Júpiter, el rey de los Planetas

Tras cinco años de viaje, este lunes la sonda Juno de la NASA llegó por fin a su destino: Júpiter. Durante 16 meses se dedicará a estudiar al gigante gaseoso, su atmósfera, su núcleo, su campo magnético, para tratar de desentrañar sus misterios, para desvelarnos qué ocultan esas nubes densas y tan variopintas. Con motivo de la llegada de la sonda a su destino, y siguiendo con lo que hice hace un año con lo que sabíamos de Plutón antes de la llegada de la sonda New Horizons, voy a aprovechar para hablar de Júpiter y su sistema de lunas, de lo que ahora conocemos de este gigante antes de que la nave llegue y lo ponga todo patas arriba.

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Júpiter es el planeta más grande del Sistema Solar, un auténtico gigante gaseoso y el verdadero rey de los planetas. Ilustración de Júpiter con la sonda Juno (fuente: nasa.gov).

¿Un planeta o casi una estrella?

Júpiter es el quinto planeta del Sistema Solar en distancia al Sol y uno de los cinco que son fácilmente identificables a simple vista desde la Tierra, motivo por el que el jueves está dedicado a él. Pero si por algo conocemos a Júpiter es porque es, con diferencia, el planeta más grande del Sistema Solar. El Sol contiene más del 99% de toda la materia que forma nuestro sistema, pero ese ínfimo 1% no se distribuye por igual, ya que la mayoría se concentra en Júpiter, cuya masa es 2.5 veces la suma de la masa del resto de planetas. De hecho, si comparamos a Júpiter con el resto de sus compañeros, vemos que tiene una masa tres veces mayor que Saturno y 318 veces la de la Tierra. Estos números marean, lo sé, pero aun así me gustaría dar unos pocos datos más y decir que el diámetro medio de Júpiter es de 142 984 km, mientras que el de Saturno es de 120 536 km, y ocupa un volumen que sería equiparable al de 1317 planetas Tierra, aunque su densidad es muy inferior a la de nuestro planeta (1.33 mg/l frente a 5.515 mg/l). El adjetivo de «gigante» evidentemente le queda muy bien, ahora vamos a ver lo de «gaseoso».

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Imagen de Júpiter en color real formada a partir de cuatro fotografías tomadas por la sonda Cassini de la NASA el 7 de diciembre de 2000 (fuente: NASA / JPL / University of Arizona).

La composición de Júpiter es todavía un pequeño misterio, aunque está bastante aceptado que está compuesto fundamentalmente por hidrógeno y helio, con capas externas gaseosas y posiblemente una capa de hidrógeno líquido, puede que también un núcleo rocoso que esperemos que la sonda Juno nos ayude a desvelar. Por sus dimensiones Júpiter ha sido considerado muchas veces como una estrella abortada, aunque gracias a la gran cantidad de exoplanetas descubiertos en las últimas décadas ahora sabemos que todavía le quedaba bastante para que se iniciasen las reacciones termonucleares en su interior. No obstante, la masa que tiene es suficiente para darle una fuerza gravitatoria de 24.79 m/s2 que sería la que está detrás de la no formación del planeta que debía haberse formado en el cinturón de asteroides. También su elevada fuerza de gravedad es crucial para limpiar el interior del Sistema Solar de asteroides y cometas, tal y como le vimos hacer en julio de 1994 con el cometa Shoemaker-Levy 9, que fue atrapado por la fuerza gravitacional de Júpiter y acabó por estrellarse contra él. Júpiter es la mayor pantalla antibólidos del Sistema Solar, aunque ya sabemos por el registro geológico que no es infalible (Las grandes extinciones en masa).

Son muchos los enigmas que aun rodean la figura de Júpiter. Por fortuna, y a medida que continuamos con la exploración espacial, cada vez son más los que resolvemos. Sobre todo si esos enigmas giran en torno a la única parte visible de Júpiter: sus capas externas. Independientemente de lo que haya en su interior, Júpiter está cubierto por una atmósfera muy densa compuesta por hidrógeno y helio en una proporción similar a la de las estrellas, a los que hay que añadir concentraciones menores de otras sustancias químicas como son el metano, un potente gas invernadero, el amoniaco, el ácido sulfhídrico y el vapor de agua. La atmósfera joviana está estructurada en la vertical en varias capas de diferente composición y distinto comportamiento físico que envuelven lo que podría ser una superficie de hidrógeno líquido, ya que las presiones y las temperaturas existentes a partir de cierta profundidad vuelven al hidrógeno y al helio líquidos supercríticos.

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La atmósfera de Júpiter está compuesta por cuatro capas principales de las cuales la principal es la troposfera, que marca la superficie que vemos de él (fuente: britannica.com).

La troposfera es la capa principal y es la que forma la superficie visible del planeta. Su límite inferior no lo conocemos, aunque se suele situar a una presión de 10 bares, mientras que su límite superior está muy bien delimitado por la tropopausa, en la que las temperaturas suben bruscamente de 110 K a 200 K (de 373º C a 473º C). Esta capa está compuesta por nubes altas de hielo de amoniaco y bajo ellas nubes de hidrosulfuro de amonio, sulfuro de amonio y vapor de agua. La troposfera joviana está dividida en varias franjas latitudinales claras y oscuras causadas por la distinta opacidad de las nubes que están separadas entre sí por fuertes chorros de aire. Sobre la troposfera se encuentra la estratosera, con brumas formadas a partir de la acción de la radiación ultravioleta solar en el metano presente en la atmósfera. Dentro de ella está la famosa Gran Mancha Roja, un enorme huracán que lleva en funcionamiento desde que Robert Hooke la observó por primera vez en el siglo XVII. Y por encima de ella está la termosfera, donde se producen las constantes auroras polares y las emisiones de rayos X del planeta. Esta capa encierra otro de los grandes misterios de Júpiter, ya que su temperatura es muy similar a la de la atmósfera terrestre, algo que no concuerda con los modelos teóricos, que parten de la idea de que la radiación solar es el origen de esas temperaturas. Por último, la capa más externa de la atmósfera joviana es la exosfera, donde la densidad, la presión y la temperatura disminuyen progresivamente hasta que se da paso al medio interplanetario.

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La Gran Mancha Roja es un enorme huracán que existe en el planeta desde que fue vista por primera vez en el s. XVII. Esta imagen fue tomada por la sonda Voyager 1 el 4 de marzo de 1979 (fuente: NASA / JPL).

Júpiter es enorme, de eso no hay duda, pero aunque cueste creerlo no es el segundo objeto más grande del Sistema Solar, ni si quiera el Sol es el objeto más grande. Ese puesto le corresponde a la magnetosfera de Júpiter, tan grande que se extiende hasta casi llegar a la órbita de Saturno. Esta estructura es en realidad la consecuencia de la interacción entre el viento solar y el fuerte campo magnético del planeta, generado a su vez por corrientes eléctricas que giran en torno a la capa de hidrógeno metálico líquido que se cree existe en el interior de Júpiter. Esta increíblemente poderosa magnetosfera es muy espectacular no solo por sus descomunales dimensiones, ya que produce las auroras de las regiones polares de un modo muy similar a lo que ocurre en nuestro planeta, pero a gran escala y de manera perpetua. Aunque sin duda lo más impresionante es que la magnetosfera, al interactuar con el medio interplanetario, produce ruido en forma de ondas de radio que pueden ser detectadas en la Tierra. Porque sí, Júpiter nos habla, tal y como descubrieron las Voyager al visitarlo y como podemos escuchar en el siguiente video.

El Sistema Joviano

Cuando Galileo observó por primera vez a Júpiter con su telescopio encontró no solo con que no era una estrella, sino que había cuerpos que parecían orbitar a su alrededor. Concretamente identificó a cuatro satélites naturales, que ahora conocemos como lunas galileanas, a las que con el tiempo se han añadido muchas más. Hoy en día sabemos que estos cuatro satélites, que se encuentran entre los más grandes de Sistema Solar, no son los únicos satélites naturales de Júpiter, ya que actualmente hay contabilizados un total de 67 cuerpos satelitales que orbitan al gigante gaseoso, algunos poco más que simples asteroides y otros, como las lunas galileanas, auténticos mundos alienígenas.

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Dentro del Sistema Solar hay satélites de gran tamaño que rivalizan con algunos de los planetas. Comparación de tamaños de los principales satélites del Sistema Solar con respecto a la Tierra (fuente: solarsystem.nasa.gov).

Los cuatro satélites galileanos son los primeros que descubrimos y hoy en día sabemos que no podrían ser más diferentes unos a otros. Ganímedes (5262 km) es el satélite más grande de todo el Sistema Solar y prácticamente es como un planeta que orbita Júpiter, ya que es más grande que Mercurio, tiene su propio cmapo magnético y una tenue atmósfera con oxígeno. Calisto (4821 km), por su parte, es el satélite galileano más alejado de Júpiter, aunque es muy brillante debido al gran albedo de su superficie, formada por una litosfera congelada de gran grosor saturada de cráteres de impacto. Ío (3643 km) es poco más grande que nuestra Luna pero es muy diferente a ella, ya que estamos hablando del cuerpo del Sistema Solar con mayor actividad volcánica. Su vulcanismo, que hace que en pocos años los mapas dejen de tener validez, se cree que es debido al efecto de marea que induce la fuerte gravedad de Júpiter, que mantiene el interior líquido y «batido». La última luna galileana es Europa (3122 km), sin duda una de las que más interés suscita por su composición. Hoy en día creemos que este satélite de superficie lista y blanca en tiene en su interior un océano de agua líquida en el que muy probablemente haya fumarolas que podrían permitir el desarrollo de todo un sistema marino alienígena.

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Europa es una de las lunas galileanas y también uno de los satélites más interesantes del Sistema Solar. La presencia de fumarolas submarinas en su océano profundo lo han convertido en uno de los principales candidatos a albergar vida fuera de la Tierra (fuente: prog.world).

Pero Júpiter no solo tiene una gran cantidad de lunas, ya que una de las características más desconocidas de nuestro gigante gaseoso es el hecho de que también tiene anillos. Vale que no son tan espectaculares como los de su vecino Saturno, pero eso no quita que tengan cierto atractivo científico. En total se han identificado cuatro anillos en torno a Júpiter formados principalmente por polvo interplanetario o por polvo desprendido de alguna de sus lunas, ya sea por impacto de bólidos o por géiseres y erupciones volcánicas relacionadas con las fuertes mareas que experimentan debido a la fuerza gravitatoria del gigante gaseoso.

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A pesar de que siempre que se habla de un sistema de anillos alrededor de un planeta pensamos en Saturno, este planeta no es el único del Sistema Solar que los tiene. Fotografía a contraluz de la sonda Galieo en la que se muestran los anillos de Júpiter (fuente: NASA / JPL).

Historia de «nuestras» visitas a Júpiter

El lunes llegó Juno, pero esta no es la primera visita que hacemos al gigante gaseoso, ya que en total hemos enviado siete misiones no tripuladas. Las dos primeras sondas en llegar y explorar al planeta fueron las sondas del programa Pioneer, en la década de los 70’s. La Pioneer 10 llegó a Júpiter en diciembre de 1973 y fue la primera en tomar imágenes de cerca del planeta y de sus satélites galileanos, observó su atmósfera y detectó su campo magnético. De hecho, algunas de las mejores fotografías que tenemos de la atmósfera joviana, así como los primeros datos sobre su temperatura, corresponden a esta sonda que actualmente continua su viaje hacia el espacio interestelar, rumbo a la estrella Aldebarán. Trece meses después de ella llegó la Pioneer 11, que se acercó a 34 000 km de la capa de nubes, fotografió la Gran Mancha Roja y observó las regiones polares del planeta. Después de dejar al gigante gaseoso continuó su camino hacia Saturno.

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La sonda Pioneer 10 fue una de las primeras visitas que hicimos a Júpiter. Esta fotografía, tomada por la misión, es una de las primeras imagenes en color que obtuvimos desde el espacio del gigante gaseoso (fuente: nasa.gov).

A finales de la década de 1970 llegó el turno del programa Voyager, sin duda uno de los más exitosos de la historia de la exploración espacial. La Voyager 1 empezó a tomar fotografías de Júpiter en enero de 1979, y aunque no se acercó tanto como la Pioneer 11, la mejora en los aparatos y su mayor resolución hicieron que sus imágenes se hayan convertido en las más conocidas de Júpiter. La Voyager 1 dejó Júpiter y continuó su camino rumbo a Saturno y hace unos años se convirtió en el primer objeto creado por el hombre en salir del Sistema Solar y adentrarse en el desconocido espacio interestelar. La Voyager 2 llegó a Júpiter en julio de 1979 y se acercó a 570 000 kilómetros de la capa de nubes del planeta, revelando una atmósfera de hidrógeno y helio con una dinámica mucho más compleja de lo que se creía hasta ese momento. Aunque sin duda el mayor descubrimiento de esta sonda en el sistema joviano fue descubrir que las estrías identificadas por su hermana en Europa eran en realidad grietas en una capa de hielo y no fracturas del terreno, como se había creído en un principio. Después de Júpiter, la Voyager 2 visitó Saturno, Urano y Neptuno, siendo de momento el único objeto que ha visitado a estos dos últimos planetas.

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Detalle de una tormenta en la atmósfera de Júpiter, tal y como la descubrió la sonda Voyager 2 en su viaje por el Sistema Solar (fuente: NASA / JPL).

La sonda Galileo es la más importante de todas las que ha visitado Júpiter hasta la fecha porque ha sido la única cuyo objetivo principal era precisamente el sistema joviano. Llegó al planeta en 1995 y durante siete años observó al gigante gaseoso y a varias de sus lunas, aportándonos una información muy importante de este mundo tan alejado. La sonda fue además testigo cuando se acercaba del impacto del cometa Shoemaker-Levy 9, lo que permitió comprender un poco mejor la composición del planeta. Pero sin duda lo más importante de esta misión fueron los datos que obtuvo de la atmósfera superficial de Júpiter, en la que llegó a meterse, y el hecho de que confirmó y observó por primera vez las nubes de amoniaco de su troposfera. Galileo también visitó algunos de los satélites y tomó fotos de varios de ellos. Esta sonda, a diferencia de las anteriores, fue destruida para que no pudiera acabar impactando en Europa y contaminar su océano subsuperficial, un objetivo que tenemos a largo plazo.

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Ío es el cuerpo con mayor actividad volcánica de todo el Sistema Solar. Fotografía de la caldera de Tupan vista desde la sonda Galileo (fuente: NASA / JPL).

La última misión en visitar al gigante gaseoso ha sido la sonda Juno, que como anticipábamos al comienzo de esta entrada llegó a él el pasado lunes. Esta nueva misión, que ya es el cuerpo con impulso solar que más lejos ha viajado, pretende estudiar a fondo el planeta para tratar de comprender su origen y el del Sistema Solar. A partir de los datos que nos aporte, en los próximos meses se intentará crear un mapa detallado de la gravedad y del campo magnético de Júpiter, aclarar si tiene o no núcleo rocoso y tratar de comprender mejor cuál es el origen de la Gran Mancha Roja. Pero esta misión, antes incluso de llegar a su destino, ya nos había ofrecido maravillosas imágenes, de Júpiter y también de nuestro pequeño hogar en el cosmos.

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El sistema Tierra-Luna tal y como fue captado por la sonda Juno en agosto de 2011, a una distancia de 402 000 km. En ella se puede ver muy bien cómo la distancia real entre ambos cuerpos es mucho mayor de lo que solemos considerar (fuente: NASA / JPL / Caltech).

Estas son las principales misiones espaciales que han visitado a Júpiter con el objetivo de estudiarlo, pero no obstante ha habido otras más que han estado de visita. Por ejemplo, en 1992 llegó al planeta la sonda Ulysses, cuyo objetivo era en realidad observar el Sol desde diferentes posiciones. Más tarde, ya en el s. XXI, fue el turno de la nave Cassini-Huygens, que en su viaje hacia Saturno aprovechó para fotografiar a Júpiter y para hacer uno de los mapas a color más completos que tenemos de él (imagen de abajo). Y la más recientemente de todas ellas ha sido la conocida sonda New Horizons, que en su camino rumbo a Plutón aprovechó el tirón gravitacional de Júpiter para alcanzar mayor velocidad y también tomó algunas fotografías de él.

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Mapa polar de Júpiter realizado a partir de varias imágenes tomadas por la sonda Cassini los días 11 y 12 de diciembre de 2000 (fuente: NASA / JPL / Space Science Institute).

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