Los Planetas Jovianos

Más allá “de nuestro sistema solar de Frost Line ” – la región donde las sustancias volátiles como el agua, amoníaco y metano empiezan a congelarse – residen cuatro planetas masivos. A pesar que estos  planetas – Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno – varían en términos de tamaño, masa y composición, todos ellos comparten ciertas características que hacen que se diferencian mucho de los planetas terrestres situadas en el interior del Sistema Solar.

Designados oficialmente como el gas (y / o hielo) gigantes, estos mundos también reciben el nombre de “planetas jovianos”. Se utiliza indistintamente con términos como gigante de gas y el planeta gigante, el nombre describe mundos que son esencialmente “similar a Júpiter”. Y mientras que el Sistema Solar contiene cuatro de estos planetas, las investigaciones extra-solares han descubierto cientos de planetas jovianos,  de momento.

Definición:

Dentro del sistema solar, existen cuatro planetas jovianos – Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Un planeta designado como Júpiter es, por tanto, un gigante de gas, compuesta principalmente de hidrógeno y helio, con diversos grados de elementos más pesados. Además de tener grandes sistemas de lunas, estos planetas tienen sus propios también sistemas de anillos.

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Los planetas gigantes del Sistema Solar (aka. Los jovianos). Crédito: spiff.rit.edu

Otra característica común de los gigantes de gas es su falta de una superficie, al menos en comparación con los planetas terrestres. En todos los casos, los científicos definen la “superficie” de un gigante de gas (por las temperaturas que los definen y la presión del aire) como la región donde la presión atmosférica es superior a un bar (la presión que se encuentra en la Tierra al nivel del mar).

Estructura y Composición:

En todos los casos, los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar están compuestos principalmente de hidrógeno y helio, siendo el resto absorbido por elementos más pesados. Estos elementos se corresponden con una estructura que se diferencia entre una capa exterior de hidrógeno molecular y helio que rodea una capa de líquido (o metálico) hidrógeno o elementos volátiles, y un núcleo fundido probable con una composición rocosa.

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Modelos interiores de los planetas gigantes, que muestran núcleos rocosos superpuestos mediante sobres sólidos y gaseosos. Crédito: NASA / JPL

Debido a la diferencia en su estructura y composición, los cuatro gigantes gaseosos a menudo se diferencian, Júpiter y Saturno se clasifican como “gigantes de gas”, mientras que Urano y Neptuno son “gigantes de hielo”. Esto es debido al hecho de que Neptuno y Urano tienen mayores concentraciones de metano y elementos más pesados – como el oxígeno, carbono, nitrógeno, y azufre – en su interior.

En marcado contraste con los planetas terrestres, la densidad de los gigantes de gas es ligeramente mayor que la del agua (1 g / cm³). La única excepción a esto es Saturno, donde la densidad media es en realidad menor que el agua ( 0,687 g / cm 3 ). En todos los casos, la temperatura y  la presión aumentan dramáticamente cuanto más cerca se adentra en el núcleo.

Condiciones atmosféricas:

Al igual que sus estructuras y composiciones, las atmósferas y los patrones climáticos de los cuatro gigantes de gas / de hielo son bastante similares. La principal diferencia es que los ambientes se van haciendo progresivamente más frías cuanto más lejos están de Sol. Como resultado, cada planeta joviano tiene capas de nubes distintas quién a está altitudes están determinadas por sus temperaturas, de modo que los gases pueden condensarse en estados líquido y sólido.

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Júpiter y Saturno tienen apariencias similares, debido a sus composiciones y ambientes similares. Crédito: NASA / GSFC

En resumen, ya que Saturno es más frío que Júpiter a cualquier altitud las particular, sus capas de nubes se producen más profundo dentro de su ambiente. Urano y Neptuno, debido a sus temperaturas aún más bajas, son capaces de mantener el metano condensado en su troposfera muy fríos, mientras que Júpiter y Saturno no pueden.

La presencia de este metano   da a Urano y Neptuno su color azul nebuloso, donde Júpiter es de color naranja-blanco en apariencia debido a la mezcla de hidrógeno (que desprende un aspecto rojo), mientras que el afloramiento de fósforo, azufre, e hidrocarburos  manchandos áreas de  parches y los cristales de amoníaco crean bandas blancas.

La atmósfera de Júpiter se clasifica en cuatro capas basadas en el aumento de altitud: la troposfera, estratosfera, termosfera y la exosfera. Aumento de la temperatura y la presión con la profundidad, lo que conduce al aumento de células de convección emergentes que llevan con ellos  fósforo, azufre, e hidrocarburos que interactúan con la radiación UV para dar la atmósfera superior su aspecto manchado.

La atmósfera de Saturno es similar en composición a la de Júpiter. De ahí por qué se colorea de manera similar, aunque sus bandas son mucho más débiles y son mucho más amplias cerca del ecuador (que resulta en un color dorado pálido). Al igual que con las capas de nubes de Júpiter, que se dividen en las capas superior e inferior,  varían su composición a base de la profundidad y la presión. Ambos planetas también tienen nubes compuestas de cristales de amoníaco en sus atmósferas superiores, con una posible capa delgada de nubes de agua que subyacen en ellas.

La atmósfera de Urano se puede dividir en tres secciones – la estratosfera más interna, la troposfera, y la termosfera exterior. La troposfera es la capa más densa, y también pasa a ser el más frío del sistema solar . Dentro de la troposfera hay capas de nubes, con nubes de metano en la parte superior, las nubes de hidrosulfuro de amonio, amoniaco y sulfuro de hidrógeno, nubes y nubes de agua en las presiones más bajas.

Lo siguiente es la estratosfera, que contiene  etano, acetileno y metano, y estas brumas ayudar a calentar esta capa de la atmósfera. Aquí, las temperaturas aumentan considerablemente, en gran parte debido a la radiación solar. La capa más externa (la termosfera y la corona) tiene una temperatura uniforme de 800-850 (577 ° C / 1070 ° F), aunque los científicos no están seguros de la razón.

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Urano y Neptuno, los planetas gigantes de hielo del Sistema Solar. Crédito: Wikipedia Commons

Esto es algo que comparte Urano con Neptuno, que también experimenta temperaturas inusualmente altas en su termosfera (alrededor de 750 K (476,85 ° C / 890 ° F). Al igual que Urano, Neptuno está demasiado lejos del Sol para este calor que se genera a través de la absorción de la radiación ultravioleta, lo que significa que otro mecanismo de calentamiento está involucrado.

La atmósfera de Neptuno es también predominantemente hidrógeno y el helio, con una pequeña cantidad de metano. La presencia de metano es parte de lo que da a Neptuno su color azul, a pesar de que Neptuno es más oscuro e intenso. Su atmósfera se puede subdividir en dos regiones principales: la troposfera inferior (donde las temperaturas disminuyen con la altitud), y la estratosfera (donde las temperaturas aumentan con la altitud).

Se cree que la estratosfera inferior puede contener hidrocarburos como etano y etino, que son el resultado de metano al  interactuar con la radiación UV, lo que produce la neblina atmosférica de Neptuno. La estratosfera es también el hogar de pequeñas cantidades de monóxido de carbono y cianuro de hidrógeno, que son responsables de que  la estratosfera de Neptuno esté más caliente que la de Urano.

Patrones meteorológicos:

Como la Tierra, Júpiter experimenta auroras cerca de los polos norte y sur. Pero en Júpiter, la actividad auroral es mucho más intenso y casi nunca se detiene. Estos son el resultado de la intensa radiación de Júpiter, producido por su  campo magnético, y la abundancia de material procedente de los volcanes de Io que reaccionan con la ionosfera de Júpiter.

 

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Ver reprocesado por Bjorn Jonsson de la Gran Mancha Roja tomada por el Voyager 1 en 1979 revela una increíble riqueza de detalles. Crédito: NASA / JPL

Júpiter también experimenta un patron es climáticos violentos . Las velocidades del viento de 100 km / s (360 km / h) son comunes en las capas zonales, y pueden llegar tan alto como 620 kilómetros por hora . Las tormentas se forman en  horas y pueden llegar a ser miles de kilómetros de diámetro durante la noche. Una tormenta, la Gran Mancha Roja , se ha estado librando desde al menos finales de 1600.

La tormenta se ha ido reduciendo y ampliando a lo largo de su historia; pero en 2012, se sugirió que la mancha roja gigante podría llegar a desaparecer . Júpiter también experimenta periódicamente destellos de relámpagos en su atmósfera , que puede ser hasta mil veces más potente que las observadas aquí en la Tierra.

La atmósfera de Saturno es similar, exhibiendo óvalos de larga vida de vez en cuando que puede ser de varios miles de kilómetros de ancho. Un buen ejemplo es la Gran Mancha Blanca (aka. Great White Oval), un fenómeno único pero de corta duración que se produce una vez cada 30 años terrestres. Desde el año 2010, una gran banda de nubes blancas llamado el Norte electrostática Perturbación se han observado que envuelve a Saturno, y se cree será seguido de otro en 2020.

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Saturno hace un ornamento muy rayado en esta imagen de color natural, mostrando su norte hexágono polar y vórtice central. Crédito: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

Los vientos de Saturno son los segundos más rápido entre los planetas del sistema solar, que han alcanzado un los 500 m / s (1800 km / h). Polos norte y sur de Saturno también han mostrado evidencia de una tormenta. En el polo norte, esta toma la forma de un patrón de onda hexagonal persistente que mide alrededor de 13.800 kilometros (8.600 millas) y que gira con un periodo de 24s 10h 39m.

El vórtice del polo sur al parecer, toma la forma de una corriente en chorro, pero no una onda estacionaria hexagonal. Estas tormentas se estiman estar generando vientos de 550 km / h, son comparables en tamaño a la Tierra, y se cree que han estado ocurriendo durante miles de millones de años. En 2006, la sonda espacial Cassini observó una tormenta similar a un huracán que tenía un ojo bien definido. Tales tormentas no se habían observado en cualquier planeta aparte de la Tierra – incluso en Júpiter.

El tiempo de Urano sigue un patrón similar en el que los sistemas se dividen en bandas que giran alrededor del planeta, que son accionados por el calor interno de la misma en la atmósfera superior. Los vientos en Urano pueden alcanzar hasta 900 km / h, creando tormentas masivas como la descubierta por el telescopio espacial Hubble en 2012. Al igual que en Gran Mancha Roja de Júpiter, este punto oscuro   era un vórtice nube gigante que mide 1.700 kilómetros por 3.000 kilómetros.

Neptuno no es un cuerpo sólido, su atmósfera se somete a rotación diferencial, con su zona ecuatorial amplia rotación más lento que el campo magnético del planeta (18 horas frente a 16,1 horas). Por el contrario, en las regiones polares, donde el período de rotación es de 12 horas. Esta rotación diferencial es la más pronunciada de cualquier planeta del Sistema Solar, y da como resultado una fuerte cizalladura del viento latitudinal y tormentas violentas.

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Reconstrucción de la Voyager 2 imágenes que muestran la gran Dar Spot (arriba a la izquierda), Vespa (en el centro), y el pequeño punto oscuro (abajo a la derecha). Crédito: NASA / JPL

El primero en ser descubierto fue una tormenta anticiclónica masiva medición de 13.000 x 6.600 kilometros y se asemeja a la Gran Mancha Roja de Júpiter. Conocida como la Gran Mancha Oscura , esta tormenta no fue visto más tarde de cinco (2ª Nov., 1994) cuando el telescopio espacial Hubble lo buscó. En su lugar, una nueva tormenta que era muy similar en apariencia se encuentra en el hemisferio norte del planeta, lo que sugiere que estas tormentas tienen una vida más corta que la de Júpiter.

 

Fuente: Matt Williams y Universo hoy

 

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