Las tormentas polares perpetuas de Júpiter y Saturno son muy diferentes y al fin sabemos por qué

Para comprender los mecanismos físicos que generan los distintos vórtices en las regiones polares norte de ambos planetas, los investigadores desarrollaron un modelo 2D de la evolución de los vórtices en los gigantes gaseosos. Aunque los vórtices reales en las regiones polares norte de Júpiter y Saturno son tridimensionales, los investigadores consideraron que podían representarlos con precisión mediante un modelo 2D.

«En sistemas de rotación rápida, como Júpiter y Saturno, los movimientos de los fluidos tienden a alinearse a lo largo del eje de rotación«, explica Kang Wan-yin, profesora adjunta del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT y autora del artículo. Gracias al modelo 2D, el equipo logró reducir en cientos de veces el tiempo y el costo de las simulaciones necesarias para estudiar el problema.

El modelo 2D se basa en ecuaciones existentes que describen cómo los fluidos en remolino evolucionan a lo largo del tiempo. Estas ecuaciones se utilizan en diversos contextos, incluidos los modelos de ciclones en las latitudes medias de la Tierra.

Un mecanismo que ha surgido

Utilizando su modelo 2D de evolución de vórtices en gigantes gaseosos, los investigadores realizaron simulaciones bajo una variedad de escenarios, variando parámetros como el tamaño del planeta, la velocidad de rotación, el calentamiento interno y la rigidez del fluido en rotación.

Descubrieron que, dependiendo del escenario, podían formarse distintos patrones de vórtices en las regiones polares: en algunos casos, un único vórtice gigante, como en Saturno; en otros, múltiples vórtices más pequeños, como en Júpiter. En total, identificaron cuatro patrones posibles de aparición de vórtices.

Al analizar cómo la combinación de parámetros y variables de cada escenario se correlacionaba con el resultado final, los investigadores encontraron un mecanismo clave que determina si se forma un vórtice polar gigante o varios más pequeños: la rigidez de la base del vórtice.

Cuando la atmósfera en la base de un vórtice es ligera, flexible y de baja densidad, este no crece demasiado, lo que permite la coexistencia de múltiples vórtices pequeños en las regiones polares, como ocurre en Júpiter. Por el contrario, cuando la atmósfera en la base es densa, pesada y rígida, el vórtice crece, absorbe otros vórtices y forma un único vórtice gigante a escala planetaria, como en Saturno. El equipo compara estos vórtices con cilindros giratorios que atraviesan las múltiples capas atmosféricas de un planeta gaseoso gigante.

Animación basada en una simulación que utiliza un modelo 2D desarrollado por el equipo de investigación. A la izquierda, el fondo del vórtice es blando, lo que da lugar a la coexistencia de varios vórtices. A la derecha, el fondo del vórtice es duro y sólo queda un vórtice.