El hexágono de Saturno

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El hexágono en el polo norte de Saturno es único en todo el Sistema Solar. Se descubrió en 1988 tras un cuidadoso análisis de las imágenes del sobrevuelo de la sonda Voyager 2 en 1980 y 1981. Lo confirmó el Telescopio Espacial Hubble entre 1991 y 1995. Pero las imágenes más espectaculares las ha obtenido la sonda Cassini de la NASA desde el año 2006 (finalizará su misión en 2017). Una estructura nubosa de larga vida en forma de vórtice polar que recuerda al flujo poligonal que se observa en ciertos fluidos en rotación.

El origen de este hexágono (que solo se observa en el polo norte de Saturno y esta ausente en el polo sur) todavía es un misterio. El último artículo del español Agustín Sánchez-Lavega (Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea) resume muy bien el estado actual de nuestro conocimiento sobre el hexágono y la atmósfera polar de Saturno. El artículo es Kunio M. Sayanagi, Kevin H. Baines, …, Robert A. West, “Saturn’s Polar Atmosphere,” arXiv:1609.09626 [astro-ph.EP].

La explicación que parece más razonable, aunque aún no está fuera de toda duda, fue dada por R. Morales-Juberías, K. M. Sayanagi, …, R. G. Cosentino, “Meandering Shallow Atmospheric Jet as a Model of Saturn’s North-Polar Hexagon,” The Astrophysical Journal Letters, Volume 806: L18 (2015), doi: 10.1088/2041-8205/806/1/L18.

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La sonda Cassini explora la atmósfera de Saturno entre el ultravioleta y el infrarrojo. Destacan el espectrómetro VIMS (Visible and Infrared Mapping Spectrometer) que observa en 352 longitudes de onda entre 0,35 μm y 5,1 μm, el espectrómetro infrarrojo CIRS (Composite Infrared Spectrometer) en las longitudes de onda de 7 μm y 1 mm, y el espectrógrafo ultravioleta UVIS (Ultraviolet Imaging Spectrograph) en las longitudes de onda de 55,8 nm a 190 nm.

El hexágono tiene un diámetro de unos 30.000 km centrado en el polo norte saturniano. El interior del hexágono está lleno de vórtices, destacando el Gran Anticiclón que aparece en blanco brillante en las imágenes (desde 1980-1981). El contorno hexagonal es más oscuro que el interior y el exterior. Está formado por dos bandas oscuras paralelas.

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Los mapas de la velocidad del viento en la zona y de la vorticidad parecen indicar que se trata de una onda de Rosby. Estas ondas atmosféricas fueron estudiadas por Carl-Gustaf Rossby en 1939. Su origen es la variación con la latitud de las fuerzas de Coriolis y se suelen estudiar gracias al principio de conservación de la vorticidad potencial (análogo a la conservación del momento angular en mecánica). Las ondas de Rosby son de dos tipos, barotrópicas y baroclínicas. Las barotrópicas no varían en la dirección vertical y tienen una velocidad de rotación más rápida (son las que observó Rossby en la atmósfera terrestre). Las baroclínicas varían en la dirección vertical y presentan una velocidad de rotación más lenta (se cree que el hexágono de Saturno es baroclínico).

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La clave para entender la formación y dinámica del hexágono de Saturno es la estructura vertical de la atmósfera, que permitirá distinguir entre los modelos barotrópico y baroclínico. El modelo más popular es baroclínico y fue introducido por Morales-Juberías et al. (2015). Los experimentos de laboratorio parecen apoyar dicho modelo. Una inestabilidad de cizalla provoca la aparición de seis parejas de vórtices, ciclones y anticiclones entrelazados, que se mueven en una corriente de chorro. El sistema recuerda a un hexágono, pero en el caso de Saturno no se observan estas parejas de vórtices. Cuando la velocidad del viento se reduce con la profundidad hasta casi cero puede surgir una estructura de forma hexagonal en la que las parejas de vórtices desaparecen.

Las simulaciones numéricas por ordenador del modelo baroclínico de Morales-Juberías et al. (2015) son muy prometedoras y reproducen las características principales observadas en el hexágono de Saturno. Sin embargo, hay muchos detalles que no encuentran explicación. El gran hándicap es que ignoramos la estructura vertical de la atmósfera de Saturno bajo el hexágono.

Hay muchas preguntas sin respuesta. La fase final de la misión Cassini tratará de responderlas. Para ello, en los primeros meses del año 2017 se obtendrán las imágenes de mayor resolución hasta ahora de los polos de Saturno. Dichas imágenes podrían ser claves para desvelar el misterio.

5 Comentarios

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Andrés GuzmánAndrés Guzmán

Este vórtice hexagonal es increíble, y el vórtice del polo sur de Saturno también es espectacular.

GerardoGerardo

Nada… la explicación más razonable es que los saturninos no quieren parecer menos que los humanos, y como aqui tenemos el pentagono, allá ellos hicieron un hexagono

Offler

La clave del misterio está en ir con llaves Allen (ni destronillador plano ni de estrella)

Un poco más en serio, no es más que una pequeña muestra de lo poco que sabemos. El Universo tiene que estar lleno de sorpresas

franciscofrancisco

La composición de la atmósfera de Saturno tiene gran cantidad de helio, cuyos cristales tienen estructura hexagonal, puede deberse a una concentración masiva de dicho elemento que por la acción del vórtice, da como resultado ese fenómeno.

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