Un día en Neptuno

Un día en Neptuno dura exactamente 15 horas, 57 minutos y 59 segundos, de acuerdo con la primera medición precisa de su período de rotación realizada por el científico planetario Erich Karkoschka de la Universidad de Arizona. El descubrimiento se ha publicado recientemente en Icarus, la publicación científica oficial de la División de Ciencias Planetarias de la Sociedad Astronómica Americana.

En esta imagen, los colores y los contrastes se han modificado para resaltar las características atmosféricas del planeta. Los vientos en la atmósfera de Neptuno pueden superar la velocidad del sonido. (Crédito: Erich Karkoschka)

El resultado obtenido supone una de las mayores mejoras en la determinación del periodo de rotación de un planeta de gas en casi 350 años, desde que el astrónomo italiano Giovanni Cassini realizara las primeras observaciones de la Mancha Roja de Júpiter.

"El período de rotación de un planeta es una de sus propiedades fundamentales", afirma Karkoschka, científico jefe del Laboratorio Lunar y Planetario de la UA. "Neptuno tiene dos características observables con el Telescopio Espacial Hubble, que parecen seguir la rotación interior del planeta. Hasta ahora no se había visto nada parecido en ninguno de los cuatro planetas gigantes".

A diferencia de los planetas rocosos - Mercurio, Venus, Tierra y Marte - que se comportan como bolas sólidas y que girar de una manera bastante sencilla, los gigantes gaseosos - Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno - rotan más bien como burbujas líquidas gigantes. Dado que se les considera constituidos principalmente de hielo y gas alrededor de un núcleo sólido relativamente pequeño, su rotación implica muchos remolinos y turbulencias que han dificultado el trabajo de los astrónomos a la hora de determinar de forma precisa su velocidad de rotación.

"Si se observa a la Tierra desde el espacio, se ven las montañas y otras características en el suelo girando con gran regularidad, pero si uno observa las nubes, no se puede precisar la velocidad de rotación porque los vientos cambian constantemente", explica Karkoschka. "Si nos fijamos en los planetas gigantes no se ve una superficie, sino una espesa y nublada atmósfera."

"En Neptuno, todo lo que se puede ver se está moviendo, tanto las nubes como las características de la atmósfera del planeta. Algunas se mueven más rápido, otras se mueven más lentamente, algunas aceleran, pero realmente no se puede conocer el período de rotación, ni siquiera si hay un núcleo interno sólido girando. "

En la década de 1950, cuando se construyó el primer radiotelescopio, se descubrió que Júpiter envía haces pulsantes de radiofrecuencia, como un faro en el espacio. Estas señales se originan en un campo magnético generado por la rotación del núcleo interno del planeta. Sin embargo no había pistas sobre la rotación de los otros gigantes gaseosos debido a que las señales de radio que puede emitir son arrastrados hacia el espacio por el viento solar y no llegan a la Tierra.

"La única manera de medir las ondas de radio era enviar una nave espacial a esos planetas", afirma Karkoschka. "Cuando las Voyager 1 y 2 pasaron cerca de Saturno, detectaron las señales de radio, registrando exactamente un periodo de 10.66 horas, igualmente se encontraron señales de radio de Urano y Neptuno. Así que basándonos en esas señales de radio, creíamos conocer los períodos de rotación de estos planetas ".

Pero cuando la sonda Cassini llegó a Saturno 15 años más tarde, sus sensores detectaron que su periodo de radio había cambiado en un 1 por ciento. Karkoschka explica que debido a su gran masa, era imposible que Saturno pudiera sufrir un cambio tan grande en su rotación en un período tan corto. "Los planetas gaseosos, debido al enorme tamaño, tienen suficiente momento angular como para mantener su ritmo de giro durante miles de millones de años", aclara. "Así que algo extraño estaba pasando."

Aún más desconcertante fue otro descubrimiento posterior de la nave Cassini que indicaba que los hemisferios norte y sur de Saturno parece estar girando a velocidades diferentes. "Ahí fue cuando nos dimos cuenta de que el campo magnético no funciona como un reloj, sino que produce desplazamientos", dice Karkoschka. "El interior está girando y arrastra el campo magnético con él, pero debido al viento solar y a otras influencias desconocidas, el campo magnético no puede mantenerse en sincronía con respecto al núcleo del planeta, produciéndose un retraso."

En lugar de enviar una nave espacial con un coste de miles de millones de dólares, Karkoschka aprovechó de lo que podríamos llamar los restos de la ciencia espacial: las imágenes de Neptuno que el Telescopio Espacial Hubble pone a disposición del público. Con firme determinación y una paciencia sin igual, estudió minuciosamente cientos de imágenes de todos los detalles y características distintivas durante largos períodos de tiempo. Otros científicos antes que él habían observado Neptuno analizando sus imágenes, pero nadie llegó a escudriñar 500 de estas imágenes.

"Cuando vi las imágenes, encontré que la rotación de Neptuno mayor que la registrada por la Voyager", afirma Karkoschka. "Creo que la exactitud de mis datos es aproximadamente 1.000 veces más precisa que lo que había sobre la base de las mediciones de la Voyager - una gran mejora en la determinación de la duración exacta de la rotación de Neptuno, que no se ha producido en ninguno de los planetas gigantes en los últimos tres siglos. "

Karkoschka ha descubierto dos características de la atmósfera de Neptuno que destacan porque su giro es alrededor de cinco veces más constante incluso que el hexágono de Saturno, la característica más conocida de rotación regular en cualquiera de los gigantes gaseosos.

Bautizadas como la Característica del Polo Sur y la Ola del Polo Sur, las características son vórtices que se arremolinaban en la atmósfera, similares a la famosa Gran Mancha Roja de Júpiter, cuya duración puede ser muy grande debido a que tienen una fricción despreciable. Karkoschka fue capaz de seguirles la pista a lo largo de más de 20 años.

Si un observador registrara el giro del planeta desde un punto fijo en el espacio podría ver que ambas características aparecen exactamente cada 15,9663 horas, con menos de unos segundos de variación. "La regularidad sugiere que esas características están conectadas al interior de Neptuno, de alguna manera", dice Karkoschka. "¿Cómo están conectados es pura especulación."

Una posible explicación consiste en la convección impulsada por zonas más cálidas y más frías en la espesa atmósfera del planeta, de forma análoga a los puntos calientes en el manto terrestre, flujos circulares gigantes de material fundido que se mantienen en el mismo lugar durante millones de años.

"Pensé que la extraordinaria regularidad de la rotación de Neptuno mostrada por las dos características era algo realmente especial", dijo Karkoschka. "Así que desenterré las imágenes de Neptuno tomadas por la sonda Voyager en 1989, que tiene aún mejor resolución que las imágenes del Hubble, a ver si podía algo más en los alrededores de esas dos características. Descubrí seis características más que giran con la misma velocidad, pero que eran demasiado tenues como para ser visibles con el Telescopio Espacial Hubble, y fueron visibles para la Voyager sólo durante unos meses, así que no sabía si el período de rotación era exacto hasta los seis dígitos. Pero estaban realmente conectadas entre sí. Así Ahora tenemos ocho características que están agrupadas juntas en el mismo planeta, lo que es muy emocionante. "

Además de obtener una mejor visión en el período de rotación de Neptuno, el estudio podría conducir a una mejor comprensión de los planetas gaseosos gigantes en general. "Conocemos la masa total de Neptuno, pero no sabemos cómo se distribuye", explica Karkoschka. "Si el planeta gira más rápido de lo que pensábamos, significa que la masa tiene que estar más cerca del centro de lo que pensábamos. Estos resultados podrían cambiar los modelos del interior de los planetas y podría tener muchas otras implicaciones."

Artículo: Science Daily 

Traducción y edición: Jesús Canive