Los datos de la sonda Cassini de la NASA pueden explicar el misterio atmosférico de Saturno.
Las capas superiores en las atmósferas de los gigantes gaseosos (Saturno, Júpiter, Urano y Neptuno) son calientes, al igual que las de la Tierra. Pero a diferencia de la Tierra, el Sol está demasiado lejos de estos planetas exteriores para dar cuenta de las altas temperaturas. Su fuente de calor ha sido uno de los grandes misterios de la ciencia planetaria.
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| Esta imagen compuesta de color falso, construida a partir de datos obtenidos por la nave espacial Cassini de la NASA, muestra el brillo de las auroras que se extienden a unos 1.000 kilómetros (600 millas) de las cimas de las nubes de la región polar sur de Saturno. Es una de las primeras imágenes publicadas de un estudio que identifica imágenes que muestran emisiones aurorales de todo el catálogo de imágenes tomadas por el espectrómetro de mapeo visual e infrarrojo de Cassini. En esta imagen construida a partir de datos recopilados en las longitudes de onda de luz del infrarrojo cercano, la emisión auroral se muestra en verde. Los científicos designaron azul para indicar la luz solar reflejada en longitudes de onda de 2 a 3 micras, verde para indicar luz de iones de hidrógeno en longitudes de onda entre 3 y 4 micras y rojo para indicar emisión térmica a 5 micras. Los anillos de Saturno y la neblina a gran altitud solo reflejan la luz solar a 3 micras o menos, por lo que parecen de un azul profundo. El brillo de la aurora solo se puede ver en las longitudes de onda en el canal verde. La emisión de calor desde el interior de Saturno solo se ve a una longitud de onda de 5 micras en los datos del espectrómetro, y por lo tanto aparece en rojo. Los puntos oscuros y las características con bandas en la imagen son nubes y pequeñas tormentas que delinean los sistemas climáticos más profundos y los patrones de circulación del planeta. Están iluminados desde abajo por la emisión térmica de Saturno y, por lo tanto, aparecen en silueta. La imagen compuesta se realizó a partir de 65 observaciones individuales por el espectrómetro de mapeo visual e infrarrojo de Cassini el 1 de noviembre de 2008. Las observaciones fueron cada una de seis minutos de duración. La misión Cassini-Huygens es un proyecto cooperativo de la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Italiana. El Laboratorio de Propulsión a Chorro, una división del Instituto de Tecnología de California en Pasadena, administra la misión de la Dirección de Misión Científica de la NASA, Washington, D.C. El orbitador Cassini fue diseñado, desarrollado y ensamblado en JPL. El equipo del espectrómetro de mapeo visual e infrarrojo tiene su sede en la Universidad de Arizona, Tucson. Crédito de la imagen: NASA / JPL / ASI / Universidad de Arizona / Universidad de Leicester. |
Un nuevo análisis de datos de la nave espacial Cassini de la NASA encuentra una explicación viable de lo que mantiene tan calientes a las capas superiores de Saturno, y posiblemente a los otros gigantes gaseosos: auroras en los polos norte y sur del planeta. Las corrientes eléctricas, desencadenadas por las interacciones entre los vientos solares y las partículas cargadas de las lunas de Saturno, encienden las auroras y calientan la atmósfera superior. (Al igual que con la aurora boreal de la Tierra, estudiar auroras les dice a los científicos qué está sucediendo en la atmósfera del planeta).
El trabajo, publicado el 6 de abril en Nature Astronomy, es el mapeo más completo hasta la fecha de la temperatura y la densidad de la atmósfera superior de un gigante gaseoso, una región que, en general, no se conoce bien.
Al construir una imagen completa de cómo circula el calor en la atmósfera, los científicos pueden comprender mejor cómo las corrientes eléctricas aurorales calientan las capas superiores de la atmósfera de Saturno y conducen los vientos. El sistema eólico global puede distribuir esta energía, que inicialmente se deposita cerca de los polos hacia las regiones ecuatoriales, calentándolas al doble de las temperaturas esperadas solo por el calentamiento del Sol.
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| La nave espacial Cassini ha obtenido nuevas imágenes de las emisiones aurorales de Saturno, que son similares a las auroras boreales de la Tierra. Las imágenes tomadas el 21 de junio de 2005 con el espectrógrafo de imágenes ultravioletas de Cassini son las primeras de la misión en capturar todo el "óvalo" de las emisiones aurorales en el polo sur de Saturno. En las imágenes de lado a lado, en falso color, el azul representa las emisiones de auroras del gas de hidrógeno excitado por el bombardeo electrónico, mientras que el rojo anaranjado representa la luz solar reflejada. Las imágenes muestran que las luces de aurora en las regiones polares responden rápidamente a los cambios en el viento solar. Las imágenes anteriores se han tomado más cerca del ecuador, lo que dificulta ver las regiones polares. Los cambios en las emisiones dentro de la aurora del polo sur de Saturno son visibles al comparar las dos imágenes, tomadas con una separación de aproximadamente una hora. El punto más brillante en la aurora izquierda se desvanece, y aparece un punto brillante en el medio de la aurora en la segunda imagen. Las imágenes contienen más de 2,000 longitudes de onda de información espectral dentro de cada imagen, lo que ayuda a los investigadores a estudiar las auroras, los gases, los peligros y las distribuciones cambiantes de Saturno. Al igual que la aurora de la Tierra, las de Saturno se forman en un óvalo en latitudes altas alrededor de cada polo, junto con las manchas y rayas asociadas. Los datos del espectrógrafo de imágenes ultravioleta muestran que la aurora de Saturno dura al menos una hora, pero pequeños cambios son visibles en ese tiempo entre las dos imágenes. El mismo proceso produce auroras en ambos planetas: las variaciones en el entorno del plasma liberan electrones atrapados, que fluyen a lo largo de las líneas del campo magnético hacia la atmósfera superior. Allí, colisionan con átomos y moléculas, excitándolos a energías más altas. Los átomos y las moléculas liberan esta energía adicional al irradiar luz a colores y longitudes de onda particulares. En la Tierra, esta luz proviene principalmente de átomos de oxígeno y moléculas de nitrógeno. En Saturno, proviene de las emisiones de hidrógeno molecular y atómico. La misión Cassini-Huygens es un proyecto cooperativo de la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Italiana. El Laboratorio de Propulsión a Chorro, una división del Instituto de Tecnología de California en Pasadena, administra la misión Cassini-Huygens para la Dirección de la Misión de Ciencia Espacial de la NASA en Washington D.C. El orbitador Cassini fue diseñado, desarrollado y ensamblado en JPL. El espectrógrafo de imágenes ultravioleta fue construido en, y el equipo está basado en la Universidad de Colorado, Boulder. Crédito de la imagen: NASA / JPL / Universidad de Colorado. |
"Los resultados son vitales para nuestra comprensión general de las atmósferas superiores planetarias y son una parte importante del legado de Cassini", dijo el autor Tommi Koskinen, miembro del equipo del Espectrógrafo de Imágenes Ultravioleta (UVIS) de Cassini. "Ayudan a abordar la cuestión de por qué la parte más alta de la atmósfera está tan caliente mientras que el resto de la atmósfera, debido a la gran distancia del Sol, está fría".
Gestionado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, Cassini fue un orbitador que observó a Saturno durante más de 13 años antes de agotar su suministro de combustible. La misión lo sumergió en la atmósfera del planeta en septiembre de 2017, en parte para proteger su luna Encelado, que Cassini descubrió que podría contener condiciones adecuadas para la vida. Pero antes de su caída, Cassini realizó 22 órbitas ultra cercanas de Saturno, una gira final llamada Grand Finale.
Fue durante la Gran Final que se recopilaron los datos clave para el nuevo mapa de temperatura de la atmósfera de Saturno. Durante seis semanas, Cassini apuntó a varias estrellas brillantes en las constelaciones de Orión y Canis Major cuando pasaron detrás de Saturno. Mientras la nave espacial observaba cómo las estrellas se elevaban y se colocaban detrás del planeta gigante, los científicos analizaron cómo la luz de las estrellas cambiaba a medida que pasaba por la atmósfera.
La medición de la densidad de la atmósfera dio a los científicos la información que necesitaban para encontrar las temperaturas. (La densidad disminuye con la altitud, y la tasa de disminución depende de la temperatura). Descubrieron que las temperaturas alcanzan su punto máximo cerca de las auroras, lo que indica que las corrientes eléctricas aurorales calientan la atmósfera superior.
Y las mediciones de densidad y temperatura juntas ayudaron a los científicos a determinar la velocidad del viento. Comprender la atmósfera superior de Saturno, donde el planeta se encuentra con el espacio, es clave para comprender el clima espacial y su impacto en otros planetas de nuestro sistema solar y exoplanetas alrededor de otras estrellas.
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| Esta ilustración muestra a la nave espacial Cassini de la NASA a punto de realizar una de sus inmersiones entre Saturno y sus anillos más internos como parte del gran final de la misión. Crédito de imagen: NASA / JPL-Caltech. |
La misión Cassini-Huygens es un proyecto cooperativo de la NASA, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Italiana. JPL, una división de Caltech en Pasadena, administra la misión de la Dirección de Misión Científica de la NASA en Washington. JPL diseñó, desarrolló y ensambló el orbitador Cassini.
Puede encontrar más información sobre Cassini aquí:
Artículo en Nature Astronomy: "A pole-to-pole pressure–temperature map of Saturn’s thermosphere from Cassini Grand Finale data".
Contactos:
Gretchen McCartney
Laboratorio de Propulsión a Chorro, Pasadena, California.
818-393-6215
Hautaluoma gris / Alana Johnson
Cuartel general, Washington
202-358-0668 / 202-358-1501
Última actualización: 6 de abril de 2020, enlace publicación.
Editor: Tony Greicius
