En los últimos 130 años de observación, el planeta gigante gaseoso Saturno ha presentado en cinco ocasiones tormentas colosales que han recibido el nombre de grandes manchas blancas. Estos fenómenos se han venido repitiendo en cada vuelta de Saturno al Sol, que dura unos treinta años, pero hace unos meses se captó el inicio adelantado y sorpresivo de otro de estos eventos. Estas tormentas ofrecen, en cierto modo, un banco de pruebas de los mecanismos físicos asociados a algunos fenómenos meteorológicos que acontecen en la Tierra.
Crecimiento de la tormenta. Secuencia de imágenes que muestran el crecimiento del núcleo de la tormenta entre el 5 y el 13 de Diciembre de 2010. © Grupo Ciencias Planetarias UPV-EHU
El planeta Saturno muestra en su atmósfera una rica meteorología pero, además, una vez en su largo año de 29.5 años terrestres desarrolla un fenómeno único en todo el Sistema Solar, una gigantesca tormenta conocida popularmente como gran mancha blanca, que crece hasta alcanzar unos 10.000 km, casi el tamaño de la Tierra. Las tormentas tienden a emerger durante el verano del hemisferio norte del planeta. Dado que el último suceso tuvo lugar en la región ecuatorial de Saturno en 1990, no se esperaba otro evento hasta alrededor del año 2020. Pero por sorpresa, con casi nueve años de adelanto, astrónomos aficionados japoneses anunciaron a comienzos de diciembre de 2010 la aparición de una mancha muy brillante en las latitudes medias del hemisferio norte del planeta, primer signo de la gigantesca tormenta.
Las observaciones del desarrollo de esta tormenta, efectuadas por un equipo de investigación del que forma parte un investigador del CAB, han permitido profundizar en el conocimiento de la atmósfera del planeta anillado.
La tormenta desarrollada en todo el planeta el 12 de Marzo 2011. Imagen obtenida con la cámara ACS/WFC del Telescopio Espacial Hubble. © Grupo Ciencias Planetarias UPV-EHU
Tormentas blancas: dos teorías sobre su origen
La perturbación atmosférica provocada por la tormenta se expande impulsada por los vientos y termina por rodear todo el planeta a lo largo de un anillo de nubes blancas turbulentas. Este enorme planeta gaseoso sin superficie situado a una distancia de 1.500 millones de kilómetros del Sol (diez veces la distancia de la Tierra al Sol) pierde entonces, durante los meses que dura el fenómeno, su pálido semblante de nieblas y nubes amarillentas.
«A fecha de hoy, más de seis meses después de la erupción de la tormenta, su foco original, aunque debilitado, sigue activo, lo que representa una sorpresa mayúscula y un desafío en la comprensión de estos violentos sucesos meteorológicos», ha declarado Agustín Sánchez Lavega, de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería en Bilbao de la Universidad del País Vasco (UPV-EHU), quien lidera esta investigación.
La formación de estas tormentas parece seguir el ciclo estacional de insolación. Las estaciones en Saturno son muy marcadas, ya que el eje de rotación del planeta está bastante inclinado con respecto a la órbita del planeta, al igual que le sucede a la Tierra.
Secuencia de imágenes del Hubble. Se debe pinchar en la imagen para verla.
Pero es todo un misterio cómo los cambios en la débil iluminación solar que llega a Saturno, y que apenas penetra unos pocos kilómetros la capa superior de sus nubes de amoniaco, dispara tormentas tan enormes a más de 250 km de profundidad, en las ocultas nubes de agua. Además, según las observaciones del fenómeno, la irrupción de la columna de gases calientes ascendentes en chorro que da lugar a las nubes blancas visibles, apenas modifica el fluir habitual de los vientos que soplan en dirección de los paralelos de Saturno.
Este es un aspecto importante, ya que dos teorías compiten para explicar el origen energético de estos vientos y la variada meteorología de los planetas gigantes gaseosos: o bien la fuente de energía radica en la luz solar y los vientos son «superficiales», o bien el motor se encuentra en el calor interno que surge de Saturno y los vientos son «profundos».
En palabras de los propios investigadores, «nuestros modelos que mejor simulan la tormenta y la subsiguiente perturbación de escala planetaria requieren que los vientos se extiendan en profundidad hasta las nubes de agua, es decir allí donde no llega la iluminación solar. Si es así, este trabajo confirmaría lo ya apuntado en anteriores trabajos nuestros dedicados a Júpiter, el otro planeta gaseoso gigante, y en Saturno, y que señalan a los vientos con origen en la fuente interna de calor».
Más allá de la curiosidad por conocer los procesos físicos que subyacen a la formación de estas gigantescas tormentas en Saturno, el estudio de estos fenómenos permite poner a prueba los modelos que se emplean para en el estudio de la meteorología y del comportamiento de la atmósfera terrestre en un medio ambiente muy diferente e imposible de simular en un laboratorio.
Las tormentas de Saturno ofrecen así, en cierto modo, un banco de pruebas de los mecanismos físicos que subyacen a la generación de las tormentas violentas que acontecen en las regiones ecuatoriales y tropicales de la Tierra, o de fenómenos tan cercanos como las llamadas gotas frías.
Comparación entre la observación el 25 Diciembre 2010 de la tormenta en expansión y un modelo numérico de su estructura. © Grupo Ciencias Planetarias UPV-EHU
Equipo de investigación
En el número 7354 de la revista Nature, un equipo internacional liderado por el profesor Agustín Sánchez Lavega, de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería en Bilbao de la Universidad del País Vasco (UPV-EHU), presenta los resultados de las observaciones del fenómeno y la primera interpretación del mismo. En este estudio participan además investigadores de la Universidad Europea Miguel de Cervantes de Valladolid, de la Fundació Observatori Esteve Duran de Cataluña, del Observatorio de Calar Alto en Almería, de la Universidad de Oxford en el Reino Unido y del Observatorio de París en Francia. Destaca además el trabajo fundamental realizado por una red internacional de observadores coordinados desde la UPV-EHU que desinteresadamente contribuyen con la toma de imágenes del planeta.
Los datos obtenidos en diciembre de 2010 en el Observatorio de Calar Alto proceden del telescopio reflector Zeiss de 2.2 m equipado con el instrumento CAFOS y consistieron en una serie de imágenes en luz roja.
Desde el Centro de Astrobiología (INTA-CSIC) se colabora con el equipo de UPV para hacer un seguimiento a largo plazo de Saturno de fenomenologías similares en otros planetas gigantes gaseosos del Sistema Solar. Esto enlaza con los programas de estudio de propiedades de exoplanetas que se llevan a cabo en el CAB, objetos de los cuales no pueden observarse detalles directamente, dada su lejanía.
Según afirma David Barrado, investigador del CAB (INTA-CSIC) y director de Calar Alto, “Desde hace unas semanas venimos monitorizando el fenómeno de manera regular desde el observatorio de Calar Alto, mediante el uso de una técnica especial que permite obtener imágenes de alta resolución espacial, análogas a las del telescopio espacial HST. Además del interés intrínseco de esta tormenta, los gigantes gaseosos del Sistema Solar son verdaderas piedra Rosetta, que nos ayudan a entender lo que ocurre en exoplanetas y en enanas marrones, objetos muy fríos con propiedades a medio camino entre las propias de estrellas y de los planetas”.
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