Júpiter es un mundo fascinante. Al igual que Saturno, Urano y Neptuno, carece de una superficie sólida, pero, a cambio, su atmósfera presenta numerosos fenómenos que no tienen igual en la Tierra. Y muchos de ellos solo estamos empezando a comprenderlos ahora, en gran parte gracias a la sonda Juno que en estos momentos orbita el gigante joviano. Precisamente, Juno acaba de resolver un misterio que, paradójicamente, descubrió la propia sonda hace unos años cuando comenzó su exploración de Júpiter, un misterio que puede resumirse en la siguiente frase: «¿de qué están hechas las nubes de Júpiter?». Todos hemos visto las espectaculares e hipnóticas imágenes de los remolinos que forman las nubes de Júpiter, pero, ¿qué es lo que estamos viendo exactamente?

A partir de la visita de las sondas Pioneer y Voyager en los años 70, se impuso el modelo de tres capas para explicar las estructuras nubosas jovianas. De acuerdo con este modelo, la atmósfera de Júpiter está dominada por una capa superior de nubes blancas de amoniaco. Justo debajo encontramos una segunda capa de nubes marrones de hidrosulfuro de amonio (NH₄SH) y, debajo de ella, otra capa de nubes blancas, pero, estas sí, hechas de gotitas de agua como las que todos conocemos. Otras zonas, como la famosa Gran Mancha Roja, deben su color rojizo a las sustancias orgánicas derivadas de la acción de la luz ultravioleta sobre el amoniaco y el acetileno. Cuando Juno llegó a Júpiter pudo ver las nubes de Júpiter con un detalle sin precedentes y, por primera vez, vimos claramente la estructura vertical creada por altas nubes que parecían ser similares a los cumulonimbus terrestres. Pero, ¿eran nubes de amoniaco o nubes de agua que surgían de las profundidades debido a potentes corrientes de convección?

Afortunadamente, uno de los objetivos de Juno es precisamente medir desde la órbita la abundancia de compuestos como el agua o el amoniaco. Por eso la sorpresa fue mayúscula cuando el instrumento MWR (Microwave Radiometer) prácticamente no detectó amoniaco en Júpiter. No solo a nivel «superficial», sino también en el interior. ¿Qué estaba pasando? ¿Acaso las nubes blancas superiores no eran de amoniaco? ¿Y que pasaba con todo el amoniaco que debía existir en el interior? Los modelos atmosféricos eran demasiado robustos para descartarlos, así que los investigadores propusieron que quizás existía una continua lluvia de amoniaco desde las nubes más altas que evitaba la acumulación de este compuesto en la alta atmósfera. Buena idea, pero esta hipótesis no explicaba la falta de amoniaco en las capas más internas, puesto que esta lluvia se evaporaría rápidamente por las temperaturas de las capas inferiores antes de llegar a mucha profundidad, ni tampoco explicaba del todo la ausencia de este compuesto en las capas altas. Otra teoría era que las nubes de agua podían subir por corrientes de convección hasta la capa de nubes de amoniaco y, una vez allí, generar una lluvia de agua-amoniaco. El concepto era interesante porque explicaba cómo podía desaparecer el amoniaco de las capas altas, pero tenía el mismo problema que la hipótesis anterior al no poder explicar la falta de amoniaco a mayores profundidades.

La solución al enigma ha venido de la mano de otro descubrimiento de Juno: los relámpagos superficiales. En los años 70 las sondas Voyager ya habían detectado los impulsos de radio procedentes de rayos y que luego serían confirmados por otras misiones. Pero se creía que solamente se producían en la capa formada por nubes de agua —entre 45 y 65 kilómetros por debajo de las nubes de amoniaco—, como en la Tierra. Sin embargo, Juno ha descubierto un segundo tipo de descargas eléctricas aparte de los rayos profundos que se producen en las nubes de agua. Estos rayos, detectados por la cámara SRU (Stellar Reference Unit), que sirve para conocer la orientación de la nave, se originan en las nubes más altas. Muy interesante, sin duda, pero el inconveniente es que las nubes de amoniaco no pueden generar estos rayos. ¿Cómo explicarlo?

Pues los investigadores de Juno han propuesto una teoría que logra reconciliar la falta de amoniaco de la atmósfera con los nuevos rayos a gran altitud. Según esta teoría, las nubes de agua pueden alcanzar, como se sospechaba, la capa de nubes de amoniaco por culpa de las corrientes de convección. A esta altura el agua está en forma de hielo, pero al mezclarse con el amoniaco puede estar en estado líquido hasta los -88 ºC. Como vimos, esta idea ya se había propuesto, sin éxito, para explicar la falta de amoniaco en Júpiter. La clave de la nueva hipótesis es que, en vez de formar una mezcla homogénea, en algunas zonas el agua crearía una «costra» de hielo alrededor de la mezcla de agua y amoniaco. Estas bolas de granizo de hielo de agua relleno de agua y amoniaco líquidos —apodadas mushballs en inglés— se precipitaría a gran profundidad antes de fundirse, explicando la ausencia de amoniaco en las capas más internas. Es decir, todo este tiempo la ausencia de amoniaco ha sido un espejismo. El amoniaco está presente en Júpiter, pero Juno no lo ha podido detectar al estar «escondido» dentro del hielo de agua.

Para crear este granizo, se precisa una mezcla formada en un 67% por agua y en un 33 % por amoniaco. Antes de formar el granizo, las gotas líquidas de la lluvia de agua y amoniaco chocarían en las capas más altas de la atmósfera con los cristales de hielo de agua que ascienden desde las profundidades, creando la carga electrostática necesaria para generar los nuevos rayos a gran altura detectados por Juno. Dos misterios aclarados de golpe. De paso, esta teoría nos aclara que las nubes altas individuales que vemos en las imágenes de Juno son, efectivamente, la parte superior de enormes nubes de tormenta hechas de agua que atraviesan la capa superior de nubes de amoniaco. Una vez más, Juno nos demuestra lo poco que sabemos del mayor planeta del sistema solar.

Referencias:

• https://www.nature.com/articles/s41586-020-2532-1