Han pasado ya dos años largos desde que en el verano de 2016 la sonda Juno alcanzara su objetivo en el gigante multicolor, tan desconocido como temible, el primer planeta cronológico y por tamaño del Sistema Solar. Sus avances nos han dibujado un mundo rocambolesco del que apenas hemos rasgado la superficie. Una proeza tecnológica para la pieza esencial del baile planetario que nos beneficia.

IMÁGENES: NASA / Caltech / JPL

Aún no ha terminado la misión pero ya es un éxito absoluto. Tanto por su efectividad como por los continuos avances que consigue en el conocimiento sobre Júpiter. Para los lectores que no hayan seguido el ritmo de esta misión que dura ya casi una década y muchos más de planificación, aquí va un resumen cronológico: primero, Juno fue lanzada al espacio el 5 de agosto de 2011, y se mantuvo en maniobras para alcanzar velocidad de vuelo los dos años siguientes. En ese tiempo se mantuvo en órbita para ganar impulso utilizando la gravedad de la Tierra, un viejo truco que podríamos resumir en un “efecto catapulta” mezclado con un tirachinas. Lleva su tiempo y permite ahorrar combustible y ganar suficiente velocidad. Para quien quiera una imagen puede ver ‘2010 Odisea dos’ (1984), donde la nave utiliza irónicamente a Júpiter como generadora de velocidad para regresar a la Tierra. Segundo, Juno llegó a la órbita de Júpiter el 4 de julio de 2016, donde ha cambiado sus trayectorias para hacer diferentes pasadas de vuelo alrededor del planeta y de sus lunas, cruzándose con ellas, tomando datos y fotografías que permiten explorar a fondo este mundo. Su final será en julio de 2021, después de 36 sobrevuelos orbitales, si bien es muy factible que continúe enviando información hasta que se lance, como Cassini con Saturno, sobre la atmósfera del planeta para un último servicio suicida. Enviará información hasta el último instante.

Juno es uno de los mayores éxitos de la NASA en investigación aeroespacial y astronómica de los últimos años, a la altura de la Sonda Dawn que estudio Plutón y Caronte, de la sonda Cassini en su relación con Saturno (coronada con su suicidio útil sobre la atmósfera). O del largo servicio de los robots Curiosity y Opportunity en Marte. Una proeza por su lejanía, su complejidad y sobre todo por las condiciones en las que este prodigio tecnológico debe trabajar: Júpiter es una trituradora espacial capaz de romper algunas de sus lunas desde dentro por su fortísima gravedad, y su campo magnético es tan fuerte que literalmente convierte en chatarra cualquier máquina que entre en él. Pero Juno fue diseñada para aguantar lo que reduciría a una bola estrujada de metales deformados cualquier otro ingenio humano. Dentro de ese campo la nave lo pasa muy mal: literalmente los electrones atrapados en ese campo, acelerados por la presión, se comportan como balas de francotirador, por lo que la vida de la nave correría peligro si no se hubiera diseñado una recubierta de titanio que ejerce de chaleco antibalas. Junto también estudiará en profundidad ese campo magnético.

Parte del mérito parte de esas circunstancias, contra las que no tuvieron que enfrentarse otras misiones. Para que el lector se haga una idea de la complejidad de la misión, en sus primeros envíos Juno necesitó un día y medio para enviar 6 megas de información a la Tierra. Pero ha servido para mucho. Hoy conocemos mucho mejor Júpiter, comprendemos su atmósfera, su campo magnético, incluso su composición. Y su papel en el Sistema Solar. De hecho la teoría establecida es que en los primeros ciclos del sistema ejerció de destructor: literalmente no había empezado a bailar y habría engullido, expulsado o destruido los primeros planetas formados. Muy probablemente fue el culpable de que el Cinturón de Asteroides exista como tal y no sea un planeta. Es un elemento esencial del equilibrio orbital del sistema, una pieza que mantiene en vilo los malabares con los que juega el Sol. A pesar de ser de los primeros en ser descubiertos después del mundo antiguo, es un gran desconocido que Juno ha desvelado parcialmente desde 2016, cuando empezó sus primeras órbitas. En realidad la sonda ha demostrado que casi todas las teorías sobre Júpiter estaban equivocadas. En un plazo de tiempo muy corto (menos de dos años) ha puesto patas arriba casi todo lo concebido.

Y las sorpresas tardaron poco: en julio empezaba su trabajo, y ya en septiembre se publicaban imágenes y los primeros estudios sobre el polo norte, totalmente diferente a lo que se pensaba. Las imágenes que captó Juno demuestran que hay complejos sistemas tormentosos distintos a los previstos u observados en misiones anteriores. Son totalmente nuevos respecto al resto de fenómenos atmosféricos detectados en otros planetas. La sonda pasó a una distancia casi suicida de Júpiter su desmesurado campo gravitatorio, 4.200 km de distancia por encima del eje polar jupiteriano. Las fotos muestran una zona polar de un fuerte tono azulado y plagado de tormentas en un ciclo especialmente violento, y que demuestra que es totalmente diferente al ciclo longitudinal de latitudes medias del planeta y que le dan el tradicional aspecto de planeta a franjas que tiene Júpiter. Y en las imágenes, más en detalle, se aprecia que esas nubes tormentosas proyectan sombras sobre el resto de sistemas atmosféricos, por lo que deben estar a mayor altura que el resto de sistemas.

Junto con JunoCam tomando fotografías durante el sobrevuelo, los ocho instrumentos científicos de Juno recogieron datos. El Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM), fabricado por Italia, consiguió imágenes de los dos polos en longitud infrarroja. Y lo que encontró fue una aurora en el polo sur, brillante y estructurada, por lo que no es un fenómeno esporádico. Otro de los instrumentos de Juno, el WAVES, detectó la firma de emisión de las partículas energéticas jupiterianas, las más potentes de todo el Sistema Solar. Son además las que generan las mencionadas auroras, y “sólo” queda averiguar su origen concreto para conocer mejor el comportamiento del planeta.

Serie fotográfica del polo norte de Júpiter

Otra historia que se cayó fue el núcleo: hasta 2016 la teoría con más aceptación era que Júpiter tenía un núcleo pequeño y rocoso rodeado de un gran mar de hidrógeno a tanta presión que se mantenía en un estado “metálico”. Los datos de gravimetría (medición de los campos gravitatorios y sus variaciones que explican lo que no vemos del interior) del instrumental de la nave han demostrado que el núcleo es mucho más grande y no es denso, sino difuso, es decir, que parte del mismo está en estado de disolución, como una pastilla efervescente en un vaso de agua. Sí existiría una parte sólida profunda y una capa superior donde el material se mezclaría con las nubes profundas de helio y de hidrógeno en estado casi sólido,. Esa visión altera, y mucho, la idea que teníamos de su composición interna (ver despiece sobre Júpiter para la estructura clásica), y no es el único baño de realismo que se han llevado en la NASA.

El enorme campo magnético del planeta también es diferente a lo pensado: es el doble de grande lo que se creía y su principal impacto están en las auroras polares del gigante. Están, por decirlo de una manera coloquial, “sobrealimentadas” por una fuerza no prevista que las hace diferentes a todas las demás. Según una extrapolación física, deberían ser 30 veces más intensas y cargadas que las terrestres, pero en realidad con más de 100 veces sin que haya una explicación. También ha mostrado que buena parte de esa carga magnética se genera también desde las capas superficiales, no del interior. No sólo eso, Juno descubrió que cuando los polos pasan a zona nocturna por la rotación se atenúan hasta casi apagarse; las auroras del polo norte no se comportan igual que las del polo sur. Una imagen en infrarrojos de Juno muestra cómo se forma un vórtice magnético en el norte rodeado de un octógono casi perfecto de tormentas que se alimentan del mismo; en el sur, en cambio, es un pentágono, de una nitidez que impresiona.

Visión infrarroja del polo norte de Júpiter captada con cámaras de la sonda Juno; se aprecia el patrón dinámico octogonal casi perfecto, ocho tormentas encadenadas alrededor de un nudo central

La atmósfera tampoco es tan encorsetada como se pensaba. En realidad es un caos bien ordenado. Los cinturones tormentosos ecuatoriales, supra y subecuatoriales, son un remanso de paz comparado con los ciclones de casi 1.400 km de diámetro que deambulan por las zonas cercanas a los polos. Juno ha detectado además “pozos” de amoníaco (acumulaciones en altura) que forman tormentas mucho más grandes y profundas, invisibles a simple vista y que podrían dejar en simples vientos lo que se ve en superficie. Y una parte importante de la reformulación es la propia profundidad de las “bandas” o cinturones: son muy profundos, y Juno ha apuntado que podrían tener hasta 3.000 km de profundidad. Esto implicaría que mientras que en la Tierra la atmósfera obedece sobre todo a su interacción con la energía que recibe del Sol, en Júpiter sería muy distinto: desprende más calor del que recibe, lo que implicaría que su atmósfera se “gobierna” desde las profundidades.

Quizás habría que definir ese comportamiento como “cilindros” anillados que tienen una dinámica diferente en el hemisferio norte y en el hemisferio sur. En el primero son mucho más violentos y quizás se deba al comportamiento de las capas profundas. Es decir, que el núcleo es la clave: a esa profundidad de 3.000 km el planeta gira como si fuera una masa sólida y compacta intercalada por chorros líquidos de hidrógeno que se convierte en un conductor energético de alta potencia. Las conclusiones es que podría tratarse de una etapa concreta y luego el sistema será mucho más estable, o si realmente la atmósfera joviana es así, lo que desbarataría todo lo pensado hasta ahora. Sea como fuere, Juno hace progresos y tritura al mismo tiempo todas las ideas preconcebidas. En gran parte el método científico se basa en eso: desarrollas hipótesis a partir de los datos que tienes, elaboras teorías y las contrastas con nuevos datos experimentales y empíricos. Juno ha demostrado que teníamos muy pocos datos, confusos, y que hay que reconstruir lo que sabemos. Nuevas hipótesis para nuevas teorías para el gigante.

Puede parecer un cuadro al óleo, pero es una imagen real, en detalle, de la atmósfera de Júpiter a distancia corta captada por Juno

Júpiter, el gigante que no es lo que parece

Primer dato: Júpiter es un monstruo confuso y engañoso cuya antigüedad es incluso previa al propio Sol, ya que se sospecha que pudo formarse incluso antes de que nuestra estrella “se encendiera” al iniciarse las reacciones de fusión nuclear internas. Tiene un diámetro de 143.000 km (frente a los 12.742 km de la Tierra), un volumen 1.317 veces más grande que nuestro planeta pero es mucho menos denso, con una masa 318 veces mayor; se mantiene a 5 ua (750 millones de km) del Sol y gira sobre su eje cada diez horas. Es el triple de grande que Saturno y casi triplica la masa de todos los demás planetas juntos. Segundo dato: su campo magnético es la estructura más grande del Sistema Solar (tiene un frente que alcanza los 26 millones de km), y si fuera visible, tendría el tamaño de la Luna a ojos de un humano desde la superficie terrestre. Tercer dato: para que los lectores se hagan a una idea, la atmósfera joviana tiene una profundidad superior a los 600 km (la terrestre tiene un máximo de 50 km) y alcanza las 1.000 atmósferas de presión (en la Tierra hay 1…). Y gran parte de ella está compuesta de hidrógeno, helio, agua y amoníaco.

Cuarto dato: su masa es 2,48 veces la misma que la de todos los demás planetas del sistema juntos. Es tan masivo, que apenas ha perdido el calor generado durante su formación. Sus características físicas hacen sospechar que en realidad es una “estrella fracasada” que no alcanzó suficiente masa y fuerza gravitatoria como para hacer el efecto masa-tamaño: reducir volumen por contracción gravitatoria mientras aumenta su masa, lo que podría desencadenar la “ignición” del motor nuclear masivo que tiene toda estrella. Pero es sólo una teoría. La realidad es que Júpiter “baila” un metafórico tango agarrado con el Sol que permite que el Sistema Solar esté equilibrado (de hecho contribuye a que la Tierra se situé en la zona habitable porque tira de ella y el Sol también) y que tiene su propio corifeo de lunas (79 conocidas, por ahora). La teoría clásica postula que posee un núcleo rocoso mucho más pequeño (a unos 15.000 km de profundidad) rodeado de varios cientos de km de hidrógeno metálico por la compresión gravitatoria, envuelto a su vez en otra capa de helio y neón en estado semilíquido, otra más grande de hidrógeno líquido y finalmente otra mezcla de gases de hidrógeno con vapor de agua y amoníaco.

Las herramientas de Juno

Las ventajas de Juno vienen tanto por el tipo de construcción de la sonda, preparada para aguantar la intensa radiación solar y cósmica recibida durante el viaje de varios años hasta Júpiter, como al campo magnético del planeta, que provoca a su vez una altísima concentración de radiación cósmica en unos “cinturones” ecuatoriales que mueven las partículas a velocidades cercanas a la luz, como de su instrumental. Resumimos brevemente las armas de Juno. Radiómetro de microondas MWR, compuesto por seis antenas en dos lados de la sonda, diseñado para atravesar la espesa atmósfera joviana y “ver” más allá de lo evidente, saber su profundidad, su composición, escalas térmicas y detectar agua y amoníaco. El JIRAM, un espectrómetro para estudiar las capas superiores del planeta para detectar la capa inferior de nubes de agua y la presencia de metano que se esconde debajo del pastel multicolor que todos conocemos. El MAG, un magnetómetro en el extremo de la sonda para mapear el campo magnético de Júpiter, y sus ayudantes, el MGF y el ASC, que compensarán la nave para que pueda operar.

El GS, que medirá el campo gravitatorio y cómo se organiza la composición interna del planeta, que permitirá también conocer mejor el escondido y misterioso núcleo del planeta. El JADE, un detector de partículas energéticas que permitirá medir la velocidad de iones y electrones de baja intensidad de la aurora joviana, y el JEDI, su gemelo para las partículas de alta intensidad. El sistema Waves, dos antenas que conforman un sensor de ondas de radio y ondas en plasma. El UVS, que registra la longitud de onda, posición y tiempo que tardan en llegar los fotones ultravioleta en cada pasada de la sonda, pensada para poder “medir” a una escala única el propio planeta y el comportamiento de la luz respecto al mismo. Y finalmente el ojo artificial con el que hemos podido ilustrar este reportaje, la JunoCam, un telescopio-cámara de luz visible que tiene vida efímera: sólo soportará siete órbitas porque la radiación y el magnetismo la dañarán irremisiblemente. Pero mientras dure, nos va a abrir los ojos.

Montaje de la sonda Juno en los meses previos al lanzamiento

Diagrama de cómo podría ser la estructura interna de Júpiter

Grupo de cúmulos nubosos en la atmósfera del planeta