Los vientos de gran altitud de Saturno generan auroras extraordinarias, según un estudio


Los científicos espaciales de Leicester han descubierto un mecanismo nunca antes visto que alimenta enormes auroras planetarias en Saturno.

Saturno es único entre los planetas observados hasta la fecha en que algunas de sus auroras son generadas por vientos arremolinados dentro de su propia atmósfera, y no solo por la magnetosfera que rodea al planeta.

Imagen infrarroja de Saturno que muestra una aurora en su polo sur, captada por la nave espacial Cassini. Crédito: NASA, Cassini, Equipo VIMS, Universidad de Arizona, Universidad de Leicester, JPL, ASI

En todos los demás planetas observados, incluida la Tierra, las auroras solo están formadas por poderosas corrientes que fluyen hacia la atmósfera del planeta desde la magnetosfera circundante. Estos son impulsados ​​por la interacción con partículas cargadas del Sol (como en la Tierra) o material volcánico que brotó de una luna que orbita el planeta (como en Júpiter y Saturno).

Este descubrimiento cambia la comprensión de los científicos sobre las auroras planetarias y responde a uno de los primeros misterios planteados por la sonda Cassini de la NASA, que llegó a Saturno en 2004: ¿por qué no podemos medir fácilmente la duración de un día en el planeta anillado?

Cuando llegó por primera vez a Saturno, Cassini trató de medir la tasa de rotación general del planeta, que determina la duración de su día, rastreando los ‘pulsos’ de emisión de radio de la atmósfera de Saturno. Para gran sorpresa de quienes hicieron las mediciones, descubrieron que la tasa parecía haber cambiado durante las dos décadas desde que la última nave espacial pasó por el planeta, la Voyager 2, también operada por la NASA, en 1981.

Doctorado en Leicester El investigador Nahid Chowdhury es miembro del Grupo de Ciencias Planetarias de la Facultad de Física y Astronomía y autor correspondiente del estudio, publicado en Geophysical Research Letters. Él dijo:

«La tasa de rotación interna de Saturno tiene que ser constante, pero durante décadas los investigadores han demostrado que numerosas propiedades periódicas relacionadas con el planeta, las mismas medidas que hemos usado en otros planetas para comprender la tasa de rotación interna, como la emisión de radio, tienden a cambian con el tiempo Además, también hay características periódicas independientes que se observan en los hemisferios norte y sur que varían en el transcurso de una estación en el planeta.

«Nuestra comprensión de la física del interior de los planetas nos dice que la verdadera tasa de rotación del planeta no puede cambiar tan rápido, por lo que algo único y extraño debe estar sucediendo en Saturno. Se han promocionado varias teorías desde el advenimiento de la misión Cassini de la NASA tratando para explicar el/los mecanismo/s detrás de estas periodicidades observadas.Este estudio representa la primera detección del conductor fundamental, situado en la atmósfera superior del planeta, que continúa generando tanto las periodicidades planetarias observadas como las auroras.

«Es absolutamente emocionante poder proporcionar una respuesta a una de las preguntas más antiguas en nuestro campo. Es probable que esto inicie un replanteamiento sobre cómo los efectos del clima atmosférico local en un planeta impactan en la creación de auroras, no solo en nuestro propio solar. System, pero también más lejos».

Figura simplificada que muestra la dirección de los vientos dentro de las capas de la atmósfera de Saturno. Crédito: Nahid Chowdhury/Universidad de Leicester

Astrónomos y científicos planetarios de la Universidad de Leicester dirigieron un estudio junto con colegas del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) y las Universidades de Wisconsin-Madison, Boston y Lancaster, además de la Imperial y la Universidad Colleges, Londres, para resolver la cuestión de hace décadas.

Midieron las emisiones infrarrojas de la atmósfera superior del gigante gaseoso utilizando el Observatorio Keck en Hawái y mapearon los flujos variables de la ionosfera de Saturno, muy por debajo de la magnetosfera, en el transcurso de un mes en 2017.

Este mapa, cuando se fijó contra el pulso conocido de las auroras de radio de Saturno, mostró que una proporción significativa de las auroras del planeta son generadas por el patrón de remolino del clima en su atmósfera y son responsables de la tasa de rotación variable observada del planeta.

Los investigadores creen que el sistema está impulsado por la energía de la termosfera de Saturno, con vientos en la ionosfera observados entre 0,3 y 3,0 kilómetros por segundo.

El Dr. Tom Stallard, Profesor Asociado de Astronomía Planetaria en la Universidad de Leicester, agregó:

«La Universidad de Leicester ha estado involucrada durante mucho tiempo en la medición de los efectos de este nuevo descubrimiento: hemos observado cómo las auroras pulsantes y las líneas de campo magnético oscilantes que se extienden hacia el espacio resaltan una tasa de rotación aparentemente cambiante. Durante dos décadas, nuestros investigadores, junto con con la comunidad científica en general, han especulado sobre lo que podría estar impulsando estas extrañas periodicidades.

«A lo largo de los años, las reuniones científicas han tenido discusiones nocturnas sobre si la luna volcánica Encelado podría ser la causa, o las interacciones con la densa atmósfera de la luna Titán, o quizás las interacciones con los anillos brillantes de Saturno. Pero recientemente, muchos investigadores se han centrado en sobre la posibilidad de que sea la atmósfera superior de Saturno la que provoque esta variabilidad.

«Esta búsqueda de un nuevo tipo de aurora se remonta a algunas de las primeras teorías sobre la aurora de la Tierra. Ahora sabemos que las auroras en la Tierra están alimentadas por interacciones con la corriente de partículas cargadas impulsadas desde el Sol. Pero me encanta que el nombre Aurora Borealis se origina en ‘el amanecer del viento del norte’. Estas observaciones han revelado que Saturno tiene una verdadera aurora boreal, la primera aurora impulsada por los vientos en la atmósfera de un planeta».

El Dr. Kevin Baines, coautor del estudio con sede en JPL-Caltech y miembro del equipo científico de Cassini, agregó:

«Nuestro estudio, al determinar de manera concluyente el origen de la misteriosa variabilidad en los pulsos de radio, elimina gran parte de la confusión sobre la tasa de rotación masiva de Saturno y la duración del día en Saturno».

Debido a las tasas de rotación variables observadas en Saturno, se ha impedido que los científicos utilicen el pulso regular de emisión de radio para calcular la tasa de rotación interna a granel. Afortunadamente, los científicos de Cassini desarrollaron un método novedoso utilizando perturbaciones inducidas por la gravedad en el complejo sistema de anillos de Saturno, que ahora parece ser el medio más preciso para medir el período de rotación general del planeta, que se determinó en 2019 en 10 horas, 33 minutos. y 38 segundos.

La investigación planetaria en la Universidad de Leicester abarca la amplitud de nuestro Sistema Solar y más allá.

Los investigadores de Leicester son miembros de la misión Juno compuesta por un equipo global de astrónomos que observan al vecino masivo de Saturno, Júpiter, y lideran las observaciones de los planetas exteriores del Sistema Solar desde el Telescopio Espacial James Webb recientemente lanzado. Leicester también desempeña un papel de liderazgo en la ciencia y la instrumentación en el Júpiter Icy Moons Explorer (JUICE) de la Agencia Espacial Europea (ESA), cuyo lanzamiento está previsto para finales de 2022.

«Las auroras de Saturno impulsadas por el clima modulan las oscilaciones en el campo magnético y las emisiones de radio» se publica en Geophysical Research Letters.

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