Por qué astrónomos estudian los rayos en Júpiter para entender mejor el clima en la Tierra

Panorama Ciencia y Tecnología. El planeta más grande de nuestro Sistema Solar alberga tormentas masivas y de larga duración, algunas de las cuales se prolongan durante siglos. Los nuevos hallazgos de la sonda Juno de la NASA asombran a los científicos.

Una impresionante imagen artística muestra el planeta Júpiter con sus distintivas bandas de nubes arremolinadas, iluminadas por potentes y masivos rayos cruzando su atmósfera.

Un reciente hallazgo sobre los relámpagos de Júpiter, el planeta más grande del sistema solar, acaba de poner en jaque las ideas tradicionales sobre tormentas y descargas eléctricas.

Gracias a los datos obtenidos por la sonda Juno de la NASA y una serie de análisis pioneros, los astrónomos lograron observar tormentas de una complejidad y potencia inesperadas, un avance que podría redefinir tanto la meteorología planetaria como el estudio del clima terrestre.

Los datos de la sonda Juno muestran que los relámpagos de Júpiter son mucho más diversos y potentes de lo pensado, lo que abre nuevas perspectivas para comprender cómo funcionan las tormentas tanto en el gigante gaseoso como en la Tierra. (Imagen Ilustrativa Infobae)

Júpiter es famoso por sus tormentas masivas, algunas de las cuales pueden durar siglos y modificar la atmósfera del planeta en escalas colosales. Hasta ahora, la visión dominante asumía que los rayos en Júpiter eran mucho más poderosos que los de la Tierra, pero nuevos resultados apuntan a una realidad mucho más rica y matizada.

El equipo liderado por Michael Wong, del Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de California en Berkeley, utilizó los instrumentos de la sonda Juno para analizar el comportamiento de los relámpagos en el gigante gaseoso y se encontró con varias sorpresas.

El estudio, publicado en la revista astronómica AGU Advances, destaca que “hay mucho que desconocemos sobre los rayos en la Tierra”, y que una mejor comprensión de los rayos en otros planetas puede arrojar luz sobre los mecanismos que operan en nuestro propio mundo.

Una imagen infrarroja de Júpiter capturada por el Telescopio Espacial James Webb revela sus impresionantes auroras polares, tormentas y la Gran Mancha Roja en una vista única. (Webb/NIRCam: NASA, ESA, CSA, Equipo ERS de Júpiter; procesamiento de imágenes: Judy Schmidt. Crédito Webb/NIRSpec: Katie L. Knowles (Universidad de Northumbria).)

Los relámpagos de Júpiter ofrecen pistas sobre la convección, el proceso que transporta el calor a través de la atmósfera.

En palabras de Wong, “la convección funciona de forma ligeramente diferente en la Tierra y en Júpiter porque este último tiene una atmósfera dominada por el hidrógeno, por lo que el aire húmedo es más pesado y cuesta más que ascienda”.

En la Tierra, el aire húmedo es más ligero que el aire seco, lo que facilita la formación de tormentas. En Júpiter, la situación es inversa: el aire húmedo pesa más y las tormentas requieren mucha más energía para elevarse, lo que se traduce en eventos mucho más violentos cuando finalmente se producen.

Uno de los grandes avances del estudio fue la posibilidad de aislar y analizar por primera vez las llamadas “supertormentas sigilosas” de Júpiter. Estas tormentas, que pueden durar meses, modifican los patrones de nubes a su alrededor y actúan de forma parecida a las supertormentas más conocidas, aunque sus cimas no alcanzan alturas tan extremas.

Entre 2021 y 2022, la actividad de tormentas en el cinturón ecuatorial norte de Júpiter disminuyó de manera inusual, lo que permitió a los científicos observar tormentas individuales sin la confusión que genera la superposición de múltiples eventos.

La sonda Juno, equipada con un radiómetro de microondas, sobrevoló estas tormentas en 12 ocasiones y logró captar señales de rayos en cuatro de esos encuentros. Según el registro, la sonda detectó hasta tres destellos por segundo y, en un solo sobrevuelo, se identificaron 206 pulsos distintos.

En total, el equipo analizó 613 pulsos, encontrando que la intensidad de los rayos variaba desde niveles similares a los de la Tierra hasta más de 100 veces superiores. Sin embargo, la naturaleza de estos rayos es mucho más compleja de lo que se pensaba.

La mayoría de las mediciones anteriores dependía de imágenes del lado nocturno del planeta, lo que llevaba a la conclusión de que la energía óptica de los relámpagos de Júpiter era comparable solo a la de los “superrayos” terrestres, es decir, los más potentes.

Ahora, los datos del radiómetro de microondas permiten una visión más completa, ya que las microondas pueden atravesar las nubes densas y revelar tanto los rayos más débiles como los más intensos.

 “Descubrimos que la potencia de los relámpagos en longitudes de onda de radio podría ser similar a la potencia de los relámpagos terrestres. Sin embargo, existe una incertidumbre significativa sobre cuánto duran realmente los pulsos o cómo cambia la potencia en diferentes longitudes de onda, por lo que nuestras mediciones podrían ser hasta un millón de veces más fuertes”, explican los autores.

El análisis estadístico de los pulsos detectados mostró un histograma con un pico claro, lo que sugiere que no solo se observan los eventos más poderosos, sino también descargas típicas. Esto cambia la idea de que los rayos de Júpiter son siempre “superrayos” y permite comparar de forma más directa los fenómenos eléctricos entre ambos planetas.

El interés por estudiar los rayos en Júpiter va más allá de la curiosidad científica. En la Tierra, los rayos representan una pieza fundamental del clima y la meteorología, pero aún quedan muchas incógnitas sobre su formación y su papel en fenómenos más amplios.

Los científicos identificaron en la última década varios tipos de “eventos luminosos transitorios” vinculados a tormentas eléctricas, como sprites, chorros, halos y el fenómeno conocido como ELVE. Estos TLE son descargas de muy corta duración que se producen por encima de grandes tormentas y cuya relación con los procesos atmosféricos sigue bajo estudio.

En Júpiter, el estudio de los rayos permite observar la convección en una atmósfera dominada por hidrógeno, lo que plantea un escenario muy distinto al terrestre. Según Wong, “las tormentas necesitan mucha más energía para ascender. Al alcanzar mayores altitudes, liberan esa energía con mayor violencia, produciendo fuertes vientos e intensos relámpagos entre nubes”.

Las tormentas de Júpiter pueden superar los 100 kilómetros de altura, en contraste con los 10 kilómetros típicos en la Tierra. Esto incrementa la distancia entre las regiones de carga eléctrica y podría explicar la potencia de los rayos observados.

El proceso que origina los relámpagos en Júpiter probablemente sea similar al de la Tierra: vapor de agua que asciende, se condensa en gotitas y cristales de hielo y se carga eléctricamente, generando grandes diferencias de voltaje. En la Tierra, estas condiciones suelen producir granizo. En Júpiter, las partículas de hielo contienen tanto agua como amoníaco, y una hipótesis sugiere que se combinan para formar “bolas de hielo” que caen como granizo blando.

La energía liberada en un rayo terrestre típico ronda 1 gigajulio, suficiente para abastecer de electricidad a 200 hogares durante una hora. En Júpiter, un solo rayo podría liberar entre 500 y hasta 10.000 veces más energía, según las estimaciones de Wong. Algunos estudios incluso sugieren que los rayos de Júpiter podrían alcanzar potencias un millón de veces superiores, aunque las diferencias en las longitudes de onda utilizadas para la medición generan una incertidumbre significativa.

El avance más relevante del trabajo fue la capacidad de separar por primera vez la potencia de la fuente y su ubicación gracias al estudio de supertormentas sigilosas aisladas. Esto permitió a los astrónomos analizar la potencia real de los pulsos de rayos y construir una base de datos más precisa sobre la actividad eléctrica en Júpiter.

A pesar de estos hallazgos, el equipo reconoce que aún quedan muchos misterios por resolver. “Aquí es donde los detalles empiezan a ser interesantes, donde uno puede preguntarse: ‘¿Podría ser que la diferencia clave radique en las atmósferas de hidrógeno frente a las de nitrógeno, o podría ser que las tormentas sean más altas en Júpiter y, por lo tanto, impliquen mayores distancias?’”, planteó Wong.

Una infografía detalla las nuevas dimensiones de Júpiter, revelando que el planeta es ligeramente más pequeño y achatado en sus polos tras los datos recopilados por la misión Juno de la NASA (Instituto Weizmann de Ciencias)

El estudio de los rayos en Júpiter no solo ayuda a comprender mejor el clima de ese planeta, sino que amplía el conocimiento sobre la física de las tormentas en general. Saber cómo se comportan los rayos en atmósferas tan diferentes puede aportar claves sobre la formación de tormentas, la distribución de energía y la dinámica atmosférica en la Tierra y en otros mundos.

Los próximos pasos en la investigación apuntan a reducir la incertidumbre sobre la duración y potencia de los pulsos en distintas longitudes de onda, así como a entender con mayor detalle cómo la estructura y composición de la atmósfera de Júpiter influye en la generación de rayos.

Cada avance en este campo acerca a la ciencia a una visión más integral de los procesos que gobiernan el clima en el sistema solar y, por extensión, en nuestro propio planeta.