Ciències atmosfèriques: La Gran Taca Vermella de Júpiter és el vòrtex atmosfèric més gran del Sistema Solar. La qüestió de la seva antiguitat és tema de debat. Els astrònoms l’estudien des del 1879, i en aquella època establiren el 1831 com la data de la primera observació. Sembla que la gran taca identificada per Robert Hooke el maig del 1664 hauria estat un altre vòrtex, que potser s’hauria dissipat després del 1713. Però si no sabem exactament quina és l’antiguitat de la Gran Taca Vermella, també és matèria de debat quina és la seva fondària. Els investigadors de la missió de la NASA Juno, en òrbita de Júpiter des de juliol del 2016, en un article a Science consideren que la Gran Taca abastaria l’atmosfera superior de Júpiter, amb un gruix inferior als 500 km, una xifra relativament petita si la comparem amb la seva amplada de 16.350 km. Per fer aquesta estimació, Marzia Parisi et al. han examinat les dades camp gravitatori de Júpiter en la Gran Taca Vermella acumulades en 12 aproximacions de Juno al planeta, i en especial les dues aproximacions a aquesta estructura. La Gran Taca Vermella provoca anomalies localitzades de densitat que provocaren un desplaçament en la velocitat de Juno.
Geometria de les observacions gravitatòries de Juno. El fons de la imatge fou processat per Kevin M. Gill en el marc del projecte de ciència ciutadana de la JunoCam, mentre que Nimrod Gavriel ajudà en el disseny gràfic.
La tempesta anticiclònica més gran del Sistema Solar
Marzia Parisi, investigadora del NASA Jet Propulsion Laboratory, dirigí l’anàlisi de dades i la interpretació de les dades gravitatòries. Parisi, juntament amb Yohai Kaspi i Eli Galanti (de l’Institut Weizmann de Ciència, d’Israel) i Eli Galanti redactaren l’esborrany de l’article. Kaspi havia proposat el concepte d’aquest estudi i ajudat en la interpretació dels resultats. Galanti realitzà l’anàlisi de vent termal. Galanti i Daniele Durante realitzaren els càlculs Slepian. Dustin R. Buccino, William M. Folkner i Kamal Oudrhiri ajudaren en la recol·lecció, processament i anàlisi de dades. Leigh N. Fletcher, Tristan Guillot, Ravit Helled, Luciano Iess i Cheng Li ajudaren en la interpretació de resultats. Michael H. Wong aportà les observacions del Telescopi Hubble i determinà el perfil de velocitat de la Gran Taca Vermella.
La recerca duta a terme en el Jet Propulsion Laboratory, on treballen Parisi, Stephen M. Levin, Buccino, Folkner i Oudrhri, es féu sota contracte de la NASA. La realitzada en l’Institut Weizmann (per Kaspi i Galanti) comptà amb el suport de l’Agència Espacial d’Israel i del Centre Helen Kimmel. Altres fonts de finançament provingueren de l’Agència Italiana de l’Espai, del Centre National d’Etudes Spatiales i de programes europeus.
Els autors tenen paraules d’agraïment per a David J. Stevenson, Andrew P. Ingersol, i pels grups de treball d’interiors i d’atmosfera de la Juno.
La Gran Taca Vermella és una tempesta anticiclònica de Júpiter, que en la dimensió més llarga, en sentit est-oest, fa 16.000 km, la qual cosa la converteix en el vòrtex més gran del Sistema Solar. Però també es caracteritza per la seva persistència, que observacions astronòmiques de la Terra constaten des de fa 190 anys com a mínim. Hom ha atribuït la seva persistència a un arrelament comparable al de les bandes latitudinals que marquen l’aspecte del planeta, però també alternativament podria tractar-se d’un sistema menys profund. Com que la gravimetria respon a pertorbacions de densitat del planeta, es poden fer servir les mesures preses des de sondes orbitals per estudiar les capes més profundes i invisibles de l’atmosfera.
Les dades més valuoses són les obtingudes per la sonda Juno el febrer i el juliol del 2019, quan en totes dues ocasions la nau sobrevolà la Gran Taca Vermella a altituds inferiors als 20.000 km. Aquestes i altres aproximacions serviren per mesurar el camp gravitacional local. Les dades del radiòmetre de microones (MWR) indicarien que la Gran Taca Vermella s’estén en l’interior atmosfèric fins al nivell on la pressió atmosfèrica puja a 10 MPa. Això va més enllà del límit dels núvols, que és d’una pressió atmosfèrica de 70 kPa.
Les mesures de gravetat de la Juno ja havien mostrat prèviament que el camp gravitatori de Júpiter és hemisfèricament asimètric com a resultat de l’acció dels potents vents zonals. Aquests corrents arriben a fondàries de 3.000 km.
Determinar el camp gravitatori de Júpiter dependent de la longitud podria ajudar a determinar la fondària de la Gran Taca Vermella. Però les dades gravitatòries també podrien ser tractades per un mètode slepià, és a dir definint-ne les funcions com a combinacions lineals d’harmònics esfèrics.
Les observacions de la Juno
L’òrbita de la Juno és quasi-polar i altament excèntrica. Cada 53 dies es produeix un perijovi, en el decurs de la qual la nau passa a 3.500 km per damunt del cim dels núvols del planeta gasós. Llavors, durant un parell d’hores, la Juno creua de nord a sud les diferents bandes horitzontals característiques del planeta. A cada òrbita, hi ha un desplaçament d’1° del latitud del perijovi. La Gran Taca Vermella se situa a una latitud de 20°S, i Parisi et al. l’analitzen a través dels perijovis 1, 3, 6, 8, 10, 11, 14, 15, 17, 18 i 21. La Deep Space Network de la NASA obtenia mesures Doppler de la Juno en la banda de raigs X de 8 GHz i 32 GHz.
Parisi et al. combinen les mesures gravitatòries de Juno amb un filtre multiarc de quadrats mínims. El temps d’integració que hi apliquen és de 30 segons.
En els perijovis 18 i 21, la Juno s’acostà força a la Gran Taca Vermella. Eliminant l’efecte zonal sobre el camp gravitatori, es constaten senyals no-negligibles que podrien atribuir-se en part a l’acció de la Gran Taca Vermella:
Els residus del perijovi 18 mostren desviacions del valor mitjà uns 10 minuts abans de l’aproximació màxima a la superfície dels núvols, quan la Juno creuava la latitud de 30°N. Com que llavors la Juno era a uns 100.000 km de la Gran Taca Vermella, Parisi et al. assumeixen que aquestes fluctuacions no es relacionarien amb la Gran Taca Vermella.
Seria diferent amb el perijovi 21. S’hi detectat un desplaçament de l’ordre de 5 μm·s-1 que duraria 1,5 hores després de l’aproximació màxima. Aquest desplaçament es correspondria al pas per damunt d’una concentració de massa associada a la Gran Taca Vermella.
Les dades gravitatòries de la Juno es poden combinar amb les observacions astronòmiques de la morfologia de la Gran Taca Vermella, que en les darreres dècades ha tendit a una reducció en la dimensió longitudinal i a fer-se menys ovalada. A més, el programa d’observació del Telescopi Hubble ofereix dades òptiques de les quals derivar les velocitats de vents horitzontals de la Gran Taca Vermella, que en l’anell de major velocitat arribaven a 106±11 m·s-1 durant el perijovi 21.
Gràfics de gravetat i densitat de la Gran Taca Vermella en relació a la profunditat, latitud i longitud.
Segons Parisi et al., la Gran Taca Vermella seria un objecte molt més somer que les bandes zonals o, dit d’una altra manera, suraria damunt d’elles. Aquestes bandes zonals tenen fondàries de 3000 km. De tota manera, la Gran Taca Vermella no es limita a la capa superficial de l’atmosfera, i s’enfonsa més enllà del límit de condensació de l’aigua (a uns 80 km de fondària). Júpiter té un radi de 71.492 km, de manera que si el gruix de la Gran Taca Vermella fos de 360 km, això no suposaria més que un 0,5% de fondària. Alhora la relació entre l’àrea de la Gran Taca Vermella és la seva fondària és de 1/200: és un vòrtex molt més pla que els ciclons i anticiclons de la Terra, on aquest quocient va de 1/100 a 1/20. La dinàmica atmosfèrica de Júpiter, és clar, és força diferent a la de la Terra. La fina troposfera del nostre planeta contrasta amb les enormes dimensions de l’atmosfera joviana.
Lligams:
- The depth of Jupiter’s Great Red Spot constrained by Juno gravity overflights. Marzia Parisi, Yohai Kaspi, Eli Galanti, Daniele Durante, Scott J. Bolton, Steven M. Levin, Dustin R. Buccino, Leigh N. Fletcher, William M. Folkner, Tristan Guillot, Ravit Helled, Luciano Iess, Kamal Oudrhiriand, Michael H. Wong. Science (2021)
- Pàgina web de la Missió Juno a la web de la NASA.
- Dades gravitatòries de Juno al NASA Planetary Data System.
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada