Júpiter

Júpiter es con diferencia el planeta más grande y masivo del Sistema Solar. Es el quinto planeta del sistema solar más alejado del Sol y el más próximo del sistema solar exterior. Al igual que el resto de planetas gaseosos del sistema solar, Júpiter está compuesto por hidrógeno y helio principalmente y pequeñas cantidades de metano, amoniaco y agua. Es muy reconocido además de su gran tamaño por la gran cantidad de rayas y remolinos que se pueden ver en su atmósfera, siendo el gigante gaseoso más próximo a nuestro planeta por lo que hace que sea fácilmente visible desde la Tierra a simple vista.

Conocido desde la antigüedad, es el cuarto objeto más brillante de nuestro cielo nocturno, tras la Luna, Venus y en algunas ocasiones Marte. Su nombre actual proviene del principal dios del panteón romano, padre de dioses y hombres. Los griegos lo denominaban Faetón, mientras que los babilonios lo conocían como Marduk, o como Brihaspati para los antiguos hindúes.

Con cuatro grandes lunas y muchas lunas más pequeñas, Júpiter forma una especie de sistema solar en miniatura. Conocemos un total de 97 lunas o satélites de Júpiter, de las cuales cincuenta y siete ya han recibido nombres oficiales por parte de la Unión Astronómica Internacional (IAU).

Las cuatro lunas más grandes de Júpiter: Ío, Europa, Ganímedes y Calisto, fueron observadas por primera vez por el astrónomo Galileo Galilei en el año 1610 utilizando una versión temprana del telescopio y las primeras en conocerse de todo el sistema solar, tumbando para siempre las teorías geocentristas que dominaban la sociedad occidental en aquélla época, donde aseguraban que todos los astros giraban alrededor de la Tierra considerando nuestro planeta el mismo centro del universo. Estas cuatro lunas son conocidas hoy en día como los satélites galileanos en su honor y son algunos de los destinos más fascinantes de nuestro sistema solar. Ío es el cuerpo más volcánicamente activo del sistema solar. Ganímedes es la luna más grande del sistema solar (incluso más grande que el planeta Mercurio). Los escasos cráteres pequeños de la superficie de Calisto indican un pequeño grado de actividad superficial. Un océano de agua líquida con los ingredientes para la vida podría estar presente debajo de la corteza congelada de Europa, lo que la convierte en un lugar prioritario de exploración por su potencial exobiológico para las principales agencias espaciales del mundo.

En la era espacial un total de nueve sondas espaciales han explorado el planeta Júpiter, de las cuales dos de ellas han orbitado el planeta, Galileo y Juno. La primera en orbitar el planeta, la misión Galileo, además de un orbitador portaba una sonda que descendió sobre la atmósfera superior del planeta logrando transmitir datos hasta una profundidad de más de 150 km. La última de ellas es la sonda espacial Juno de la NASA, la única operativa actualmente, y lleva en órbita desde julio de 2016, estudiando la gravedad, los campos magnéticos, la atmósfera y la composición de Júpiter. Ya en su la fase extendida de su misión, la sonda Juno realizará algunos encuentros cercanos con las principales lunas más próximas del planeta hasta el final de su misión prevista para 2025.

El 14 de abril de 2023 fue lanzada la sonda JUICE de la ESA con destino Júpiter al que llegará en 2031. Estudiará principalmente las lunas Europa, Ganímedes y Calisto en busca de océanos líquidos bajo las cortezas de roca y hielo y entrará en órbita de Ganímedes. La NASA lanzó en octubre de 2024 la sonda Europa Clipper a la órbita de Júpiter, donde realizará numerosos sobrevuelos cercanos de la luna Europa para allanar el camino a una futura misión de descenso en la superficie. La sonda Europa Clipper llegará a Júpiter en 2030, un año antes que la sonda europea JUICE.

Por otro lado, China tiene previsto lanzar su primera misión al sistema solar exterior en 2030, que consistirá en una misión doble apodada Tianwen 4, compuesta de una sonda que se dirigirá a Júpiter para entrar en órbita de Calisto y una sonda menor que sobrevolará Urano. Además están estudiando la posibilidad de enviar en la próxima década una compleja misión de sobrevuelo a Neptuno dotada de una sonda atmosférica y de varios impactadores para Tritón que necesariamente deberá sobrevolar Júpiter antes de llegar a su remoto destino.

Características físicas de Júpiter

Júpiter es el planeta más grande del Sistema Solar, con un diámetro de aproximadamente 142.984 km, once veces mayor que la Tierra, y también es el planeta más masivo, tiene más de dos veces la masa de todos los demás planetas y cuerpos del sistema solar juntos. Al igual que el resto de planetas gaseosos tiene forma ovalada, su radio ecuatorial es de 71.492 km y su radio polar de 66.854 km (elipticidad = 0,06487).

Con ese tamaño y una masa estimada cercana a 318 veces la masa de la Tierra, la densidad del planeta es apenas un tercio superior a la del agua (1,326 g/cm3). Debido a su gran masa es también el planeta con una mayor velocidad de escape (60,20 km/s) y mayor gravedad (24,79 m/s2) del sistema solar.

La gigantesca masa de Júpiter y su abrumadora gravedad lo convierten en un ‘barrendero’ celestial capaz de atraer o redirigir cuerpos más pequeños como asteroides y cometas. Se teoriza que el actual Cinturón de Asteroides es el resultado de la influencia gravitatoria de Júpiter, que impidió que partículas de polvo y roca se fusionaran para formar cuerpos más grandes durante los primeros momentos de la formación de nuestro sistema solar. Además, Júpiter alberga una población de miles de asteroides troyanos que comparten su órbita en puntos estables de Lagrange, situados a sesenta grados por delante y por detrás del planeta en su órbita. Aunque la noción de que Júpiter actúa como un ‘guardián protector’ de la Tierra, capaz de interceptar o redirigir asteroides y cometas potencialmente peligrosos para nuestro planeta, no está plenamente corroborada y también actúa como principal captor de asteroides y cometas hacia el interior del sistema solar.

Un ejemplo de esto ocurrió en 1994, cuando el cometa Shoemaker-Levy 9 (SL-9) se acercó a Júpiter y fue fragmentado por las fuerzas de marea del planeta. Las 23 partes del núcleo del cometa acabaron precipitándose hacia Júpiter, produciendo una serie de «manchas oscuras» en la atmósfera superior en el hemisferio sur del planeta. Estos impactos fueron observados y fotografiados por astrónomos de todo el mundo y por el telescopio espacial Hubble. Desde entonces ha habido numerosos reportes de nuevos impactos pero nunca se ha podido identificar el cuerpo antes del suceso, solo los efectos producidos en su atmósfera.

Características orbitales de Júpiter

Júpiter es el quinto planeta del sistema solar más alejado del Sol y el más próximo del sistema solar exterior. Orbita el Sol a una distancia media de 778 millones de kilómetros o 5,2 UA (5,2 veces la distancia del Sol a la Tierra) y la completa (un año en el tiempo joviano) en alrededor de 12 años terrestres (4.333 días terrestres).

Júpiter sigue una órbita elíptica alrededor del Sol, con un grado de elipticidad de 0,04839. Esto significa que en su perihelio (punto más próximo al Sol) se acerca a 740,52 millones de kilómetros (4,950429 UA) y en su afelio (punto más lejano) se aleja a 816,62 millones de kilómetros (5,4581 UA). Esto hace que su órbita tenga una variación o span de 76,1 millones de kilómetros. La órbita de Júpiter está inclinada 1,304° con respecto a la eclíptica y su velocidad media es de 13,06 kilómetros por segundo. En su perihelio, su velocidad aumenta a 13,72 kilómetros por segundo y en su afelio disminuye a 12,44 kilómetros por segundo.

Júpiter tiene el día más corto del sistema solar. Un día en Júpiter solo dura alrededor de 10 horas (el tiempo que tarda Júpiter en rotar o girar una vez). Debido a que Júpiter es un gigante gaseoso, tiene diferentes velocidades de rotación en diferentes partes de su superficie. Esto fue descubierto por primera vez por por el astrónomo Giovanni Cassini en 1664, cuando observó que las regiones ecuatoriales giraban más rápido que las regiones septentrionales. Por lo tanto, los astrónomos han definido tres sistemas de rotación para Júpiter: el sistema I para la zona ecuatorial, con un período de 9 horas 50 minutos 30 segundos; el sistema II para las regiones septentrionales del planeta, con un período de 9 horas 55 minutos y 40 segundos; y el sistema III, utilizado exclusivamente para la radioastronomía, ya que su radioemisión es constante en frecuencias de 27 MHz y su período es de 9 horas 55 minutos 29,4 segundos. La inclinación axial o la inclinación del eje de rotación respecto a la eclíptica es de tan solo 3,1 grados por lo que se considera que Júpiter no tiene estaciones.

Estructura interna de Júpiter

El interior de Júpiter es muy complejo y prácticamente desconocido. La capa más externa es la atmósfera de Júpiter, que es una capa de gases compuesta principalmente de hidrógeno y helio. Debajo de la atmósfera hay una capa de nubes y grandes tormentas, que son las rayas y manchas que se pueden ver en las imágenes en visible del planeta, de composición y estructura totalmente heterogénea. Debajo de la capa de nubes hay una capa de hidrógeno metálico líquido, que actuaría como un gran conductor eléctrico. A medida que se profundiza en el interior de Júpiter, la presión y la temperatura aumentan debido a la gravedad del planeta. A una profundidad de alrededor de 24.000 kilómetros, se cree que el hidrógeno se convierte en un metal líquido debido a la altas presiones.

Por debajo de esta capa se teoriza la existencia de la capa de Helio, una delgada envoltura donde se cree que gotas de helio líquido caen a través de un fluido de hidrógeno metálico, aunque no se conoce a estas profundidades si el hidrógeno y el helio se comportan como un gas o como un líquido.

El manto interior estaría formado por hidrógeno metálico y en mediciones realizadas por la sonda Juno sugieren que Júpiter tiene un núcleo borroso o diluido. El pequeño núcleo sólido estaría rodeado de una región donde los materiales más densos como el hierro y níquel están mezclados con el hidrógeno y el helio que componen la mayor parte de su masa ocupando entre un 30% y un 50% del diámetro del planeta.

Se desconoce por tanto las dinámicas del interior del planeta y su relación con el gran campo magnético de Júpiter y si tiene incidencia su alta actividad con las formaciones nubosas de la atmósfera exterior. Próximas mediciones y futuras sondas espaciales mejorarán nuestros modelos y ampliarán nuestra comprensión sobre el enigmático interior del gigante gaseoso Júpiter.

Atmósfera de Júpiter

La atmósfera de Júpiter es la más extensa de todo el sistema solar, destacando por su fascinante apariencia y la ocurrencia de fenómenos asombrosos, muchos de los cuales aún inexplicables. Aunque descomunal, constituye aproximadamente el 1% de la masa planetaria. Está principalmente compuesta por hidrógeno en un 87% y helio en un 13%, aunque también contiene trazas de metano, vapor de agua, amoníaco y en menor medida sulfuro de hidrógeno, carbono, etano, neón, oxígeno, fosfina y azufre.

Dado que Júpiter carece de una superficie sólida, su atmósfera no tiene un límite claramente definido, se va transformando gradualmente hacia el interior líquido del planeta. Sin embargo, para fines de estudio, muchos científicos toman la presión de 1 bar como referencia, que equivale a su «superficie». La atmósfera de Júpiter se divide en cuatro capas, de la más cercana a la más externa: la troposfera, estratosfera, termosfera y exosfera. Al igual que su límite inferior, la exosfera tampoco tiene un límite claro con el espacio interplanetario, pero se estima que se extiende aproximadamente a 5000 km por encima del mencionado punto de referencia.

Desde una perspectiva exterior, la atmósfera visible de Júpiter exhibe doce bandas paralelas al ecuador que son fácilmente identificables, con una profundidad que oscila entre 2.000 y 3.500 km. Las bandas más claras se denominan «zonas» y están asociadas con corrientes ascendentes de aire, mientras que las bandas oscuras se llaman «cinturones» y corresponden a corrientes de aire descendentes. Estas zonas y cinturones experimentan cambios en su color y en su intensidad a lo largo del tiempo, y están separados por vientos de alta velocidad conocidos como corrientes de chorro. En estas regiones de intersección de corrientes, se forman las tormentas más grandes, incluyendo óvalos y vórtices de tamaños, formas y colores muy diferentes, siendo el más famoso la Gran Mancha Roja, un anticiclón gigante de color carmesí que se extiende a más de 350 km por debajo de las nubes y tiene un diámetro estimado de 15.000 km. Gracias a los datos de la sonda Juno, actualmente existen grupos de grandes ciclones en los polos formando patrones geométricos estables en el tiempo, nueve en el polo norte dispuestos en forma octogonal y seis en el polo sur de forma pentagonal.

Las nubes visibles están ubicadas en la troposfera y están compuestas de cristales de amoníaco y posiblemente hidrosulfuro de amonio. La sonda atmosférica de la misión Galileo de la NASA logró ingresar en la atmósfera dotada de un escudo térmico y paracaídas logrando transmitir datos hasta 200 km por debajo de las nubes visibles antes de ser aplastada por las inmensas presiones y temperaturas.A más profundidad se especula con la posibilidad de la existencia de una capa delgada de nubes de agua, causante posiblemente de los relámpagos detectados en el planeta de hasta mil veces más potencia que los terrestres.

Los vientos en Júpiter son extremadamente veloces, superando los 360 km/h en las zonas de corrientes de chorro que separan las zonas y los cinturones, y en algunos casos alcanzando velocidades de hasta 644 km/h (en mediciones excepcionales, incluso se han registrado velocidades de hasta 1.450 km/h!!).

La rotación diferencial que se observa en la alta atmósfera del planeta disminuye a medida que nos adentramos en su interior, hasta el punto donde se incrementa la conductividad eléctrica. Esto sugiere que el interior del planeta podría rotar de forma más uniforme como si fuera un cuerpo rígido.

Las temperaturas medias del planeta son de -145ºC y varían enormemente dependiendo de la profundidad y no a la latitud como en la Tierra. Desde el punto de vista astrobiológico, lo más interesante no está en el planeta o su atmósfera, sino alrededor de él. Ningún entorno conocido del planeta podría desarrollar vida debido a la falta de agua líquida y ausencia de moléculas orgánicas, además de su temperatura y altas presiones.

Magnetosfera de Júpiter

La magnetosfera de Júpiter es la más grande y potente del sistema solar tras la del Sol y es entre 16 y 54 veces la de la Tierra. Recientes mediciones enfocadas al enorme campo magnético de Júpiter revelan que, cerca de la superficie, este campo supera con mucho las expectativas, ya que es considerablemente más fuerte de lo que predecían los modelos: alcanzando los 7.766 gauss, unas diez veces más que el campo magnético de la Tierra.  Mediciones recientes de la sonda Juno de la NASA sugieren que el campo magnético joviano podría crearse por encima de la frontera entre las capas de hidrógeno molecular e hidrógeno metálico.

El campo magnético de Júpiter es enorme, se extiende entre 1 y 3 millones de km hacia el Sol y más de 1.000 millones de km hacia la órbita de Saturno. La alta velocidad de rotación del planeta arrastra el campo magnético del planeta creando fuertes corrientes eléctricas y generando una intensa radiación, donde las lunas galileanas también interactúan directamente con el campo magnético planeta. Esta región sufre una intensa radiación, siendo una de las mayores dificultades para la longevidad de las sondas enviadas a Júpiter.

A poca distancia del planeta, el campo magnético difiere de un dipolo, la sonda Juno comprobó que el campo es heterogéneo y descubrió una anomalía apodada Gran Mancha Azul de polaridad magnética negativa en el ecuador y que esta se deforma por las grandes corrientes de viento a gran profundidad .

El increíble campo magnético interactúa con las lunas más próximas del planeta como Ío, produciendo asimismo algunas de las auroras polares más espectaculares del sistema solar. A diferencia de las auroras terrestres, las de Júpiter son mucho más amplias en escala, poseen una intensidad energética notablemente superior y son continuas.

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