Los científicos responden a una gran pregunta sobre el planeta más grande de nuestro sistema
Nuevos descubrimientos sobre Júpiter podrían conducir a una mejor comprensión del entorno espacial de la Tierra e influir en un debate científico de larga data sobre el planeta más grande del sistema solar
"Al explorar un espacio más grande como Júpiter, podemos comprender mejor la física fundamental que gobierna la magnetosfera de la Tierra y así mejorar nuestra predicción del tiempo espacial", dijo Peter Delamere, profesor del Instituto Geofísico de la UAF y de la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas de la UAF.
El tiempo espacial y Júpiter
El tiempo espacial se refiere a las perturbaciones en la magnetosfera de la Tierra causadas por las interacciones entre el viento solar y el campo magnético de la Tierra. Estos generalmente están asociados con tormentas solares y eyecciones de masa coronal del sol, que pueden provocar fluctuaciones magnéticas y perturbaciones en las redes eléctricas, tuberías y sistemas de comunicación.
Delamere y un equipo de coautores detallaron sus hallazgos sobre la magnetosfera de Júpiter en un artículo en AGU Advances. El profesor asociado de investigación del Instituto Geofísico Peter Damiano, los investigadores estudiantes graduados de la UAF Austin Smith y Chynna Spitler, y el ex alumno Blake Mino se encuentran entre los coautores.
La investigación de Delamere muestra que el planeta más grande de nuestro sistema solar tiene una magnetosfera que consiste en líneas de campo magnético en gran medida cerradas en sus regiones polares, pero que incluye un área en forma de media luna de líneas de campo abiertas. La magnetosfera es el escudo que tienen algunos planetas que desvía gran parte del viento solar.
El debate sobre lo abierto y lo cerrado en los polos se ha prolongado durante más de 40 años.
Una magnetosfera abierta se refiere a un planeta que tiene algunas líneas de campo magnético abiertas cerca de sus polos. Se trata de líneas previamente cerradas que han sido rotas por el viento solar y dejadas para extenderse hacia el espacio sin volver a entrar al planeta.
Esto crea regiones en Júpiter donde el viento solar, que transporta algunas de las líneas del campo magnético del sol, interactúa directamente con la ionosfera y la atmósfera del planeta.
Las partículas solares que se mueven hacia un planeta en líneas de campo abiertas no causan la aurora, que ocurre en gran medida en líneas de campo cerradas. Sin embargo, la energía y el impulso de las partículas del viento solar en las líneas de campo abiertas se transfieren al sistema cerrado.
La Tierra tiene una magnetosfera en gran medida abierta en sus polos, y las auroras se producen en líneas de campo cerradas. Es la energía transferida en esas líneas abiertas la que puede interrumpir las redes eléctricas y las comunicaciones.
Para estudiar la magnetosfera de Júpiter, Delamere ejecutó una variedad de modelos utilizando datos adquiridos por la nave espacial Juno de la NASA, que entró en la órbita de Júpiter en 2016 y tiene una órbita polar elíptica.
"Nunca tuvimos datos de las regiones polares, por lo que Juno ha sido transformadora en términos de la física auroral del planeta y ha ayudado a promover el debate sobre las líneas de su campo magnético", dijo Delamere.
El debate comenzó con los sobrevuelos de Júpiter realizados en 1979 por las Voyager 1 y Voyager 2 de la NASA. Esos datos llevaron a muchos a creer que el planeta tenía una magnetosfera generalmente abierta en sus polos.
Otros científicos argumentaron que la actividad auroral de Júpiter, que es muy diferente a la de la Tierra, indicaba que el planeta tenía una magnetosfera mayoritariamente cerrada en los polos. Delamere, un veterano investigador del campo magnético de Júpiter, publicó un artículo que respalda esa opinión en 2010.
En 2021, fue coautor de un artículo de Binzheng Zhang de la Universidad de Hong Kong que sugería, mediante modelos, que la magnetosfera de Júpiter tenía dos regiones de líneas de campo magnético abiertas en sus polos.
El modelo muestra un conjunto de líneas de campo abiertas que emergen de los polos y se arrastran hacia afuera detrás del planeta en la cola magnética, la porción estrecha en forma de lágrima de la magnetosfera que apunta en dirección opuesta al sol. El otro conjunto emerge de los polos de Júpiter y se dirige hacia los lados hacia el espacio, arrastrado por el viento solar.
"El resultado de Zhang proporcionó una explicación plausible para las regiones de líneas de campo abiertas", dijo Delamere. "Y este año proporcionamos evidencia convincente en los datos de Juno para respaldar el resultado del modelo.
"Es una validación importante del artículo de Zhang", afirmó.
"En términos generales, Júpiter y la Tierra representan extremos opuestos del espectro: líneas de campo abiertas versus líneas de campo cerradas", dijo. "Para comprender plenamente la física magnetosférica, debemos comprender ambos límites".
La evidencia de Delamere llegó a través de un instrumento a bordo de la nave espacial Juno que reveló un área polar donde los iones fluían en dirección opuesta a la rotación de Júpiter.
Los modelos posteriores mostraron un flujo de iones similar en la misma área y cerca de las líneas de campo abierto propuestas en el artículo de 2021 de Zhang y Delamere.
"El gas ionizado en las líneas de campo magnético [cerradas] conectadas a los hemisferios norte y sur de Júpiter gira con el planeta", concluye el nuevo artículo de Delamere, "mientras que el gas ionizado en las líneas de campo [abiertas] que se conectan con el viento solar se mueve con el viento solar ".
Delamere escribe que la ubicación polar de las líneas abiertas del campo magnético "puede representar un rasgo característico de las magnetosferas gigantes giratorias para futuras exploraciones".
Referencia
PA Delamere et al, Signatures of Open Magnetic Flux in Jupiter's Dawnside Magnetotail, AGU Advances (2024). DOI: 10.1029/2023AV001111