El campo magnético de Júpiter revelado por la nave espacial JUNO

Se ha descubierto que el campo magnético de Júpiter es diferente de todos los demás campos magnéticos planetarios conocidos. Este resultado podría tener implicaciones importantes para nuestra comprensión de los interiores de los planetas gigantes.

Las líneas del campo magnético de Júpiter: vista ecuatorial. Ver animación. Crédito: Kimberly Moore et al. / JUNO.

La nave espacial Juno de la NASA está actualmente mapeando el campo magnético de Júpiter con un detalle sin precedentes. Debido a que el campo se origina en el interior del planeta, puede proporcionar información sobre lo que está sucediendo debajo de las espectaculares nubes que se arremolinan en las capas superficiales del planeta. En un documento en Nature , Moore et al. 1 analizan los datos de Juno y encuentran que el campo magnético de Júpiter es sustancialmente diferente en los hemisferios norte y sur del planeta. Los autores consideran que lo que podría estar sucediendo en el interior del planeta explica esta asimetría.

Juno llegó a Júpiter el 4 de julio de 2016 y ha estado recopilando información que está transformando nuestra comprensión del interior profundo del planeta. Anteriormente, solo teníamos una visión general pero sin detalles del campo magnético 2 de Júpiter . Juno ha conseguido transformar esta visión general  através de  un enfoque mucho más nítido, lo que permite construir un modelo revisado del campo 3 . Estos avances fueron posibles debido al enfoque cercano que Juno hace de Júpiter: la nave espacial vuela a solo 4.000 kilómetros por encima de la superficie de Júpiter, ya que se sumerge en el campo gravitacional del planeta una vez cada 53 días 4 .

Júpiter tiene el campo magnético planetario más fuerte del Sistema Solar. Irónicamente, este campo es la mayor amenaza para la misión Juno. Las partículas de alta energía del Sol quedan atrapadas en el campo, produciendo una situación peligrosa para la electrónica, de la que depende la misión. Afortunadamente, Juno fue diseñada con protección contra esto y ha sobrevivido hasta ahora.

El campo magnético de Júpiter se mantiene gracias a las corrientes eléctricas que fluyen en el interior del planeta. Júpiter está compuesto principalmente de hidrógeno y helio, por lo que es bastante sorprendente que pueda conducir electricidad . Sin embargo, la presión y densidad extremadamente altas en el planeta permiten que el hidrógeno entre en un estado conocido como hidrógeno metálico 5 . El hidrógeno metálico tiene una conductividad eléctrica similar a la de los metales, lo que permite el flujo de corrientes eléctricas.

Los planetas gigantes tardan miles de millones de años en enfriarse después de formarse. En consecuencia, hay tanto calor saliendo del interior de Júpiter como el que recibe el planeta del Sol. Este calor es transportado por las corrientes de convección, que agitan el interior y producen nubes y tormentas en remolino, como la Gran Mancha Roja, que son tan bellamente capturadas por las cámaras de Juno. Los flujos de fluido impulsados ​​por convección en el interior son más lentos que los vientos de superficie, pero son lo suficientemente fuertes como para generar el campo magnético de Júpiter mediante un proceso llamado acción dínamo 6 , 7 .

El campo magnético de la Tierra también es producido por flujos de convección en el interior del planeta, pero es el núcleo de hierro líquido del planeta el que permite el flujo de corrientes eléctricas. Los campos de Júpiter y la Tierra son principalmente dipolares: el componente radial del campo es principalmente positivo en el hemisferio norte y mayormente negativo en el hemisferio sur, como si el planeta tuviera un imán de barra (figura 1a). Moore y sus colegas informan que la parte no dipolar del campo de Júpiter está confinada casi por completo al hemisferio norte (Fig. 1b). Esto está en marcado contraste con el campo de la Tierra, para el cual la parte no dipolar está distribuida uniformemente entre los dos hemisferios.

Figura 1 | Mapas del campo magnético de Júpiter. a , en el hemisferio norte de Júpiter, la componente radial del campo magnético del planeta apunta principalmente en la dirección positiva (hacia afuera) (tonos amarillo-rojo). Por el contrario, en el hemisferio sur, el componente radial apunta predominantemente en la dirección negativa (hacia adentro) (tonos verde-azul). Tal configuración se conoce como un dipolo. La escala de colores representa la intensidad del campo magnético radial en unidades de militesla. b , Moore et al . 1 informan que la parte no dipolar del campo magnético radial de Júpiter está concentrada casi por completo en el hemisferio norte, a diferencia de todos los demás campos magnéticos planetarios conocidos. Los mapas en a y b ilustran el campo magnético a una distancia del 90% del radio de Júpiter desde el centro del planeta, bajo la suposición de que las corrientes eléctricas sustanciales en el planeta residen todas a distancias más cercanas al centro. (Adaptado de la Fig. 1e y la Fig. 3a de la ref. 1.). 

 

Las líneas del campo magnético de Júpiter. (a) vista polar norte; (b) vista polar sur; (c) vista ecuatorial. Ver animación. Crédito: Kimberly Moore et al. / JUNO.

 

Moore et al. sugieren varias explicaciones posibles para la morfología del campo magnético de Júpiter.

 Una explicación se refiere al núcleo de Júpiter, cuya naturaleza sigue siendo un misterio. Algunos modelos del planeta asumen un núcleo compacto con una masa aproximadamente cinco veces mayor que la de la Tierra 8 . Pero un núcleo diluido mucho más grande también es factible 9 y podría afectar la generación de campo.

Otra explicación es que hay una o más capas estables de fluido en el interior de Júpiter. Se cree que Saturno tiene una capa estable en su interior, lo que podría explicar por qué su campo magnético es casi completamente simétrico alrededor del eje 10 de rotación del planeta, muy diferente de los campos de Júpiter y la Tierra. En Júpiter, estas capas estables podrían ser regiones en las que la composición del fluido cambia, dividiendo el interior del planeta en zonas. Si las regiones de transición contuvieran un gradiente de concentración de helio, podrían ser pesadas en el fondo, alterando el flujo de fluido dentro del planeta y, por lo tanto, el campo magnético.

Para investigar cómo se generan los campos magnéticos planetarios, ahora es posible resolver las ecuaciones fundamentales que rigen los flujos de fluidos y los campos magnéticos dentro de los planetas. Los principios básicos de la acción de dínamo se establecieron hace un siglo 11 , pero resolver las ecuaciones de fluido-dínamo resultó difícil. Las computadoras han podido manejar los cálculos necesarios para modelar la dínamo de la Tierra solo desde 1995 12 . Sin embargo, se ha avanzado mucho, y los modelos computacionales de dínamos ahora pueden capturar muchas de las características del campo magnético de la Tierra 13 .

En los últimos cinco años, estos modelos se han adaptado para hacer frente a las grandes variaciones en la densidad entre el interior y la atmósfera de Júpiter 6 , 7 , y ahora se pueden comparar con el campo inferido por Moore y sus colegas. Sin embargo, los modelos de dínamo dependen de la estructura interna del planeta, que a su vez depende de las propiedades termodinámicas del planeta, del perfil de conductividad eléctrica y de la composición. Aunque estos problemas han sido ampliamente explorados, aún existe cierta incertidumbre. Se han desarrollado modelos de campos que son dipolares pero ampliamente simétricos con respecto al ecuador 6 , al igual que los modelos de campos que son asimétricos pero no dipolares 14 . El desafío es, por lo tanto, formular modelos de campos que sean asimétricos y dipolares.

Las explicaciones sugeridas por Moore y sus colegas para la morfología de campo de Júpiter ahora pueden ser probadas por los modelizadores de dínamo para descubrir si las explicaciones son de hecho compatibles con las observaciones de Juno. Para el estudio de los interiores de los planetas gigantes nos esperan tiempos emocionantes, ya que los modeladores digieren la información que proviene de Juno y comienzan a tener una idea más clara del interior de Júpiter.

Las referencias del artículo puede verlas en la sección “Referencias” del artículo original, a continuación. 

Fuente: Nature.

Artículo original: “Jupiter’s magnetic field revealed by the Juno spacecraft“.  Sept. 5, 2018.

Nature 561, 36-37 (2018).

doi: 10.1038/d41586-018-06095-9.

El paper:

A complex dynamo inferred from the hemispheric dichotomy of Jupiter’s magnetic field. Kimberly M. Moore, Rakesh K. Yadav et al. Nature  561, 76–78 (2018.)  Sept. 5, 2018.

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0468-5

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