Un hallazgo del MIT arroja nuevas pistas sobre cómo es el interior de Júpiter y Saturno

Científicos del MIT (Estados Unidos) aseguran en un nuevo trabajo que el clima polar en Júpiter y Saturno da pistas sobre los detalles interiores de los planetas. Los detalles se recogen en un estudio publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

A lo largo de los años, las sondas espaciales han observado patrones climáticos desconcertantes en los polos de Júpiter y Saturno. Ambos planetas albergan tipos muy diferentes de vórtices polares, que son enormes remolinos atmosféricos que giran sobre la región polar de un planeta. En Saturno, un único y masivo vórtice polar parece coronar el polo norte con una curiosa forma hexagonal, mientras que, en Júpiter, un vórtice polar central está rodeado de ocho vórtices más pequeños, como una bandeja de rollos de canela en espiral.

Ahora, los investigadores del MIT han identificado una posible explicación de la evolución de ambos sistemas. Sus hallazgos podrían ayudar a los científicos a comprender no solo los patrones climáticos superficiales de los planetas, sino también lo que podría yacer bajo las nubes, en las profundidades de su interior.

En este nuevo trabajo, el equipo simula diversas maneras en que se pueden formar patrones de vórtices bien organizados a partir de estímulos aleatorios en un gigante gaseoso. Entre una amplia gama de posibles configuraciones planetarias, el equipo descubrió que, en algunos casos, las corrientes se fusionaban en un único gran vórtice, similar al patrón de Saturno, mientras que otras simulaciones producían múltiples circulaciones grandes, similares a los vórtices de Júpiter.

Tras comparar simulaciones, el equipo descubrió que los patrones de vórtices, y el desarrollo de uno o varios vórtices polares en un planeta, se reducen a una propiedad principal: la «suavidad» de la base de un vórtice, que está relacionada con su composición interior.

Cuando la base de este cilindro giratorio está hecha de materiales más blandos y ligeros, cualquier vórtice que se desarrolle solo puede crecer hasta cierto punto.

«Nuestro estudio muestra que, dependiendo de las propiedades internas y la suavidad del fondo del vórtice, esto influirá en el tipo de patrón de fluidos que se observa en la superficie», informa el autor del estudio, Wanying Kang, profesor adjunto del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT.

El nuevo trabajo se inspiró en las imágenes de Júpiter y Saturno obtenidas por las misiones Juno y Cassini.

«Se ha dedicado mucho tiempo a descifrar las diferencias entre Júpiter y Saturno. Los planetas tienen aproximadamente el mismo tamaño y ambos están compuestos principalmente de hidrógeno y helio. No se sabe con certeza por qué sus vórtices polares son tan diferentes», apuntan los investigadores.

Los científicos del MIT se propusieron identificar un mecanismo físico que explicara por qué un planeta podría desarrollar un solo vórtice, mientras que el otro alberga múltiples. Para ello, trabajaron con un modelo bidimensional de dinámica de fluidos superficiales.

«En un sistema de rotación rápida, el movimiento del fluido tiende a ser uniforme a lo largo del eje de rotación», explica Kang. «Por lo tanto, nos motivó la idea de que podemos reducir un problema dinámico 3D a uno 2D, ya que el patrón del fluido no cambia en 3D. Esto hace que simular y estudiar el problema sea cientos de veces más rápido y económico».

Siguiendo este razonamiento, el equipo desarrolló un modelo bidimensional de la evolución de vórtices en un gigante gaseoso, basado en una ecuación existente que describe cómo evoluciona el fluido en remolino con el tiempo.

A lo largo de múltiples simulaciones, observaron que algunos escenarios evolucionaron para formar un único gran vórtice polar, como Saturno, mientras que otros formaron múltiples vórtices más pequeños, como Júpiter.

Tras analizar las combinaciones de parámetros y variables en cada escenario y su relación con el resultado final, llegaron a un único mecanismo para explicar si evoluciona un solo vórtice o varios: a medida que los movimientos aleatorios de los fluidos comienzan a fusionarse en vórtices individuales, el tamaño de un vórtice está limitado por la suavidad de su fondo. Cuanto más suave o ligero sea el gas que gira en el fondo de un vórtice, más pequeño será este al final, lo que permite la coexistencia de múltiples vórtices de menor escala en el polo de un planeta, similares a los de Júpiter.

Por el contrario, cuanto más duro o denso sea el fondo de un vórtice, más grande puede llegar a ser el sistema, hasta un tamaño tal que eventualmente pueda seguir la curvatura del planeta como un único vórtice a escala planetaria, como el de Saturno.