La tormenta de Júpiter genera rayos 100 veces más poderosos que los de la Tierra

Júpiter es conocido por sus enormes tormentas, algunas de las cuales han estado activas durante siglos. Recientemente, científicos de la Universidad de California, Berkeley hallaron que estos masivos fenómenos atmosféricos pueden generar rayos mucho más potentes que los que se observan en la Tierra.

Utilizando datos de la sonda Juno de la NASA, los investigadores determinaron que ciertos destellos de rayos en Júpiter pueden ser hasta 100 veces más fuertes que los rayos terrestres, e incluso podrían ser más intensos. Estas conclusiones se obtuvieron gracias al radiometro de microondas de Juno, un instrumento que ha estado estudiando la atmósfera de Júpiter desde que la sonda entró en órbita en 2016.

El radiometro puede detectar emisiones de radio producidas por los rayos, similares a las interferencias de radio generadas por tormentas en la Tierra. Las microondas se sitúan en el extremo de alta frecuencia del espectro de radio.

El estudio fue publicado en la revista AGU Advances.

La singularidad de las tormentas de Júpiter

El autor principal, Michael Wong, un científico planetario del Laboratorio de Ciencias Espaciales de Berkeley, explicó que el estudio de las tormentas en otros planetas puede ayudar a comprender mejor el clima en la Tierra. "Hay tanto que no sabemos sobre los rayos en nuestro planeta", afirmó Wong.

En años recientes, se han identificado fenómenos eléctricos inusuales asociados a tormentas en la Tierra, conocidos como "eventos luminosos transitorios" (TLEs), que ocurren en la parte superior de las tormentas e incluyen sprites, jets, halos y ELVEs.

En Júpiter, los rayos ofrecen una visión sobre la convección, el proceso que mueve el calor a través de la atmósfera. "La convección funciona de manera un poco diferente en la Tierra y Júpiter porque el último tiene una atmósfera dominada por el hidrógeno, lo que hace que el aire húmedo sea más pesado y más difícil de elevar", explicó Wong.

La atmósfera de la Tierra es principalmente nitrógeno, que es más pesado que el vapor de agua, lo que permite que el aire húmedo en la Tierra ascienda más fácilmente. Sin embargo, en Júpiter, el aire húmedo es más pesado, por lo que las tormentas requieren mucha más energía para elevarse en la atmósfera. Una vez que lo logran, pueden liberar enormes cantidades de energía, produciendo vientos intensos y poderosos rayos entre nubes.

La sonda Juno y la medición de rayos en Júpiter

Casi todas las sondas que han visitado Júpiter han detectado rayos. Los destellos brillantes se destacan claramente en el lado oscuro del planeta, lo que facilita su identificación.

Las misiones anteriores sugirieron que los rayos de Júpiter eran excepcionalmente poderosos porque solo podían detectar los destellos más brillantes. Sin embargo, Juno complicó esta imagen cuando su cámara de seguimiento de estrellas, altamente sensible, reveló muchos destellos más débiles, más comparables a los rayos en la Tierra.

Según Wong, un desafío de las observaciones en luz visible es que las nubes pueden ocultar algunos destellos, dificultando la determinación de su verdadero brillo. El radiometro de microondas de Juno ofreció una mejor manera de estimar la energía de los rayos, ya que las señales de microondas pueden atravesar las nubes. Aunque el instrumento no fue diseñado específicamente para estudiar rayos, puede detectar emisiones de microondas de tormentas cercanas.

Aún así, la atmósfera de Júpiter presentó otro desafío. Las tormentas a menudo estallan simultáneamente en grandes cinturones de nubes que rodean el planeta, dificultando la determinación de qué tormenta produjo cada señal. Wong comparó el problema con escuchar sonidos de estallidos en un desfile de Año Nuevo chino sin saber si el ruido provenía de palomitas de maíz cercanas o de fuegos artificiales más lejanos.

Las supertormentas "sigilosas" en Júpiter

Los científicos finalmente obtuvieron una oportunidad en 2021 y 2022 cuando la actividad de tormentas en el Cinturón Ecuatorial Norte de Júpiter disminuyó temporalmente. Esto permitió a Wong y su equipo concentrarse en tormentas aisladas una a la vez.

Utilizando observaciones del Telescopio Espacial Hubble, la cámara a bordo de Juno e incluso imágenes capturadas por astrónomos amateurs, el equipo localizó varias tormentas inusuales que Wong denominó "supertormentas sigilosas".

Al igual que las supertormentas más grandes de Júpiter, estos sistemas duraron meses y alteraron dramáticamente los patrones de nubes circundantes. Sin embargo, sus torres de nubes permanecieron relativamente modestas en altura.

"Dado que teníamos una ubicación precisa, pudimos decir: 'OK, sabemos dónde está. Estamos midiendo directamente el poder'", dijo Wong.

Durante este período de calma, Juno realizó 12 pasadas sobre tormentas aisladas. En cuatro sobrevuelo, la sonda se acercó lo suficiente como para medir señales de microondas de rayos.

Los científicos registraron un promedio de tres destellos de rayos por segundo durante esos pasajes. En un solo encuentro, Juno detectó 206 pulsos de microondas separados. De 613 pulsos medidos, el equipo estimó que la intensidad de los rayos oscilaba desde aproximadamente la fuerza de los rayos en la Tierra hasta más de 100 veces más fuertes.

Wong destacó que todavía existe incertidumbre en la comparación porque los rayos de Júpiter y la Tierra fueron medidos a diferentes longitudes de onda de radio. Un estudio previo incluso sugirió que los rayos de Júpiter podrían ser potencialmente un millón de veces más poderosos que los de la Tierra.

¿Qué tan poderosos son los rayos de Júpiter?

Determinar la energía total de un rayo es complicado, dijo la coautora Ivana Kolmašová, física espacial de la Universidad de Charles en Praga, Chequia, y miembro de la Academia Checa de Ciencias. Los rayos liberan energía en múltiples formas, incluyendo ondas de radio, luz, calor, sonido y reacciones químicas.

En la Tierra, un rayo típico libera alrededor de 1 gigaJulio de energía, o mil millones de julios. Esa cantidad de electricidad es suficiente para abastecer aproximadamente 200 hogares promedio durante una hora. Wong estima que los rayos en Júpiter pueden liberar entre 500 y posiblemente 10,000 veces más energía que los rayos en la Tierra.

El misterio detrás de los rayos de Júpiter

Los investigadores creen que los rayos de Júpiter se forman de manera similar a las tormentas eléctricas en la Tierra. El vapor de agua ascendente se condensa en gotas y cristales de hielo que se cargan eléctricamente, produciendo eventualmente grandes diferencias de voltaje entre nubes o entre nubes y el suelo.

En la Tierra, las tormentas eléctricas suelen estar asociadas con granizo. En Júpiter, los científicos piensan que las tormentas pueden producir objetos similares a un lodo helado llamados "bolas de masa", formados cuando el agua y el amoníaco se combinan.

A pesar de los nuevos descubrimientos, los investigadores aún no comprenden completamente por qué los rayos de Júpiter pueden ser tan poderosos. "Aquí es donde los detalles comienzan a volverse emocionantes, donde se puede preguntar: '¿Podría la diferencia clave ser las atmósferas de hidrógeno frente a nitrógeno, o podría ser que las tormentas sean más altas en Júpiter y, por lo tanto, hay mayores distancias involucradas?" agregó Wong. Las tormentas de Júpiter pueden elevarse más de 100 kilómetros de altura, en comparación con aproximadamente 10 kilómetros para las tormentas en la Tierra.

"¿O podría ser que hay más energía disponible porque, con la convección húmeda en Júpiter, se necesita una mayor acumulación de calor antes de poder generar la tormenta para crear rayos?" añadió. "Es un área activa de investigación". Los coautores de Wong incluyeron al becario postdoctoral de Berkeley Ramanakumar Sankar, así como a investigadores de los Estados Unidos, Chequia y Japón. La investigación fue respaldada por NASA (80NSSC19K1265, 80NSSC25K0362).

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