Imágenes en el Infrarrojo Medio tomadas por el Telescopio Subaru Extienden los Descubrimientos de la Nave Espacial Juno

Las imágenes del telescopio Subaru revelan el clima en la atmósfera de Júpiter en el infrarrojo medio. Estas imágenes, tomadas varias veces durante varios meses, apoyan la misión de la nave espacial Juno de la Administración Nacional de Aeronáutica y Espacio (NASA). Este artículo es parte de un comunicado de prensa conjunto con los de Jet Propulsion Laboratory (JPL) en el Instituto Tecnológico de California y el Observatorio Gemini.

 

 

Figura 1 : Imagen de Júpiter tomada el 18 de Mayo de 2017, un día antes del sexto pasaje cercano a Júpiter de la nave espacial Juno, tomada con un filtro centrado a 8,8 micras que es sensible a las temperaturas troposféricas de Júpiter y al grosor de las nubes cerca del nivel de condensación de gas amoníaco. La Gran Mancha Roja aparece distintivamente en el centro inferior del planeta como una región fría con una gruesa capa de nubes. Está rodeada por una periferia cálida y relativamente clara. A su noroeste (izquierda) se encuentra una región turbulenta y  caótica de  gas con bandas de gas caliente, seco y frío, húmedo alternativo. Muchas  otras características también están presentes. Esta imagen muestra  la detallada estructura atmosférica de la Gran Mancha Roja y sus alrededores que la misión Juno encontrará en su séptimo acercamiento más cercano a Júpiter el 10 de Julio de 2017. Un video creado a partir de una serie de observaciones con los mismos ajustes el 14 de  Enero de 2017 muestra la variación de características  en Júpiter. El instrumento utilizado para capturar estas imágenes es la Cámara Refrigerada para el  Infrarrojo Medio  y Espectrómetro (COMICS) (Cooled Mid-Infrared Camera and Spectrometer (COMICS)) instalada en el  Telescopio Subaru. (Crédito: NAOJ y JPL).

La imagen térmica de alta resolución de Júpiter por la Cámara Refrigerada para el  Infrarrojo Medio  y Espectrómetro  ( COMICS ), montada en el telescopio Subaru en  Maunakea, proporciona datos que amplían y mejoran la información que la misión Juno está reuniendo para su objetivo sin precedentes, de investigar el interior de este planeta y  la estructura atmosférica profunda junto con los detalles de la magnetosfera y sus interacciones aurorales con el planeta. “Las observaciones de Júpiter con el telescopio Subaru  han sido programadas este año coordinándolas con la misión Juno para obtener el mayor beneficio para esta última”, dijo Glenn Orton, PI (Investigador Principal) responsable de la parte del tiempo de intercambio del Telescopio Keck con el Telescopio Subaru y coordinador de observaciones en tierra que apoyan el proyecto Juno en JPL.
“Durante nuestras observaciones de Mayo de 2017 que proporcionaron apoyo en tiempo real para el sexto pasaje por el perijove de Juno, obtuvimos imágenes y espectros de la Gran Mancha Roja y sus alrededores. Nuestras observaciones mostraron que la Gran Mancha Roja, el vórtice más grande conocido en el Sistema Solar, tiene un interior frío y nublado que se extendía hacia su centro, con una periferia cada vez más cálida y más clara, lo que implicaba que los vientos ascendían más vigorosamente hacia su centro y se desplomaban en la periferia. Una región al noroeste ( a la izquierda) era inusualmente turbulenta y caótica, con bandas que eran frías y nubladas, alternando con bandas que eran cálidas y claras (Figura 1) .Esta región es donde el aire que se mueve hacia el este, hacia la Gran Mancha Roja fluye alrededor de ella hacia el norte, donde se encuentra con una corriente de aire que fluye sobre ella desde el Este “, añade Orton.”Esta información nos permitirá determinar la estructura tridimensional de los vientos que de lo contrario sólo se rastrean en dos dimensiones utilizando las características de las nubes observadas en la luz solar reflejada”. “Una amplia variedad de filtros instalados en COMICS  son ventajosos en la detección de las temperaturas de Júpiter en su troposfera superior y en su estratosfera “, señaló el co-Investigador y  Astrónomo Takuya Fujiyoshi del personal del telescopio de Subaru.

 

Con unas 89,000 millas (142.000km) de diámetro, Júpiter podría albergar 1,000 Tierras. Es el planeta más grande del Sistema Solar y quizás el más majestuoso. Vibrantes bandas de nubes transportadas por vientos que pueden superar 400 mph (640 km/h), continuamente rodean la atmósfera del planeta. Tales vientos sostienen los anticiclones giratorios como la Gran Mancha Roja – una tormenta furiosa tres veces y media del tamaño de la Tierra ubicada en el hemisferio sur de Júpiter. En Enero y Febrero de 1979, la nave espacial Voyager 1 de la NASA se acercó a Júpiter, capturando cientos de imágenes durante su aproximación, incluyendo este primer plano de nubes y remolinos alrededor de la Gran Mancha Roja de Júpiter. Esta imagen fue ensamblada a partir de tres negativos blancos y negros. Las observaciones revelaron muchas características únicas del planeta que todavía se están explorando hasta nuestros días. Más información.  Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Vídeo e imágenes cortesía de NASA / JPL.

 

 

 

Movimiento de la Atmósfera de Júpiter.  Arriba se muestra cómo evoluciona la atmósfera de todo el planeta. Abajo una ampliación de la zona ecuatorial y sur-ecuatorial donde se encuentra la Gran Mancha Roja. La corriente que se mueve hacia el este (derecha), hacia la Gran Mancha Roja, fluye alrededor de ella hacia el norte, donde se encuentra con una corriente de aire que fluye sobre ella desde el Este. Videos realizados a partir de imágenes tomadas por la nave Cassini en su camino a Saturno, puede verlos aquí. Crédito: NASA/JPL/University of Arizona.
Juno ha hecho cinco pasajes cercanos de primer plano de la atmósfera de Júpiter, el primero de los cuales fue el 27 de Agosto de 2016 y el último (el sexto) el 19 de Mayo de 2017. Cada uno de estos pases cercanos ha proporcionado al equipo científico de Juno sorpresas inesperadas; el retorno científico de Juno se ha beneficiado de una campaña coordinada de apoyo basada en la Tierra. Esta campaña incluye observaciones realizadas desde naves espaciales cerca o en órbita alrededor de la Tierra, cubriendo desde rayos X  a longitudes de onda visibles y observatorios terrestres que cubren desde el infrarrojo cercano a las longitudes de onda de radio.
Otro conjunto de observaciones de apoyo que fueron simultáneas con las observaciones de Subaru fueron realizadas por el instrumento NIRI del telescopio Gemini North, que fotografió a Júpiter en el infrarrojo cercano, midiendo la luz reflejada de las nubes y la neblina de partículas en la troposfera superior de Júpiter y la estratosfera inferior, niveles superiores en la atmósfera de Júpiter que el de la mayoría de las mediciones de Subaru, proporcionando información complementaria.”Una amplia cobertura en las longitudes  de onda disponibles en los telescopios en Maunakea es, por lo tanto, ventajosa para el estudio”, dice Fujiyoshi.

Una imagen infrarroja de color compuesto de Júpiter revela partículas de turbidez (neblina) en un rango de altitudes, como se ve en la luz solar reflejada. La imagen fue tomada usando el telescopio Gemini North con el NIRI (Imágen casi Infrarrojo) el 18 de Mayo de 2017, un día antes del sexto pasaje (“perijove”) cercano al Planeta de la misión Juno. Los filtros de color cubren longitudes de onda entre 1,69 a 2,275 micras y son sensibles a presiones de 10 milibares a 2 bares. La Gran Mancha Roja (GRS: Grat Red Spot) aparece como la región más brillante (blanca) en estas longitudes de onda, que son principalmente sensibles a las nubes de mayor altitud y neblinas cerca y por encima de la parte superior de la región convectiva de Júpiter, la zona de mayor altitud en la atmósfera de Júpiter,- revelando que la GRS es una de las más altas. Las características que aparecen en amarillo / naranja en los polos de Júpiter surgen del reflejo de la luz del Sol en  las nieblas de gran altitud que son los productos relacionados a la química auroral en la estratósfera superior del planeta. Agrandar imagen. Crédito: Observatorio Gemini / AURA / NSF / JPL-Caltech / NASA. Más información.
La nave espacial Juno de la NASA fue lanzada en Agosto de 2011 y comenzó a orbitar Júpiter a principios de julio de 2016. Un objetivo primordial de la misión es mejorar nuestra comprensión de Júpiter – de sus propiedades atmosféricas, y nuestra comprensión de cómo se formaron Júpiter y los otros planetas del Sistema Solar Exterior. Las imágenes y espectroscopia en el Infrarrojo Medio de Subaru con COMICS son particularmente útiles para Juno, proporcionando información sobre el campo de temperaturas y la distribución del amoníaco, un condensado en Júpiter similar al agua en la atmósfera de la Tierra. Éstos sirven como condiciones de  frontera para la distribución del amoníaco en este nivel y en los niveles  más profundos en la atmósfera de Júpiter.
En la campaña completa de apoyo basada en la Tierra, las observaciones de Subaru proporcionan la mayor resolución espacial de la salida (radiación) térmica de Júpiter debido al gran tamaño  de su espejo primario de 8 metros . En las imágenes de la Gran Mancha Roja de Júpiter tomadas en Mayo de 2017, la COMICS pudo resolver características cercanas a la resolución de 1.000 km del experimento MWR de Juno.
“El Telescopio Subaru proporcionó la mayor resolución espacial del calentamineto en la estratosfera de Júpiter debido a  los procesos relacionados con la aurora”, señala el co-PI (co-Investigador Principal) Yasumasa Kasaba de la Universidad de Tohoku, Japón, quien fue el PI del tiempo colaborativo de telescopio concedido directamente por Subaru. “Este calentamiento será estudiado y comparado con fenómenos aurorales en el ultravioleta y el infrarrojo cercano observados por Juno y otras instalaciones terrestres, así como por el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Espacial JAXA Hisaki UV / EUV con el telescopio Haleakala de la Universidad de Tohoku y muchos otros.” Una lista completa de observatorios activos en las observaciones y los detalles de sus observaciones de apoyo a Juno se da en esta página .
Además de Orton, Kasaba y Fujiyoshi, el equipo colaborativo de observación incluyó a James Sinclair, Anna Payne (JPL); Joshua Fernandes (Universidad Estatal de California, Long Beach); Leigh Fletcher (Universidad de Leicester), Patrick Irwin (Universidad de Oxford); Padma Yanamandra-Fisher (Instituto de Ciencias Espaciales); Takao Sato (JAXA); Davide Grassi (IAPS / INAF); Shohei Aoki (IASB, Bélgica); Tomoki Kimura (RIKEN); Chihiro Tao, Takeshi Kuroda (NTIC); Takeshi Sakanoi, Hajime Kita, Hiromu Nakagawa (Universidad de Tohoku); Hideo Sagawa (Universidad de Kyoto Sangyo) y Joana Bulger (Telescopio Subaru).
Fuente: Subaru Telescope.    Artículo original: “Mid-Infrared Images from the Subaru Telescope Extend Juno Spacecraft Discoveries” – June 30, 2017.
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El lector se estará preguntando ¿por qué en la imagen infrarroja de Júpiter tomada por el Telescopio Subaru, la Gran Mancha Roja aparece como una mancha fría, mientras que en la correspondiente imagen tomada por el Telescopio Gemini North aparece como una mancha muy caliente? La respuesta está, en que las imágenes corresponden a alturas distintas en la atmósfera de Júpiter:  el telescopio Subaru toma imágenes  en la tropósfera de Júpiter, mientras que el Gemini North lo hace en la tropósfera superior y estratósfera inferior. Esto a su vez motivó a los investigadores a dar una respuesta a la pregunta: ¿por qué y cómo se calienta la atmósfera superior encima de la Gran Mancha Roja?  Una respuesta vino en el siguiente trabajo realizado con fondos de la NASA:
Sobre el Telescopio Subaru: https://subarutelescope.org/
Sobre el Telescopio Gemini Norte: www.gemini.edu/.  Ver el artículo:  Striking Gemini Images Point Juno Spacecraft Toward Discovery
Sobre la Misión Juno: 
Un conjunto de imágenes y animaciones, tomadas por las naves Galileo y Cassini,  de la atmósfera de Júpiter, sus tormentas, la Gran Mancha Roja, etc. puede verla en: CILOPS, Imaging Diary – Cassini & Galileo.

 

 Vista 3-D de las nubes de Júpiter. Explicación: Cada día es un día nublado en Júpiter, el gigante de gas reinante del Sistema Solar. Esta visualización tridimensional presenta una vista simplificada del modelo entre las cubiertas nubosas  Jovianas basadas en imágenes y datos espectrales registrados por la nave espacial Galileo . La separación entre las capas de nubes y las variaciones de altura han sido exageradas. La capa de nubes superior es neblina de unas pocas decenas de millas de espesor. Las alturas en las capas de nubes más bajas han sido codificadas con colores: las nubes azul claras son altas y finas, las nubes rojizas  son bajas, y  las nubes blancas  son altas y gruesas.  Las líneas marcadas por las nubes en la capa inferior conducen sugestivamente a un área  de color azul oscuro, una región relativamente clara y seca, similar al  sitio donde la  nave  Galileo ingresó en la atmósfera de Júpiter. Crédito: Proyecto Galileo , JPL , NASA, APOD (Astronomy Picture of the Day, 30 de Octubre de 1997).
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