Científicos y astrónomos aficionados se han unido para derribar una suposición de larga data de que las icónicas nubes arremolinadas de Júpiter están hechas de amoníaco congelado, una revelación bastante fundamental sobre el gigante gaseoso que creíamos conocer bien.
Utilizando telescopios y filtros espectrales disponibles comercialmente, un astrónomo aficionado llamado Steve Hill recopiló datos para mapear la abundancia de amoníaco en Júpiterde la atmósfera del gigante gaseoso, pero Hill finalmente encontró algo que, para empezar, contradecía los modelos anteriores de la composición atmosférica del gigante gaseoso.
“¡Estaba intrigado!” dijo Patrick Irwin de la Universidad de Oxford a Space.com. “Al principio tenía dudas de que el método de Steve pudiera producir mapas de amoníaco tan detallados”. Pero a medida que se desarrolló el análisis, la duda dio paso al entusiasmo: estaba claro que Hill había descubierto algo.
La atmósfera de Júpiter está compuesta principalmente de hidrógeno y helio, con pequeñas cantidades de amoníaco, metano, vapor de agua y otros gases. Estos últimos componentes se condensan en diferentes niveles para formar nubes, que reflejan la luz del sol para crear la sorprendente apariencia del planeta. Debido a que se sabe que el amoníaco está presente en la atmósfera de Júpiter y se predice que se condensará (o formará nubes) a la presión más baja de todos los gases conocidos, los científicos asumieron ampliamente que las principales nubes superiores observables del planeta estaban hechas de hielo de amoníaco.
“Los astrónomos siempre asumirán un modelo simple a menos que haya evidencia abrumadora de que este modelo simple es defectuoso”, dijo Irwin. “Dado que podemos ver gas amoníaco en la atmósfera de Júpiter […]simplemente se asumió que sus principales nubes observables probablemente estaban compuestas de hielo de amoníaco”.
Irwin se conectó por primera vez con Hill en 2023 a través de un contacto mutuo en la Sociedad Astronómica Británica después de que Hill presentara sus intrigantes observaciones. “[Steve] Estaba interesado en colaborar con un astrónomo profesional para analizar y validar su enfoque”, dijo Irwin. “[He applied] una técnica utilizada por primera vez en los años 70 y 80 utilizando bandas de absorción visibles de amoníaco y metano en rojo longitudes de onda. Aunque es bien conocida, esta técnica no se ha utilizado mucho desde entonces.”
La técnica se llama análisis de profundidad de banda y se utiliza para estimar la concentración de un gas específico en función de la cantidad de luz que se absorbe en longitudes de onda específicas de ese gas (en este caso, metano y amoníaco).
Hill utilizó las bandas de absorción de metano (619 nm) y amoníaco (647 nm), ambas características bien conocidas en el espectro visible de Júpiter, para calcular la abundancia de estos gases sobre las cimas de las nubes de Júpiter. La absorción de metano a 619 nm sirve como punto de referencia confiable porque la abundancia de metano es bien conocida y su absorción puede usarse para determinar los niveles de presión. Al comparar esto con la absorción de amoníaco a 647 nm, Hill pudo calcular y mapear la distribución de amoníaco en las nubes de Júpiter con una precisión sorprendentemente alta.
“Sabemos que el metano está bien mezclado en la atmósfera y tenemos una buena estimación de su abundancia”, explicó Irwin. “Podemos así utilizar la diferencia en la reflexión entre [images] observado en estas dos bandas de absorción para determinar tanto la presión superior de las nubes como la abundancia relativa de amoníaco”.
Lo que el equipo descubrió fue que la luz reflejada provenía de capas de nubes donde la presión atmosférica sería demasiado alta y las temperaturas demasiado cálidas para que se condensara el amoníaco. “[The observations] muestran muy claramente que la capa principal de reflexión […] “Es mucho más profundo que el nivel de condensación esperado de amoníaco a 0,7 bar, y en realidad ocurre mucho más profundo a 2-3 bar”, dijo Irwin.
Lo único que quedaba por hacer era concluir que el hielo de amoníaco no podía ser el componente principal de las nubes de Júpiter. En cambio, los modelos predicen que lo más probable es que las nubes estén compuestas de hidrosulfuro de amonio y posiblemente smog producido por reacciones fotoquímicas en la atmósfera, ya que la coloración de las nubes no es consistente con el hielo puro.
“Sin embargo, no sabemos con certeza si se trata de esta composición”, añadió Irwin. “También se ha sugerido que las nubes podrían ser una combinación exótica de agua y amoníaco”.
Lo que sí muestra, continuó, es que hay mucha fotoquímica compleja en la atmósfera de Júpiter. “Parece que en la mayoría de las regiones, el amoníaco se fotoliza y destruye más rápido de lo que puede ser elevado”, dijo Irwin. “Por lo tanto, las nubes de hielo de amoníaco puro son bastante raras y se limitan a pequeñas regiones de convección muy rápida y vigorosa”.
Las observaciones y la teoría de Hill fueron validadas con la ayuda de Irwin mediante una comparación con técnicas más avanzadas, analizando datos del instrumento MUSE en el Very Large Telescope (VLT) de ESO, el Matriz muy grande (VLA) y la NASA Juno Misión. Esto es importante porque no sólo confirma estos interesantes hallazgos, sino que también hace que las observaciones de Júpiter (y otros planetas similares, como Saturno) sean más accesibles y fáciles de realizar.
“Dónde hay y no hay amoníaco proporciona un poderoso indicador de los procesos climáticos en Júpiter, lo que lo hace importante para comprender el planeta y otros similares”. escribió Hill en su artículo original publicado el año pasado en la revista Earth and Space Science.
Aunque se trata de un avance apasionante, los científicos reconocen que todavía existen limitaciones que deben solucionarse. Por un lado, los resultados actuales dependen de un supuesto perfil “vertical” de amoníaco, que los científicos a menudo suponen que es constante.
“En realidad, es mucho más probable que varíe con la altura por debajo del nivel de condensación de amoníaco, pero esto no es fácil de limitar con nuestras observaciones”, dijo Irwin. “Necesitamos intercomparar más estrechamente los resultados de VLT/MUSE, Juno y VLA. Una solución debería adaptarse a todas las observaciones, pero necesitaremos iterar un poco sobre esto para descubrir cuál es el perfil vertical del amoníaco en diferentes ubicaciones en La atmósfera de Júpiter.”
Los astrónomos también han aplicado su técnica a las observaciones de Saturno, descubriendo de manera similar que la reflexión de la capa principal de nubes ocurre más profundamente de lo esperado anteriormente, también muy por debajo del nivel en el que el amoníaco se condensaría en las nubes. “Esto sugiere que también están operando procesos fotoquímicos similares en la atmósfera de Saturno”, añadió Irwin. “También determinamos la abundancia profunda de amoníaco y encontramos que es consistente con observaciones recientes del Telescopio Espacial James Webb”.
Este trabajo destaca cómo las contribuciones de astrónomos profesionales y aficionados amplían los límites de nuestra comprensión. Incluso las observaciones aparentemente “simples” pueden proporcionar información valiosa y ampliar nuestro conocimiento del cosmos.