La verdadera historia de la Gran Mancha Roja de Júpiter

Es muy probable que la Gran Mancha Roja de Júpiter sea más joven de lo creído y que en realidad hayan existido dos Grandes Manchas Rojas en vez de una sola. Así se ha determinado en un nuevo y llamativo estudio.

La investigación la han llevado a cabo expertos de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), la Universidad Politécnica de Cataluña – BarcelonaTech (UPC) y el Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación (CNS-BSC) en España.

Los autores del estudio han analizado las observaciones históricas desde el siglo XVII y ha desarrollado modelos numéricos para explicar la longevidad y naturaleza de este impresionante fenómeno meteorológico en la atmósfera del planeta gigante gaseoso.

La Gran Mancha Roja de Júpiter (conocida también como GRS por sus siglas en inglés de Great Red Spot), es probablemente la estructura atmosférica más conocida, un icono popular entre los objetos del sistema solar. Su gran tamaño (actualmente tiene el diámetro de la Tierra) y el contraste de su color rojizo frente a las nubes pálidas del planeta, hace que sea un objeto fácilmente visible incluso con pequeños telescopios.

La Mancha Roja de Júpiter es un enorme remolino anticiclónico por cuya periferia los vientos circulan a 450 km/h. Es el vórtice más grande y longevo de todos los existentes en las atmósferas de los planetas del sistema solar, pero su edad es objeto de debate y el mecanismo que dio origen a su formación, permanece oculto.

Las elucubraciones sobre el origen de la Gran Mancha Roja se remontan a las primeras observaciones telescópicas del astrónomo Giovanni Domenico Cassini, quien en 1665 descubrió un óvalo oscuro en la misma latitud que la Gran Mancha Roja y lo bautizó como “Mancha Permanente” (PS de sus siglas en inglés), ya que fue observada por él y por otros astrónomos hasta 1713. Posteriormente se perdió su rastro durante 118 años y no es hasta 1831 y en años posteriores cuando S. Schwabe observa de nuevo una estructura clara, de forma aproximadamente ovalada y en la misma latitud que la Gran Mancha Roja, que puede considerarse como la primera observación de la mancha actual, quizás cuando aún estaba en su etapa naciente. Desde entonces, la mancha se ha venido observando regularmente con telescopios y por las diferentes misiones espaciales que han visitado el planeta, hasta nuestros días.

En el nuevo estudio, los autores han analizado, por una parte, la evolución del tamaño de la mancha a lo largo del tiempo, su estructura y los movimientos de ambas formaciones meteorológicas, la antigua Mancha Permanente y la Gran Mancha Roja moderna; para ello han acudido a fuentes históricas que se remontan a mediados del siglo XVII, poco después de la invención del telescopio. “De las medidas de tamaños y movimientos deducimos que es altamente improbable que la actual Gran Mancha Roja fuese la Mancha Permanente observada por G. D. Cassini. Probablemente la Mancha Permanente desapareció en algún momento entre mediados de los siglos XVIII y XIX, en cuyo caso podemos decir que la Mancha Roja tiene al menos, por ahora, una longevidad de más de 190 años” explica Agustín Sánchez Lavega, catedrático de física de la UPV/EHU que ha liderado esta investigación. Aunque es una edad grande, resulta bastante inferior a la que se le atribuía anteriormente, del orden de 350 años.

La Mancha Roja, que en 1879 tenía un tamaño de 39.000 kilómetros en su eje más largo, ha ido contrayéndose a la vez que se ha redondeado, hasta alcanzar actualmente unos 14.000 kilómetros.

Por otra parte, desde la década de 1970, diferentes misiones espaciales han estudiado de cerca este fenómeno meteorológico. Recientemente, “diferentes instrumentos a bordo de la sonda espacial Juno en órbita alrededor de Júpiter han mostrado que la Gran Mancha Roja es poco profunda y delgada cuando se compara con su tamaño horizontal, pues verticalmente se extiende unos 500 kilómetros”, explica Sánchez Lavega.

Cambios en el tamaño de la Gran Mancha Roja de Júpiter en 134 años. Izquierda: fotografía obtenida el 14 de octubre de 1890 en el Observatorio de Lick (Estados Unidos), ligeramente coloreada para destacar al óvalo. Derecha: imagen obtenida con el telescopio espacial Hubble el 5 de enero de 2024. (Créditos: BDIP-Observatoire de París (izquierda), HST / NASA / ESA / OPAL program (derecha))

Con el fin de averiguar cómo pudo formarse este inmenso torbellino, los equipos de la UPV/EHU y de la UPC han realizado simulaciones numéricas en superordenadores españoles como el MareNostrum IV del BSC, integrado en la Red Española de Supercomputación (RES), mediante dos tipos de modelos complementarios del comportamiento de vórtices delgados en la atmósfera de Júpiter. En el planeta gigante, dominan intensas corrientes de vientos que fluyen a lo largo de los paralelos alternando en su dirección con la latitud. Al norte de la Gran Mancha Roja, los vientos soplan hacia el oeste con velocidades de 180 kilómetros por hora mientras que por el sur, lo hacen en sentido contrario, hacia el este, con velocidades de 150 kilómetros por hora. Esto genera una enorme cizalla de norte a sur en la velocidad del viento, que es un ingrediente básico para que crezca el vórtice en su seno.

En la investigación han explorado diferentes mecanismos para explicar la génesis de la Gran Mancha Roja, entre ellos la erupción de una gigantesca supertormenta, semejante a las que muy rara vez se observan en el planeta “gemelo” Saturno, o bien la fusión de múltiples vórtices más pequeños engendrados por la cizalla del viento. Los resultados indican que, si bien en ambos casos se forma un anticiclón, este difiere en su forma y propiedades dinámicas de los de la actual Gran Mancha Roja. “Además pensamos que de haberse producido uno de tales inusuales fenómenos, seguramente él o sus consecuencias en la atmósfera, habrían sido observadas y reportadas por los astrónomos de la época”, señala Sánchez Lavega.

En un tercer grupo de experimentos numéricos, el equipo de investigación ha explorado la generación de la Gran Mancha Roja a partir de una conocida inestabilidad en los vientos que, en opinión de los investigadores, es capaz de engendrar una célula alargada que los encierra y atrapa. Dicha célula sería una “proto Gran Mancha Roja”, una Mancha Roja naciente, cuyo posterior encogimiento daría lugar a la Gran Mancha Roja compacta y rápidamente rotante que se observa a finales del siglo XIX. La formación de grandes células alargadas ya se ha observado en la génesis de otros vórtices importantes en Júpiter. “En nuestras simulaciones, gracias al uso de superordenadores, hemos encontrado que las células alargadas son estables cuando rotan por su periferia con la velocidad de los vientos de Júpiter, tal y como se esperaría cuando se forman por dicha inestabilidad” declara Enrique García-Melendo, investigador del Departamento de Física de la UPC. Utilizando dos tipos diferentes de modelos numéricos, uno en la UPV/EHU y el otro en la UPC, los investigadores concluyen que si la velocidad de rotación de la proto Gran Mancha Roja es menor que la de los vientos circundantes, esta se fragmenta, haciendo imposible la formación de un vórtice estable. Y, si es muy alta, sus propiedades difieren de las de la actual Gran Mancha Roja.

Las futuras investigaciones estarán encaminadas a intentar reproducir el encogimiento de la Gran Mancha Roja en el tiempo para conocer con más detalle los mecanismos físicos que subyacen a su sostenimiento en el tiempo. A la vez que intentarán pronosticar si la Gran Mancha Roja se desintegrará y desaparecerá al alcanzar un tamaño límite, como pudo pasarle a la Mancha Permanente de Cassini, o bien si se estabilizará en un tamaño límite en el cual pueda perdurar durante muchos más años.

El estudio se titula “The origin of Jupiter’s Great Red Spot”. Y se ha publicado en la revista académica Geophysical Research Letters, de la AGU (American Geophysical Union). (Fuente: UPV/EHU)