Relámpagos superficiales y nubes de hongo revelan amoniaco en Júpiter

Una forma inesperada de descarga eléctrica, los rayos superficiales se originan en nubes que contienen una solución de agua y amoniaco, mientras que los rayos en la Tierra se originan en nubes de agua.

Otros hallazgos nuevos sugieren que las violentas tormentas eléctricas por las que se conoce al gigante gaseoso pueden formar granizo rico en amoniaco.

El equipo científico de Juno lo llama "nubes de hongo" y creen que estas nubes esencialmente secuestran amoniaco y agua en la atmósfera superior y los llevan a las profundidades de la atmósfera de Júpiter.

Desde que la misión Voyager de la NASA vio por primera vez los rayos jovianos en 1979, se ha pensado que los rayos del planeta eran similares a los de la Tierra, ocurriendo solo en tormentas donde el agua existe en todas sus fases: hielo, líquido y gas. En Júpiter esto colocaría a las tormentas alrededor de 45 a 65 kilómetros por debajo de las nubes visibles, con temperaturas que rondan los 0 grados ºC, la temperatura a la que el agua se congela. La Voyager vio los rayos como puntos brillantes en las cimas de las nubes de Júpiter, lo que sugiere que los destellos se originaron en nubes de aguas profundas. Pero los relámpagos observados en el lado oscuro de Júpiter por la Unidad de Referencia Estelar de Juno cuentan una historia diferente.

"Los sobrevuelos cercanos de Juno sobre las nubes nos permitieron ver algo sorprendente, destellos más pequeños y menos profundos, que se originaron en altitudes mucho más altas en la atmósfera de Júpiter de lo que se suponía anteriormente posible", dijo Heidi Becker, líder de Investigación de Monitoreo de Radiación de Juno en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el Sur California y el autor principal del artículo de Nature.

Becker y su equipo sugieren que las poderosas tormentas eléctricas de Júpiter arrojan cristales de hielo de agua, granizo, a la atmósfera del planeta, a más de 25 kilómetros por encima de las nubes de agua de Júpiter, donde encuentran vapor de amoniaco atmosférico que derrite el hielo, formando una nueva solución de agua-amoníaco. A una altitud tan elevada, las temperaturas están por debajo de menos 88 ºC, demasiado frío para que exista agua líquida pura.

"En estas altitudes, el amoniaco actúa como un anticongelante, bajando el punto de fusión del hielo de agua y permitiendo la formación de una nube con líquido de amoníaco-agua", dijo Becker. "En este nuevo estado, las gotas de líquido de amoníaco-agua que caen pueden colisionar con los cristales de hielo de agua y electrificar las nubes. Esto fue una gran sorpresa, ya que las nubes de agua de amoniaco no existen en la Tierra".

Los relámpagos poco profundos se convierten en otro enigma sobre el funcionamiento interno de la atmósfera de Júpiter: el instrumento del radiómetro de microondas de Juno descubrió que el amoniaco se había agotado, es decir, faltaba, de la mayor parte de la atmósfera de Júpiter. Aún más desconcertante fue que la cantidad de amoniaco cambia a medida que uno se mueve dentro de la atmósfera de Júpiter.

"Anteriormente, los científicos se dieron cuenta de que faltaban pequeñas bolsas de amoniaco, pero nadie se dio cuenta de la profundidad de estas bolsas o de que cubrían la mayor parte de Júpiter", dijo Scott Bolton, investigador principal de Juno en el Instituto de Investigación de Suroeste en San Antonio. "Estábamos luchando por explicar el agotamiento del amoniaco solo con lluvia de agua de amoniaco, pero la lluvia no podía ser lo suficientemente profunda como para igualar las observaciones. Me di cuenta de que un sólido, como una piedra de granizo, podría profundizarse y absorber más amoniaco Cuando Heidi descubrió relámpagos poco profundos, nos dimos cuenta de que teníamos pruebas de que el amoniaco se mezclaba con agua en la atmósfera y, por lo tanto, el rayo era una pieza clave del rompecabezas."

Nubes de Hongo Jovianas

Un segundo artículo, visualiza la extraña infusión de 2/3 de agua y 1/3 de gas de amoniaco que se convierte en la semilla de las piedras de granizo jovianas, conocidas como nubes de hongo. Las nubes de hongo, que consisten en capas de granizo de agua-amoníaco y hielo cubiertas por una corteza de hielo de agua más gruesa, se generan de manera similar a la del granizo en la Tierra: creciendo a medida que se mueven hacia arriba y hacia abajo a través de la atmósfera.

"Eventualmente, las nubes de hongo se vuelven tan grandes que incluso las corrientes ascendentes no pueden contenerlas, y caen más profundamente en la atmósfera, encontrando temperaturas aún más cálidas, donde eventualmente se evaporan por completo", dijo Tristan Guillot, co-investigador de Juno de la Universidad Côte d'Azur en Niza, Francia, y autor principal del segundo artículo. "Su acción arrastra el amoniaco y el agua a niveles profundos en la atmósfera del planeta. Eso explica por qué no vemos mucho en estos lugares con el Radiómetro de microondas de Juno".

"Combinar estos dos resultados fue crítico para resolver el misterio del amoniaco perdido de Júpiter", dijo Bolton. "Resultó que en realidad no falta el amoniaco; simplemente se transporta hacia abajo disfrazado, se ha camuflado mezclándose con agua. La solución es muy simple y elegante con esta teoría: cuando el agua y el amoniaco están en un estado líquido, son invisibles para nosotros hasta que alcanzan una profundidad donde se evaporan, y eso es bastante profundo."

Comprender la meteorología de Júpiter nos permite desarrollar teorías de la dinámica atmosférica para todos los planetas de nuestro sistema solar, así como para los exoplanetas que se descubren fuera de nuestro sistema solar. La comparación de cómo funcionan las tormentas violentas y la física atmosférica en todo el sistema solar permite a los científicos planetarios probar teorías en diferentes condiciones.

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