Dibujo20131130 north-south velocities along east-west axis - oval ba - hst - cassini

Esta figura muestra el perfil de velocidades norte-sur a lo largo del eje este-oeste para la pequeña gran mancha roja en 2006 (línea sólida), cuando ya tenía el anillo rojo, y en 2000 (línea a trazos) cuando era blanca. Estas velocidades han sido calculadas a partir de las observaciones del telescopio espacial Hubble (658 nm, 24–25 de abril de 2006) y de la misión Cassini (11–13 de diciembre de 2000).

Un curioso misterio de la atmósfera joviana es el cambio de color de las tormentas de larga duración (como Óvalo BA, la pequeña gran mancha roja). Asumiendo que la fuente de calor interna de Júpiter es constante e isótropa, una posible explicación es que la convección se encuentra por debajo de la cobertura nubosa; según los modelos numéricos tridimensionales esta convección podría reducir la diferencia de temperatura entre el ecuador y los polos a menos de 1 K.

La capa meteorológica de Júpiter, donde el Sol deposita su energía, es estable para la convección, luego la convección no puede ser responsable del transporte de calor del ecuador a los polos. La clave debe estar en un mecanismo de mezclado por debajo de la capa meteorológica. Quizás la existencia de mezclado caótico por convección intermitente, pero el asunto no está del todo claro.

Las medidas indican que las velocidades horizontales (estimadas a partir del tamaño y de la forma) de Ovalo BA no han cambiado entre 2000 y 2006. Luego si no cambió su dinámica, ¿qué causó el cambio de color en el anillo exterior? Podría haber cambiado la estructura (grosor) vertical de esta gran tormenta. Sabemos que la altura superior no ha cambiado, pero la inferior podría haberlo hecho (sin que lo notáramos).

Sin embargo, el cociente f/N entre el parámetro f de Coriolis y la frecuencia N de Brunt-Väisälä parece que se mantiene constante, luego no debería haber cambiado la estructura vertical. Por ello, Marcus y sus colegas nos proponen una hipótesis alternativa, un cambio global en la temperatura de Ovalo BA. En su caso, los cambios de color de las nubes jovianas actuarían como «termómetros» y nos ofrecerían información muy relevante sobre la dinámica atmosférica de Júpiter.

Dibujo20131130 schematic oval primary circumferential and secondary circulations - marcus et al

La propuesta de Philip S. Marcus y sus colegas es que una mezcla caótica de calor en la zona convectiva (convección intermitente) es responsable del transporte de calor hacia el norte, sin afectar de forma apreciable a la parte exterior que podemos observar desde la Tierra. Para verificar esta hipótesis hay que recurrir a simulaciones por ordenador tridimensionales (experimentos numéricos); sin embargo, no es fácil estimar cuáles son las condiciones de contorno más adecuadas. Sus simulaciones parece que apoyan su hipótesis, pero son necesarios estudios futuros para confirmarla de forma definitiva.

En resumen, la atmósfera de los grandes planetas gaseosos (como Júpiter y Saturno) aún oculta muchos secretos que poco a poco se irán desvelando.



3 Comentarios

  1. ¿Que es un postdoc? ¿Es alguien que tiene ya un postdoctorado, o está haciendo uno? ¿Es un grado académico que viene después del doctorado?¿Tienen profesores supervisores?

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