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Grandes bolas de fuego iluminando las nubes de Júpiter

Esta entrada en el blog fue publicada anteriormente como un artículo breve en la sección de Ciencia de El Correo.

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La madrugada del martes 11 de septiembre un astrónomo aficionado, Dan Petersen, de Racine Wisconsin estaba observando el planeta Júpiter con un modesto telescopio cuando tuvo el privilegio de observar con sus propios ojos algo realmente inusitado: Una llamativa explosión en la atmósfera del gigante gaseoso. Un evento tan breve (dos segundos) que podría hacerle dudar de su propia vista. Inmediatamente alertó a la comunidad de astrónomos profesionales y aficionados de todo el mundo y unas pocas horas después recibió la confirmación de que sus ojos no le habían engañado. George Hall, astrónomo aficionado de Texas había estado observando Júpiter en el mismo momento con un telescopio también modesto equipado con una cámara de video. Sin haberse percatado en el momento de la explosión tenía registrada una filmación que tan solo revisó tras la noticia de Dan Petersen. Una parte reducida del video original puede verse en youtube a través del siguiente enlace.

 

Impacto de un objeto de reducido tamaño

En un mundo global en el que la red permite intercambiar información a una pasmosa velocidad se estableció con rapidez un grupo de análisis internacional dirigido desde el Grupo de Ciencias Planetarias de la Universidad del País Vasco por su experiencia en este tema (ver por ejemplo el post: La adrenalina de la ciencia en este mismo blog). En dos días confirmamos la naturaleza de aquella inmensa bola de fuego en Júpiter. Se trataba del choque de un objeto de reducido tamaño, un pequeñísimo fragmento de asteroide o cometa de en torno a 10 metros de diámetro estrellándose con el inmenso Júpiter a la enorme velocidad de 60 kilómetros por segundo. El objeto se había incinerado en una explosión de tal brillo que había podido ser observada a través de pequeños telescopios desde la Tierra a más de 700 millones de kilómetros de distancia. Nuestro análisis pudo realizarse tan rápido porque no es la primera vez que una bola de fuego ilumina las nubes de Júpiter. En el verano del 2010 se produjeron en Júpiter dos explosiones semejantes registradas en video también por astrónomos aficionados de Australia, Filipinas y Japón. Aquel verano nuestro grupo de investigación realizó el análisis de ambas explosiones determinando que en ambos casos se trataba de objetos de 10 metros de diámetro formando tenues destellos sobre el planeta. Paradójicamente estos flashes no son detectados por los grandes telescopios terrestres, sino por la floreciente comunidad de aficionados a la astronomía equipados con pequeños equipos y la insaciable curiosidad que despierta en todos nosotros el cielo nocturno.

 

Importancia científica

Estos choques no son inusuales en Júpiter. Con una masa 315 veces la de la Tierra, Júpiter es el mayor de los planetas del Sistema solar y su inmensa gravedad le hace atraer pequeños objetos que caen sobre él y le permiten “limpiar” el Sistema Solar de esos pequeños cuerpos que podrían sino terminar colisionando con planetas más pequeños como la Tierra. En cierto modo Júpiter nos protege como un inmenso escudo. Objetos de este tipo no son especialmente peligrosos para la Tierra, ya que la atmósfera terrestre nos puede proteger del impacto de cuerpos de este tamaño.A veces sin embargo los objetos no son tan pequeños. En 1994 un cometa de más de dos kilómetros de tamaño chocó con Júpiter formando inmensas nubes de ceniza negra que cubrieron temporalmente una gran parte de su superficie. En julio de 2009 un asteroide de quizás 500 m impactó con Júpiter formando otra nube de cenizas mayor en tamaño que toda Europa. Impactos como estos serían catastróficos en la Tierra pero son enormemente más probables en Júpiter y nos permiten aprender a salvo sobre las consecuencias de estas colisiones así como estimar mejor los posibles riesgos de impacto sobre nuestro planeta. Afortunadamente podemos decir que en gran medida gracias a Júpiter estos riesgos son pequeños.

 

Impactos de bólidos con Júpiter

Impacts

Diferentes impactos en la atmósfera de Júpiter observados como breves destellos brillantes en la atmósfera de Júpiter el 3 de Junio de 2010 por A.Wesley (Australia) y Ch. Go (Filipinas), el 20 de agosto de 2010 por M. Tachikawa (Japón) y el 11 de septiembre por George Hall (Estados Unidos). Imágenes como estas y futuros descubrimientos semejantes ayudarán a comprender las poblaciones de cuerpos pequeños del sistema solar exterios y permitirán estimar mejor los riesgos de posibles impactos con la Tierra. Todo parece indicar que estos flashes continuarán siendo descubiertos por la comunidad de astrónomos aficionados. En efecto la astronomía amateur vive una moderna edad de oro contribuyendo de manera decisiva al avance de la astrofísica observacional moderna.

El Grupo de Ciencias Planetarias tiene su sede en la Escuela T. Superior de Ingeniería de Bilbao (UPV/EHU) en donde se encuentra el Aula EspaZio Gela y Observatorio Astronómico.

 

Enlaces externos:

 
– Artículo en Sky&Telescope (inglés)
– Artículo en New Scientist (inglés)
– Artículo en el blog Astrofísica y física.
 

JUICE: La misión europea a Júpiter

El pasado 2 de mayo la Agencia Espacial Europea (ESA) anunciaba la misión espacial de tipo L (Large) que ha aprobado para su desarrollo durante la próxima década dentro de su programa de misiones científicas Cosmic Vision. Se trata de la misión JUICE a Júpiter, una sonda espacial cuyo objetivo será explorar las lunas heladas de Júpiter, así como el propio planeta gigante. JUICE (acrónimo de Jupiter Icy Moons Explorer) es una propuesta que se ha ido gestando desde el comienzo del programa Cosmic Vision en el año 2004 y que determina las misiones científicas que la ESA desarrollará durante la década 2015-2025. El proyecto JUICE ha recibido diferentes nombres y conceptos en estos 8 años. Anteriormenten fue conocido como Laplace, una parte de de un proyecto más amplio desarrollado en colaboración con NASA. El proyecto actual, más modesto correspondiendo a los tiempos que corren, será una nave alimentada por energía solar que pasará por lo menos 3,5 años dentro del sistema joviano, investigando tres de los cuatro satélites galileanos: Ganímedes, Calisto y Europa así como la atmósfera de Júpiter. Se trata de una misión de caracterización de estos mundos de gran interés astrobiológico, pues en el interior de estos satélites hay océanos de agua líquida y el agua es el ingrediente fundamental para la aparición de la vida. El lema de JUICE es explorar la emergencia de mundos habitables orbitando planetas gigantes. Además abordará otras cuestiones científicas tan importantes como ¿cuáles son las condiciones para la formación de planetas y cómo funciona el sistema solar?.

JUICE seá lanzada en junio de 2022 utilizando un cohete Ariane 5 y llegará al sistema de Júpiter tras un largo periplo por el sistema solar en el año 2030 que le hará sobrevolar tres veces la Tierra y una vez Venus acelerando en cada sobrevuelo planetario en un tipo de maniobra conocida como asistencia gravitacional. El presupuesto global de la misión es de unos 700 millones de euros para el desarrollo de la nave, sus instrumentos científicos, lanzamiento y control posterior en un proyecto que se comenzó a gestar en el año 2004 y que no finalizará hasta el 2033.

 

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Recreación artística de la msión JUICE en una de las órbitas a Júpiter que acercarán JUICE a la luna helada Europa.


 

La exploración espacial de Júpiter

 
Júpiter ha sido visitado ya por varias sondas espaciales. Las misiones Pioneer en los años 70 y Voyager a comienzos de los 80 sobrevolaron Júpiter y nos mostraron por primera vez imágenes de algunos de sus satélites mayores. En el año 1995 una sonda llamada Galileo se internó en la densa atmósfera de Júpiter enviándonos datos únicos de este planeta gigante. Además de la sonda, un orbitador exploró Júpiter y sus lunas durante los años 1995 al 2000. Fue precisamente la misión Galileo la que aportó datos inequívocos de la presencia de océanos líquidos ocultos bajos las superficies congeladas de los satélites Ganímedes, en menor medida Calisto y sobre todo en el mundo helado Europa. Posteriores sobrevuelos por parte de la misión Cassini en el 2004 y la sonda Nuevos Horizontes en el 2007 permitieron obtener datos importantes sobre la atmósfera del planeta pero no sobre los satélites manteniéndo sus misterios ocultos.
 
La misión JUICE deberá explorar las implicaciones astrobiológicas de estos los subsuperficiales descubiertos por la sonda Galileo en las lunas heladas de Júpiter. Teniendo en cuenta que la gran mayoría de planetas extrasolares descubiertos hasta la fecha orbitando otras estrellas son semejantes a Júpiter (enormes gigantes gaseosos) y que posiblemente puedan tener complejos sistemas de satélites como los de Júpiter, las preguntas astrobiológicas que ayude a responder JUICE en Júpiter pueden tener implicaciones globales para nuestra comprensión de la vida en el Universo.

 

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Los satélites galileanos de Júpiter represantos a escala de tamaño con respecto a la la Gran Mancha Roja de Júpiter. Ganímedes domina la escena con sus 5260 km de diámetro. Europa, el mundo helado con grietas en su superficie y ausencia de cráteres tiene un tamaño de unos 3100 km de diámetro que le hacen comparable en tamaño a nuestra Luna. Entre los objetivos de la misión JUICE a Júpiter está explorar la formación de estos mundos y las implicaciones astrobiológicas que tienen los océanos líquidos subsuperficiales de Ganímedes y Europa.


 

Océanos líquidos y esperanzas de vida

 
Ganímedes es la única luna del sistema solar que genera su propio campo magnético. Se piensa que su origen está en un océano líquido salino bajo la corteza helada y craterizada de la mayor luna del sistema solar. Europa tiene en su superficie enormes grietas que muestran el deslizamiento de inmensas placas de hielo. No sabemos si estas placas de hielo pueden tener unas decenas de kilómetros de espesor o unos centenares, pero incluso en ausencia de la luz solar este océano profundo de Europa es uno de los lugares más interesantes del Sistema Solar desde el punto de vista astrobiológico. Por todo ello los instrumentos de JUICE estudiarán la capacidad de las lunas para albergar vida explorando a temperatura, la presión y otros factores que permiten la existencia de organismos en la Tierra. La razón por la que mundos helados como estos tienen océanos líquidos en su interior reside en el propio planeta Júpiter que con su gravedad ejerce fuerzas de marea intensas que calientan el interior de los satélites más cercanos. Ío, la luna más interna posee inmensos volcanes de azufre, Europa una fina corteza helada y Calisto y Ganímedes, más alejados, cortezas más espesas pero con agua líquida en su interior.

 

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Detalle de alta resolución de la superficie de Europa mostrando grietas en el hielo de su superficie. La imagen derecha incorpora posibles escenarios para la distribución vertical de hielo en las cortezas de Ganímedes y Europa. Las posibilidades más interesantes son las dadas para Europa. El diagrama 3 describe una capa superior helada gruesa (de más de 10 km de espesor) y un profundo océano y la 4 con una capa helada delgada (3-4 km). En Ganímedes el diagrama 2 muestra una estructura en 3 capas con un océano líquido profundamente enterrado pero con la capacidad de intercambiar líquido con el manto inferior.


 

Otros objetivos científicos

 
No sería justo no mencionar también otros objetivos científicos que acomete la misión JUICE. El estudio de la formación del planeta y sus lunas, la interacción magnética intensa entre el campo magnético de Júpiter (50 veces más intenso que el terrestre) y el viento solar. Esta interacción es tan intensa que la magnetosfera de Júpiter se extiende de tal modo que si fuera visible sería el objeto más grande del cielo nocturno. También es importante el estudio de la interacción del campo magnético del planeta con el de su satélite Ganímedes y por supuesto la propia atmósfera del planeta Júpiter enormemente dinámica. En particular JUICE permitirá estudiar la atmósfera de Júpiter tanto desde el punto de vista de la circulación atmosférica como de la estructura vertical de la atmósfera y composición química. De especial relevancia es el hecho de que Júpiter es el mejor modelo que tenemos para entender los planetas extrasolares de tipo gigante gaseoso descubiertos por centenas en las últimas décadas.


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Esquema de los objetivos científicos relacionados con el estudio de la atmósfera del gigante gaseoso. Figura procedente del libro amarillo de la misión JUICE.


 

2012-2022: Sin tiempo que perder

 
La planificación de una misión tan compleja como esta requiere décadas enteras de desarrollo. Aunque el horizonte del lanzamiento se ve lejano es ahora el turno de desarrollar la tecnología que integrará JUICE y en particular sus instrumentos científicos. JUICE deberá incorporar instrumentación científica sofisticada para extraer el máximo provecho de la misión. Júpiter es además un entorno hostil ya que su fuerte campo magnético acelera partículas del viento solar convirtiendo las órbitas de los satélites galileanos en entornos cargados de alta radiación. Por ello los sensibles instrumentos de JUICE deberán estar protegidos contra esta radiación, escudados de las inclemencias del espacio como en ninguna misión espacial anterior. El modelo preliminar de la nave JUICE lleva una carga científica constituida por múltiples instrumentos capaces de acometer los objetivos científicos previstos. Se obtendrán imágenes en diferentes rangos de longitudes de onda desde el infrarrojo al ultravioleta. Se obtendrán mapas por altimetría láser de la superficie de las lunas de Júpiter, se explorará su interior mediante radares capaces de penetrar en sus cortezas heladas, se medirá el campo magnético de Ganímedes y su interacción con el potentísimo magnetismo de Júpiter y se explorará en ondas de radio las emisiones del planeta y los satélites.

Desde un punto de vista más personal comencé mi carrera científica en el año 1996 estudiando la atmósfera de Júpiter y nuestro grupo de investigación, el Grupo de Ciencias Planetarias de la UPV/EHU dirigido por Agustín Sánchez-Lavega tiene una larguísima trayectoria en este campo. He podido seguir las visicitudes de este mundo y su atmósfera en los últimos 15 años. Grandes tormentas jovianas, impactos de asteroides, regiones calientes del planeta y estructuras polares desconocidas hasta hace poco me mostraron el camino de baldosas amarillas de la ciencia que me llevaría más tarde a explorar otros mundos y compartir la fascinación por el Universo. Será ciertamente fascinante seguirle la pista a Júpiter participando en la preparación de la misión JUICE y analizando sus datos científicos durante los próximos 15-20 años.

 
Enlaces externos:
JUICE: Europa en Júpiter (blog EUREKA)

 

Conjunción Venus, Júpiter con la Luna

En algunas ocasiones, para algunas personas afortunadas, diríase que solo si los hados son propicios, se produce una alineación de intereses entre su trabajo y sus aficiones. Tal es el caso de muchos astrónomos profesionales que comenzaron su andadura en el mundo de la afición a la astronomía. También es el caso de astrónomos que con el paso del tiempo se aficionan a la fotografía. En mi caso la astronomía me llevo a la fotografía pero conozco a gente que ha experimentado el periplo contrario: Ser grandes aficionados a la astronomía y empezar a interesarse por la fotografía del cielo nocturno y la astronomía. No es de extrañar que ambas aficiones estén tan relacionadas pues ambas consisten en capturar la luz y plasmarla en ciencia o arte. Efectivamente el cielo nocturno nos ofrece espectáculos diversos a lo largo del año que excitan nuestra curiosidad científica y la creatividad artística. Estos días se ha producido una hermosa conjunción planetaria entre Júpiter y Venus. Ambos son planetas tan brillantes que cuando se encuentran cerca entre sí en el cielo nocturno resulta difícil no mirarlos detenidamente. Aunque esta conjunción se ha prolongado durante todo el mes de marzo estas última semana ha habido un detalle extra agradable pues la presencia cercana de la Luna ha dotado a ambos planetas de una espectacularidad única mostrando tres de los objetos más brillantes del cielo nocturno visibles en un solo golpe de vista.

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Conjunción solar y luz cenicienta de la Luna junto con la cúpula del telescopio docente de la Escuela de Ingeniería de la UPV/EHU en Bilbao.

Las imágenes superiores muestran la conjunción planetaria observada desde la terraza de la Escuela de Ingeniería de Bilbao que alberga un observatorio astronómico dedicado a la docencia de la astronomía. Durante la conjunción alumnos de la Facultad de Ciencias de la UPV/EHU observaban en detalle la Luna, Venus y Marte con uno de sus telescopios. En las fotografías mostradas arriba se observa también un fenómeno curioso asociado a la Luna. Cuando nuestro satélite está creciente o menguante, si se observa con detalle, se puede ver la zona nocturna de la Luna débilmente iluminada por el reflejo de la luz solar en nuestro propio planeta. Este tipo de luz lunar se conoce como luz cenicienta y puede ser capturada por cámaras convencionales. Las fotografías aquí mostradas fueron capturadas utilizando una reflex digital de bajo coste y un trípode.
 

Naturalmente al ser este un blog en el que normalmente hablo de ciencia no puedo resistirme a incluir un diagrama que muestra como la conjunción está causada por un efecto de perspectiva en el que Venus (muy cercano a nosotros estos días) se visualiza cerca de Júpiter (muy lejano, acercándose al otro lado del Sol en su órbita). El siguiente diagrama muestra la posición relativa de los planetas interiores y Júpiter el día 27 de marzo de 2012.

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El Sistema Solar visto en perspectiva. Las alineaciones planetarias corresponden a momentos en los que las posiciones de los diferentes planetas están cerca de una misma línea recta.

Hay que destacar las enormes posibilidades que estos fenómenos astronómicos dan a los aficionados a la fotografía. Diferentes fotógrafos de todo el mundo han plasmado esta alineación planetaria con el gusto y el mimo que tienen los artistas. De las numerosas galerías que se encuentran disponibles en internet me permitiré recomendar tan solo dos: la galería fotográfica sobre la conjunción de mi buen amigo Javier Alonso, que hace algunos años introdujo en mí el virus de la afición a la fotografía y muestra la conjunción en bellos paisajes de la costa vasca y una galería general más internacional en el foro Starship Asterisk. Para muestra una de las fantásticas fotografías de Javier.

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La conjunción fotografiada desde la costa vasca por Javier Alonso Torre.

 
Enlaces:
La naturaleza habla – Blog fotográfico de Javier Alonso Torre.
Starship Asterisk Gallery: Moon-Jupiter-Venus Conjunction

 
 

La adrenalina de la ciencia

En el verano del 2009 un astronómo aficionado australiano, Anthony Wesley, alertó sobre la presencia de una gran mancha negra que había aparecido súbitamente en la atmósfera de Júpiter. Júpiter es el mayor de los planetas del Sistema Solar, un gigante gaseoso cubierto permanentemente de nubes blancas y rojizas y la estructura negra resultaba sorprendente e inesperada. Inmediatamente supimos que Júpiter había recibido el impacto de un pequeño cuerpo del sistema solar que se había desintegrado en las capas altas de la atmósfera joviana tiñendo una región del tamaño de Europa de cenizas negras.

Imágenes de la nube de impacto en Júpiter originada el 19 de julio de 2009. Imágenes de Anthony Wesley (Australia)

Imágenes de la nube de impacto en Júpiter el 19 de julio de 2009. Imágenes de Anthony Wesley (Australia)

De manera repentina, Agustín Sánchez-Lavega (director de nuestro grupo de investigación), Santiago Pérez-Hoyos y yo mismo entramos en una carrera contra el reloj por observar con mejores medios este fenómeno casi único. En pocos días teníamos observaciones con el Telescopio Espacial Hubble, con los telescopios de 8 m en Hawaii y en Chile, con los 4.5 m de Canarias, varias colaboraciones con otros equipos internacionales por saber más sobre lo que había pasado y una competencia feroz por ser los primeros en comprender este fenómeno. Una cantidad de trabajo tan enorme que desintegró cualquier atisbo de vacaciones aquel verano del 2009. Pero aprendimos mucho. Un asteroide pequeño de unos 500 m de tamaño había chocado contra el planeta tal y como había ocurrido 15 años atrás con un famoso cometa (el Shoemaker-Levy 9). La conclusión breve de este trabajo es que Júpiter con su enorme gravedad sigue atrayendo pequeños cuerpos del sistema solar protegiendo a la Tierra de  impactos al limpiar el sistema solar de estos objetos.

En el verano del 2010 mis compañeros y yo estábamos muy satisfechos. Nuestros trabajos sobre este fenómeno iban a ser publicados en breve y podían alterar el paradigma vigente sobre las tasas de impactos en el sistema solar exterior (anteriormente se pensaba que una colisión de estas características solo podía producirse una vez cada varios siglos y sin embargo habíamos observado dos desde el año 1994) . Una contribución importante en nuestro campo de investigación, algo con lo que sueña todo científico.

Breve flash de luz en Júpiter el 3 de junio de 2010.

Flash en Júpiter el 3 de junio de 2010.

El 3 de junio  Anthony Wesley nos alertó de algo que parecía imposible: Un segundo impacto en Júpiter. Esta vez un breve flash de luz de unos 2 segundos de duración. De nuevo la sorpresa, lo inesperado y la investigación frenética por comprender qué había pasado acompañada de peticiones de observación a los mayores telescopios del mundo. Un nuevo verano se esfumaba entre nuestras manos. Y estábamos encantados. Aprendimos que Júpiter recibe impactos semejantes por objetos de unos 10 m de tamaño con frecuencia (al menos unas cuantas decenas de veces al año). Se trata de pequeños restos de la formación del Sistema Solar que también pasan cerca de la Tierra (se estima que uno de estos objetos pasa a una distancia de la Tierra comparable al tamaño de la órbita de la Luna cada día y uno choca con nuestro planeta cada 10 años). Cuando teníamos ya una clara visión de lo que había ocurrido otro astrónomo aficionado, esta vez japonés, descubrió un tercer impacto confirmando nuestras expectativas. He tenido el privilegio de experimentar estas emociones científicas en otras ocasiones, en parte por fortuna y en buena medida por trabajar con investigadores de gran talento como Agustín Sánchez-Lavega y Santiago Pérez-Hoyos.

Hablé varias veces en Radio Euskadi sobre estos impactos jovianos a mediados del 2010. Una de las consecuencias de estas entrevistas es que pude constatar que la “adrenalina” que habíamos experimentado mis compañeros y yo al estudiar estos fenómenos era comparable al interés que algunos oyentes tenían por saber más sobre ciencia. Empecé entonces una colaboración con Juan Carlos de Rojo y Naiara Gutierrez en Graffiti en Rojo que ha continuado deste entonces en Graffiti con Juan Carlos, Aitor Moriyón y Miriam Duque y que se extiende ahora también a la creación de este blog sobre astronomía.

Unas últimas palabras para esta entrada: Este blog no es un reflejo exacto de la sección de astronomía en Graffiti aunque correrá paralelo a ella durante los próximos meses. Es más bien un intento de compartir con ustedes el intenso placer que causa la ciencia y la investigación en los científicos, el gusto por saber cosas nuevas sobre la naturaleza y el sentido de maravilla ante un universo que no cesa de sorprendernos.