Personal investigador de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), la Universitat Politècnica de Catalunya—BarcelonaTech (UPC) y el Centro de Supercomputación de Barcelona (CNS-BSC) han analizado observaciones históricas desde el siglo XVII y han desarrollado modelos numéricos para explicar la longevidad y naturaleza de la Gran Mancha Roja de Júpiter.
Han publicado los resultados de sus observaciones y modelos numéricos en la revista Geophysical Research Letters.
Como ícono popular entre los objetos del sistema solar, la Gran Mancha Roja de Júpiter (GRS) es probablemente la estructura atmosférica más conocida. Su gran tamaño (actualmente su diámetro es el de la Tierra) y el contraste de su color rojizo con las pálidas nubes del planeta lo convierten en un objeto fácilmente visible incluso con telescopios pequeños.
La Gran Mancha Roja de Júpiter es un enorme vórtice anticiclónico con vientos que viajan a 450 km/h alrededor de su periferia. Es el vórtice más grande y más longevo de todos los que existen en las atmósferas de los planetas del sistema solar, pero su edad es un tema de debate y el mecanismo que llevó a su formación sigue siendo oscuro.
Las especulaciones sobre el origen del GRS se remontan a las primeras observaciones telescópicas realizadas por el astrónomo Giovanni Domenico Cassini, quien en 1665 descubrió un óvalo oscuro en la misma latitud que el GRS y lo denominó «Mancha Permanente» (PS), ya que Fue observado por él y otros astrónomos hasta 1713.
Posteriormente, los astrónomos lo perdieron de vista durante 118 años y no fue hasta 1831 y años posteriores que S. Schwabe volvió a observar una estructura clara, de forma aproximadamente ovalada y en la misma latitud que el GRS; esto puede considerarse como la primera observación del GRS actual, quizás de un GRS incipiente.
Desde entonces, el GRS ha sido observado periódicamente mediante telescopios y mediante las distintas misiones espaciales que han visitado el planeta hasta la actualidad.
En el estudio, los autores analizaron primero la evolución de su tamaño a lo largo del tiempo, su estructura y los movimientos de ambas formaciones meteorológicas, la antigua PS y la GRS; para ello utilizaron fuentes históricas que se remontan a mediados del siglo XVII, poco después de la invención del telescopio.
«De las mediciones de tamaños y movimientos deducimos que es muy poco probable que el GRS actual fuera el PS observado por G. D. Cassini. El PS probablemente desapareció en algún momento entre mediados del siglo XVIII y XIX, en cuyo caso, podemos decir que el La longevidad de la Mancha Roja supera ya al menos los 190 años», explica Agustín Sánchez-Lavega, catedrático de Física de la UPV/EHU y quien dirigió esta investigación.
La Mancha Roja, que en 1879 tenía un tamaño de 39.000 km en su eje más largo, se ha ido reduciendo hasta alcanzar aproximadamente los 14.000 km actuales y, al mismo tiempo, se ha vuelto más redondeada.
Es más, desde los años 70, varias misiones espaciales han estudiado de cerca este fenómeno meteorológico.
Recientemente, «diversos instrumentos a bordo de la misión Juno en órbita alrededor de Júpiter han demostrado que el GRS es poco profundo y delgado en comparación con su dimensión horizontal, ya que verticalmente mide unos 500 kilómetros de largo», explicó Sánchez-Lavega.
Para conocer cómo se pudo formar este inmenso vórtice, los equipos de la UPV/EHU y la UPC realizaron simulaciones numéricas en supercomputadores españoles, como el MareNostrum IV del BSC, perteneciente a la Red Española de Supercomputación (RES), utilizando dos tipos de modelos complementarios de el comportamiento de los finos vórtices en la atmósfera de Júpiter.
En el planeta gigante predominan intensas corrientes de viento que fluyen a lo largo de los paralelos alternando su dirección con la latitud.
Al norte del GRS, los vientos soplan en dirección oeste a velocidades de 180 km/h mientras que al sur soplan en dirección opuesta, en dirección este, a velocidades de 150 km/h. Esto genera una enorme cizalladura norte-sur en la velocidad del viento, que es un ingrediente básico que permite que el vórtice crezca en su interior.
En la investigación, se exploró una variedad de mecanismos para explicar la génesis del GRS, incluida la erupción de una supertormenta gigantesca, similar a las raramente observadas en el planeta gemelo Saturno, o la fusión de múltiples vórtices más pequeños producidos por la cizalladura del viento.
Los resultados indican que, aunque en ambos casos se forma un anticiclón, difiere en términos de forma y propiedades dinámicas de los del GRS actual.
«También pensamos que si se hubiera producido uno de estos fenómenos inusuales, él o sus consecuencias en la atmósfera debieron haber sido observados e informados por los astrónomos de la época», afirma Sánchez-Lavega.
En una tercera serie de experimentos numéricos, el equipo de investigación exploró la generación de GRS a partir de una conocida inestabilidad en los vientos que se cree que es capaz de producir una célula alargada que los encierra y atrapa. Una célula así sería una proto-GRS, una naciente Mancha Roja, cuya contracción posterior daría lugar a la GRS compacta y de rápida rotación observada a finales del siglo XIX. La formación de grandes células alargadas ya se ha observado en la génesis de otros vórtices importantes en Júpiter.
«En nuestras simulaciones, los superordenadores nos permitieron descubrir que las células alargadas son estables cuando giran alrededor de la periferia del GRS a la velocidad de los vientos de Júpiter, como sería de esperar cuando se forman debido a esta inestabilidad», afirma Enrique García-Melendo , investigador del Departamento de Física de la UPC.
Utilizando dos tipos diferentes de modelos numéricos, uno en la UPV/EHU y otro en la UPC, los investigadores concluyeron que si la velocidad de rotación del proto-GRS es menor que la de los vientos circundantes, el proto-GRS se romperá. , haciendo imposible la formación de un vórtice estable. Y, si es muy elevado, las propiedades del proto-GRS difieren de las del GRS actual.
Futuras investigaciones tendrán como objetivo intentar reproducir la contracción del GRS a lo largo del tiempo para conocer, con mayor detalle, los mecanismos físicos que subyacen a su sostenibilidad en el tiempo.
Al mismo tiempo, intentará predecir si el GRS se desintegrará y desaparecerá cuando alcance un límite de tamaño, como le pudo haber ocurrido al PS de Cassini, o si se estabilizará en un límite de tamaño en el que podrá durar muchos años más.
Con información de Geophysical Research Letters (2024)
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