Agencias/Ciudad de México.- Investigadores de la Universidad de Houston han descubierto un desequilibrio energético masivo en Saturno, desafiando los modelos climáticos existentes para los gigantes gaseosos del sistema solar.
Los hallazgos, que arrojan nueva luz sobre la ciencia planetaria, aparecen en la publicación científica Nature Communications.
“Esta es la primera vez que se ha observado un desequilibrio energético global a escala estacional en un gigante gaseoso”, dijo en un comunicado Liming Li, profesor de física en la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas. “Esto no solo nos da una nueva perspectiva sobre la formación y evolución de los planetas, sino que también cambia la forma en que debemos pensar sobre la ciencia planetaria y atmosférica”.
Utilizando datos de la misión de la sonda Cassini, Xinyue Wang, estudiante de doctorado en el Departamento de Ciencias de la Tierra y Atmosféricas, encontró un desequilibrio energético estacional significativo y previamente desconocido en Saturno.
“Cada planeta obtiene energía del sol en forma de radiación solar y pierde energía emitiendo radiación térmica”, dijo Wang. “Pero Saturno, al igual que los otros gigantes gaseosos, tiene otra entrada de energía en forma de calor interno profundo que afecta a su estructura térmica y clima”.
El desequilibrio se debe a la gran excentricidad orbital de Saturno, que varía en casi un 20% desde el afelio (el punto de la órbita más alejado del sol) hasta el perihelio (el punto de la órbita más cercano al sol), lo que da lugar a enormes variaciones estacionales en la energía solar absorbida. A diferencia de Saturno, la Tierra no experimenta un desequilibrio energético estacional significativo debido a su excentricidad orbital muy pequeña.
A groundbreaking discovery by researchers at the University of Houston has revealed a massive energy imbalance on Saturn, shedding new light on planetary science and evolution and challenging existing climate models for the solar system's gas giants. https://t.co/o1TpQHPSOZ
— UH Media Relations (@UH_News) June 18, 2024
La asimetría hemisférica del brillo de Saturno no necesariamente sugiere la asimetría hemisférica de la reflectancia y el albedo de Bond. La reflectancia y el albedo de enlace están determinados principalmente por la relación entre la radiación solar incidente y la radiación solar reflejada. Si bien la radiación solar incidente y la radiación solar reflejada (es decir, el brillo) pueden variar entre hemisferios, es posible que la relación entre ellas permanezca constante de un hemisferio a otro. Aquí examinamos posibles diferencias en la reflectancia de Saturno y, por tanto, en el albedo de Bond entre los dos hemisferios.
“La Tierra tiene un presupuesto energético medible, pero está determinado principalmente por la energía solar absorbida y la energía térmica emitida”, dijo el profesor de ciencias atmosféricas Xun Jiang. “El calor interno de la Tierra es insignificante y sus estaciones duran solo unos pocos meses en comparación con las estaciones que duran varios años en Saturno”.
Los datos también sugieren que el presupuesto energético desequilibrado de Saturno juega un papel clave en el desarrollo de tormentas gigantes, que son un fenómeno meteorológico dominante en el sistema atmosférico del planeta. Estos datos también pueden proporcionar cierta información sobre el clima en la Tierra.
“Hasta donde sabemos, el papel del presupuesto energético en el desarrollo de tormentas húmedas y convectivas en la Tierra no ha sido completamente examinado, por lo que planeamos investigar eso también para ver si hay una conexión”, dijo Wang.
La misión Cassini, un ambicioso esfuerzo de colaboración entre la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Italiana, se lanzó en 1997 y exploró Saturno y sus anillos y lunas durante casi 20 años. El profesor Li fue elegido como científico participante para monitorear tres instrumentos a bordo que observaron el presupuesto de energía radiante de Saturno.
Las estimaciones anteriores probablemente funcionan para estas potencias emitidas extrapoladas en momentos cercanos a la época de Cassini (2004 y 2018, respectivamente), pero pueden subestimar las incertidumbres para las potencias emitidas extrapoladas en momentos muy lejanos a la época de Cassini. Aquí utilizamos la desviación estándar de las potencias emitidas medidas durante la época de Cassini, que es mucho mayor que las incertidumbres mencionadas anteriormente, como límite superior de las incertidumbres para la potencia emitida extrapolada. Dada su distancia de la época de Cassini, se espera que los años inicial y final de todo el período orbital (1995 y 2025, respectivamente) tengan la mayor incertidumbre, correspondiente a la desviación estándar durante la época de Cassini. Posteriormente, interpolamos linealmente la incertidumbre de la potencia emitida al comienzo de la época de Cassini (2005) y la mayor incertidumbre en el año inicial de todo el período orbital (1995) para obtener las incertidumbres de la potencia vaciada extrapolada de 1995 a 2004. Asimismo, interpolamos linealmente la incertidumbre de la potencia emitida al final de la época de Cassini (2017) y las mayores incertidumbres en el último año de todo el período orbital (2025) para obtener las incertidumbres de la potencia vaciada extrapolada de 2018 a 2025.
“En los modelos y teorías actuales de la atmósfera, el clima y la evolución de los gigantes gaseosos, se supone que el presupuesto energético global está equilibrado”, dijo Wang. “Pero creemos que nuestro descubrimiento de este desequilibrio energético estacional requiere una reevaluación de esos modelos y teorías”.
El equipo de Li tiene ahora la mira puesta en los demás gigantes gaseosos, incluido Urano, donde está prevista una misión insignia de exploración en la próxima década.
“Nuestros datos sugieren que estos planetas también tendrán desequilibrios energéticos significativos, especialmente Urano, que predecimos que tendrá el desequilibrio más fuerte debido a su excentricidad orbital y su altísima oblicuidad”, dijo Wang. “Lo que estamos investigando ahora identificará limitaciones en las observaciones actuales y formulará hipótesis comprobables que beneficiarán a esa futura misión insignia”.
Especialmente, Urano es un planeta único en nuestro sistema solar debido a su gran excentricidad orbital y su muy alta oblicuidad, lo que probablemente resulta en el desequilibrio energético estacional más fuerte. Abordar este desequilibrio energético puede ayudar a conciliar una discrepancia a largo plazo en las estimaciones del calor interno de Urano entre las investigaciones observacionales y los estudios teóricos. Una misión emblemática a Urano, a la que se le dio la máxima prioridad en el reciente estudio decenal de ciencia planetaria y astrobiología, brindará la oportunidad de investigar el importante desequilibrio energético previsto y reexaminar el calor interno de este planeta. Además, muchos planetas gigantes extrasolares como HD 80606 b muestran altas excentricidades y existe la posibilidad de que algunos de ellos alberguen sistemas de anillos. Estos planetas también podrían sufrir fluctuaciones sustanciales en sus presupuestos energéticos globales. Es imperativo tener en cuenta este importante factor al desarrollar sus modelos evolutivos y climáticos, una sugerencia inspirada en nuestros hallazgos actuales de Saturno.
Sugiera que el albedo de Bond no varía entre hemisferios. Por lo tanto, el albedo global de Bond también se puede utilizar para calcular los promedios hemisféricos de potencia absorbida para la época de Cassini y todo el período orbital. Las variaciones estacionales de la potencia absorbida son mucho más fuertes en los promedios hemisféricos que en el promedio global. La irradiancia solar y la energía absorbida relacionada de los dos hemisferios tienen fases opuestas, lo que anula parcialmente las variaciones estacionales a escala global. Esto ayuda a explicar por qué la magnitud de las variaciones estacionales es menor en el análisis global que en el análisis hemisférico. Los promedios hemisféricos de la potencia absorbida se combinan con los promedios hemisféricos de la potencia emitida y el calor interno estimado del análisis global para determinar los presupuestos de energía de Saturno a escala hemisférica.
