Júpiter (planeta): características, composición, órbita, movimiento
Júpiter es el mayor de los planetas del sistema solar y uno de los más brillantes en el cielo nocturno a lo largo del año, por eso lleva el nombre del rey de los dioses romanos. En la mitología romana, el dios Júpiter es el más grande de los dioses, equivalente al dios Zeus de la mitología griega.
Observando su órbita respecto al Sol, Júpiter es el quinto planeta del sistema solar y tiene al menos 79 satélites naturales. Su diámetro es 11 veces el diámetro terrestre y después del Sol, es el objeto mayor y más pesado del sistema solar.
La humanidad ha contemplado a Júpiter desde tiempos ancestrales, pero fue Galileo Galilei el primero en observar al planeta con el telescopio y descubrir cuatro de sus principales satélites en 1610.
Galileo observó las características bandas de Júpiter y los cuatro satélites galileanos cuyos nombres son Ío, Europa, Ganímedes y Calisto. Los hallazgos de Galileo cambiaron por completo las concepciones sobre el lugar de la Tierra y de la humanidad en el Universo, puesto que era la primera vez que se observaban cuerpos celestes girando alrededor de otro astro que no fuese nuestro planeta.
Sus observaciones apoyaron varias ideas revolucionarias para su tiempo: la primera fue que la Tierra no era el centro del universo y la segunda, y no menos importante, que fuera de ella había “otros mundos”, como denominó Galileo a los satélites de Júpiter.
Características generales de Júpiter
Tamaño y masa
Júpiter es el quinto planeta tomando en cuenta el radio orbital respecto del Sol. El cuarto planeta es Marte, pero entre ellos dos existe una frontera: el cinturón de asteroides.
Los planetas con órbita menor a la del cinturón de asteroides son rocosos, mientras que aquellos con una órbita mayor son gigantes gaseosos o helados. Júpiter es el primero de ellos y también el de mayor volumen y masa.
La masa de Júpiter, equivalente a 300 masas terrestres, es tan grande que duplica en valor a la suma de la masa de los restantes planetas del sistema solar. En cuanto a su volumen, es el equivalente al de 1300 Tierras.
Movimientos
Júpiter gira tan rápido en torno a su propio eje que da una vuelta completa en 9 horas con 50 minutos. Esto es 2,4 veces más rápido que la velocidad de rotación terrestre y ningún planeta del sistema solar la supera.
Su periodo orbital, es decir, el tiempo que tarda en dar una vuelta completa alrededor del Sol, es de 12 años.
Observación
A pesar de estar cinco veces más lejos del Sol que nuestro planeta, su gran tamaño y sus características nubes, hacen que la luz solar se refleje perfectamente sobre su superficie, razón por la cual es uno de los astros más brillantes en el cielo nocturno.
Cuando se lo observa con telescopio, se advierten solamente sus nubes más altas, las cuales tienen unas zonas estacionarias y otras en movimiento, formando un patrón de bandas a lo largo de su línea ecuatorial.
Las bandas más oscuras se denominan cinturones y las más claras zonas. Son relativamente estables, aunque van cambiando paulatinamente de forma y de color, circundando el planeta en direcciones opuestas.
Las nubes blancas son el resultado de corrientes ascendentes que se enfrían, formando cristales de amonio. Luego, esas corrientes se curvan hacia los lados para nuevamente descender, en los cinturones más oscuros.
Color rojizo, amarillo y marrón
La diversidad de colores rojizos, amarillentos y marrones que se ven en Júpiter son el resultado de las diferentes moléculas presentes en las nubes jovianas. Entre las bandas y los cinturones se forman gigantescas tormentas y vórtices, que se divisan como puntos o como manchas.
Estas tormentas son prácticamente permanentes y entre todas destaca la Gran Mancha Roja, observada por primera vez en el siglo XVII por Robert Hooke, notable físico contemporáneo y rival de Isaac Newton.
La Gran Mancha Roja tiene al menos 300 años, sin embargo las observaciones indican que su colosal tamaño, mayor que la Tierra, ha ido disminuyendo en las últimas décadas.
En cuanto a la atmósfera joviana, es bastante espesa. No se sabe con exactitud su profundidad, pero se estima en cientos de kilómetros.
Composición
La composición química de su atmósfera es muy similar al de una estrella: 80% hidrógeno, 17% helio y pequeñas proporciones de vapor de agua, metano y amoniaco.
La presión atmosférica aumenta con la profundidad, a tal punto que el gas hidrógeno se licúa, formando un océano de hidrógeno líquido, a una presión tan alta que se comporta como un metal. Esta sería la frontera inferior de la atmósfera joviana.
El océano de hidrógeno líquido metálico de Júpiter es más caliente que la superficie solar, del orden de los 10.000 ºC y bastante brillante.
Es muy probable que Júpiter tenga un núcleo muy denso compuesto por elementos metálicos pesados, pero se requieren más datos que corroboren esta afirmación.
Resumen de las características físicas de Júpiter
-Masa: 1,9 × 1027 kg
-Radio ecuatorial: 71492 km, equivalente a 11 veces el radio de la Tierra.
–Radio polar: 66854 km.
-Forma: achatado en los polos en un factor 0,065.
-Radio medio de la órbita: 7,78 x 108 km, equivalente a 5,2 U.A.
–Inclinación del eje de rotación: 3º12 respecto al plano orbital.
-Temperatura: -130ºC (nubes)
-Gravedad: 24,8 m/s2
-Campo magnético propio: Sí, 428 μT en el ecuador.
-Atmósfera: Atmósfera densa de hidrógeno y helio.
-Densidad: 1336 kg/m3
-Satélites: 79 conocidos.
-Anillos: Sí, tenues y compuestos de polvo.
Estructura de Júpiter
La capa más externa de Júpiter está conformada por nubes y tiene un espesor de 50 km. Bajo esta capa de nubes hay otra capa, fundamentalmente de hidrógeno y helio, con un espesor de 20.000 km.
La transición entre la fase gaseosa y la líquida es paulatina, a medida que la presión crece con la profundidad.
Por debajo de esta capa líquida y como resultado de presiones extremas, los electrones de los átomos de hidrógeno y helio se desligan de sus núcleos y pasan a ser electrones libres que se mueven en un mar de hidrógeno metálico líquido.
A mayor profundidad pudiese existir un núcleo sólido de 1,5 veces el diámetro terrestre, pero 30 veces más pesado que nuestro planeta. Y como se trata de un planeta conformado por gas y líquido, debido a su tremenda velocidad de rotación, el planeta adopta una forma achatada en sus polos.
Cuándo y cómo observar a Júpiter
Júpiter luce de color blanco brillante y es fácilmente observable en el crepúsculo. No debe confundirse con Venus, que también es muy luminoso.
A simple vista Júpiter brilla más en el cielo nocturno que Sirio, la estrella más luminosa y siempre está cerca de alguna constelación zodiacal, que puede variar según el año, en un entorno de 30 grados.
Con unos buenos binoculares con apoyo fijo o un pequeño telescopio, Júpiter aparece como un disco blanco con suaves bandas.
Los cuatro satélites galileanos son fácilmente visibles con un pequeño telescopio: Ganímedes, Io, Europa y Calisto. Las posiciones de los satélites varían de un día al siguiente, y en ocasiones solo se divisan tres, ya que alguno de ellos está por detrás o al frente del planeta.
Existen varias aplicaciones para móviles que permiten identificar y buscar los planetas y estrellas en el cielo. Entre ellos destaca Sky Maps por ser una de las primeras. De esta manera se ubica la posición de Júpiter en cualquier momento.
Movimiento de traslación
La órbita de Júpiter es elíptica y tiene su foco fuera del centro del Sol debido a su enorme masa. Tarda 11,86 años en recorrerla con velocidad de 13,07 km/s.
Ahora bien, siempre se afirma que los planetas giran en torno al centro del Sol, lo cual es bastante preciso para casi todos, salvo Júpiter.
Se debe a que Júpiter es tan masivo que el centro de giro, baricentro o centro de masas del sistema Sol-Júpiter se desplaza hacia Júpiter, quedando fuera del cuerpo solar.
De acuerdo a los cálculos, el baricentro del sistema Sol-Júpiter está a 1,07 veces el radio solar, es decir fuera del Sol.
El perihelio es la distancia menor entre la órbita de Júpiter y el foco de la elipse, ubicado en el baricentro del sistema Sol-Júpiter. Su valor es 816,62 millones de kilómetros.
Por el contrario, el afelio es la mayor distancia entre el foco y la órbita, que para el caso de Júpiter es de 740,52 millones de kilómetros.
La excentricidad de la órbita indica lo alejada que está de la forma circular. La órbita de Júpiter tiene una excentricidad de 0,048775 y se calcula dividiendo la distancia del centro de la elipse al foco por la longitud del semieje mayor de la elipse.
Movimiento de rotación
El periodo sideral de rotación de Júpiter en torno a su propio eje es de 9 horas 55 minutos y 27,3 segundos. El eje de giro tiene una inclinación de 3,13º respecto al eje de rotación orbital.
Para ser tan voluminoso, Júpiter posee el menor periodo de rotación de entre todos los planetas del sistema solar.
Satélites de Júpiter
Los planetas gigantes se caracterizan por tener un gran número de satélites o lunas. Hasta la fecha se han contabilizado 79 satélites de Júpiter, pero los más grandes y más conocidos son los cuatro satélites descubiertos por Galileo Galilei en 1610, que en orden de cercanía son:
-Ío, tiene ⅓ del diámetro de la Tierra
-Europa, con ¼ del diámetro terrestre
-Ganímedes, de ⅖ partes del diámetro de la Tierra
-Calisto, poco menos de ⅖ partes del diámetro terrestre
Estos cuatros satélites juntos tienen el 99,99% de la masa de todos los satélites y anillos jovianos.
Entre Júpiter y los satélites galileanos hay cuatro pequeños satélites interiores descubiertos en fecha relativamente reciente (1979).
Hacia el exterior de los satélites galileanos está el grupo de los satélites regulares, 10 en total, más el grupo de los satélites retrógrados, de los cuales se conocen hasta el momento sesenta y uno (61).
Por orden de radio orbital se definen cuatro grupos de satélites:
- Satélites interiores (4) con órbitas entre 128.000 a 222.000 km.
- Satélites galileanos (4) sus órbitas están entre 422.000 km para Ío hasta 1.883.000 km para Calisto. Juntos tienen el 99.99% de la masa de todos los satélites jovianos.
- Satélites regulares (10) entre 7.284.000 km hasta 18.928.000 km.
- Satélites retrógrados (61) desde 17.582.000 km hasta 28.575.000 km.
Júpiter también tiene anillos. Están en órbita inferior a la de los satélites galileanos y entre las órbitas de los satélites interiores. Se piensa que estos anillos surgieron como resultado del impacto de algún satélite interior con un meteoroide.
Satélites galileanos
Los cuatro satélites galileanos conforman un grupo muy interesante, ya que los expertos creen que reúnen las condiciones para una eventual colonización a futuro.
Ío
Tiene intensa actividad volcánica, la superficie se renueva permanentemente con lava fundida que viene de su interior.
La energía de calentamiento de Ío proviene principalmente de la intensa fuerza de marea que produce la enorme gravedad de Júpiter.
Europa
Es el segundo de los satélites galileanos en orden de distancia, pero el sexto de los satélites de Júpiter. Su nombre proviene de la mitología griega, en la que Europa es amante de Zeus (Júpiter en la mitología romana).
Es apenas un poco menor que la Luna y tiene una corteza sólida de agua congelada. Cuenta con una atmósfera poco densa de oxígeno y otros gases. Su superficie suavemente estriada es la más lisa de los astros del sistema solar, con apenas unos pocos cráteres.
Se cree que debajo de la corteza de hielo de Europa existe un océano cuyo movimiento, impulsado por las fuerzas de marea del gigante Júpiter, causan actividad tectónica en la superficie helada del satélite. De esta manera surgen las grietas y estrías sobre su lisa superficie.
Muchos expertos creen que Europa tiene condiciones como para albergar algún tipo de vida.
Ganímedes
Es el satélite más grande del sistema solar, posee manto rocoso y de hielo con un núcleo de hierro. Su tamaño es un poco mayor que el del planeta Mercurio, con casi la mitad de su masa.
Hay evidencias de que bajo su superficie puede existir un océano de agua salada. La ESA (Agencia Espacial Europea) ha considerado la posibilidad de visitarlo para el año 2030.
Como es frecuente en el sistema solar, la órbita de Ganímedes está en resonancia con las órbitas de Europa e Ío: cuando Ganimedes completa una vuelta, Europa completa dos, mientras que Ío hace cuatro vueltas completas.
Calisto
Es el cuarto satélite galileano con un tamaño prácticamente igual al de Mercurio, pero con la tercera parte de su peso. No posee resonancia orbital con los otros satélites, pero está en rotación síncrona con Júpiter, mostrando siempre la misma cara al planeta.
La superficie tiene abundantes cráteres antiguos y está compuesta principalmente por roca y hielo. Probablemente tenga un océano interior, de por lo menos 100 kilómetros de espesor.
No hay evidencias de actividad tectónica, por lo que sus cráteres seguramente fueron causados por impactos con meteoritos. Su atmósfera es delgada, compuesta de oxígeno molecular y dióxido de carbono, con una ionosfera bastante intensa.
Composición
Júpiter tiene una gruesa atmósfera constituida principalmente de hidrógeno en 87% seguido de helio en el orden de un 13%. Otros gases presentes en proporciones menores al 0,1% son sulfuro de hidrógeno, vapor de agua y amoníaco.
Las nubes del planeta contienen cristales de amoníaco, y su color rojizo probablemente provenga de moléculas que contienen azufre o fósforo. Las nubes más bajas y no visibles contienen hidrosulfuro de amonio.
Debido a la presencia de tormentas eléctricas en las capas más profundas, es muy probable que estas capas contengan nubes compuestas de vapor de agua.
Estructura interna
En el interior de Júpiter el hidrógeno y el helio se encuentran en forma líquida, debido a las altas presiones causadas por su inmensa fuerza de gravedad y su gruesa atmósfera.
A profundidades superiores a 15.000 kilómetros bajo la superficie líquida, los átomos de hidrógeno están tan comprimidos y sus núcleos tan cercanos unos a otros, que los electrones se desligan de los átomos y pasan a la banda de conducción, formando hidrógeno metálico líquido.
Los modelos físicos sugieren que a mayor profundidad hay un núcleo rocoso compuesto por átomos pesados. Al principio estimaron un núcleo de 7 masas terrestres, pero modelos más recientes contemplan un núcleo con masa entre 14 a 18 masas terrestres.
Es importante tener certeza si dicho núcleo existe, porque de la respuesta depende que la teoría de formación planetesimal de los planetas sea cierta.
En dicha teoría los planetas se forman a partir de núcleos de partículas sólidas, dando lugar a objetos sólidos pesados de mayor tamaño, que actuarían como núcleos de condensación gravitatoria, los cuales en el transcurso de millones de años formarían planetas.
La magnetosfera de Júpiter
Debido al intenso campo magnético de Júpiter el planeta posee una extensa magnetosfera, a tal punto que de no ser invisible, se vería en el cielo terrestre con un tamaño similar al de la Luna.
Ningún planeta del sistema solar supera a Júpiter en cuanto a la intensidad y extensión del campo magnético.
Las partículas cargadas provenientes del viento solar quedan atrapadas en las líneas de campo magnético y quedan girando en torno a las mismas, pero tienen una deriva o movimiento a lo largo de las líneas de campo.
Como las líneas magnéticas surgen de un polo y se sumen en el otro, las partículas cargadas ganan energía cinética y se concentran en los polos, ionizando y excitando los gases de la atmósfera polar de Júpiter, con la consiguiente emisión de radiación luminosa.
Misiones a Júpiter
Desde el año 1973 Júpiter ha sido visitado por diversas misiones de la NASA, agencia espacial estadounidense responsable de los programas de exploración espacial.
Misiones como la Pioneer 10 y 11, la Galileo y la Cassini han estudiado los satélites de Júpiter. Los datos preliminares apuntan a que algunos de ellos tienen condiciones favorables para la vida y también para establecer bases con humanos.
La agencia espacial norteamericana NASA y la agencia espacial europea ESA tienen entre sus planes nuevas misiones a Júpiter, principalmente con el fin de estudiar más detalladamente al satélite Europa.
Pioneer
Pioneer 10 fue la primera sonda espacial que sobrevoló Júpiter en diciembre de 1973. Ese mismo año, en abril, se envió la sonda Pioneer 11, que alcanzó la órbita joviana en diciembre de 1974.
En estas misiones se tomaron las primeras fotografías cercanas de Júpiter y de los satélites galileanos. También se midieron el campo magnético y los cinturones de radiación del planeta.
Voyager
También lanzadas en 1973, las misiones Voyager 1 y Voyager 2 visitaron nuevamente al rey de los planetas del sistema solar.
Los datos recabados por estas misiones aportaron información extraordinaria y desconocida hasta entonces, acerca del planeta y de sus satélites. Por ejemplo, se detectó por primera vez el sistema de anillos de Júpiter y también se supo que el satélite Ío tiene intensa actividad volcánica.
Galileo
Fue lanzada en 1995 para una exploración de siete años, pero la sonda tuvo severos problemas con la antena principal. A pesar de ello pudo enviar información valiosa sobre los satélites de Júpiter.
La misión descubrió océanos subsuperficiales en Europa y aportó más información sobre los volcanes activos de Ío.
Galileo finalizó cuando la sonda de exploración cayó sobre Júpiter, para evitar la colisión y consecuente contaminación de la helada superficie de Europa.
Cassini
En diciembre del año 2000 la misión Cassini/Huygens con destino a Saturno obtuvo datos comparables en interés a los de las misiones Voyager, pero debido a las mejoras tecnológicas, resultaron de mucha mejor calidad.
New Horizons
En su paso hacia Plutón, la sonda espacial New Horizons visitó al planeta Júpiter en el año 2007.
Juno
La más reciente de las misiones a Júpiter la constituye la sonda espacial Juno, que entró en órbita con el planeta el 5 de julio de 2016. La misión de Juno es el estudio de la atmósfera joviana, así como su magnetosfera y las auroras.
Se espera que esta misión aporte los datos necesarios para determinar cuáles modelos de núcleo son compatibles con los datos existentes de Júpiter, y comparar así con los modelos que afirman que tal núcleo no existe.
Datos curiosos sobre Júpiter
-Es el más grande en diámetro de los cuatro planetas gigantes: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.
-En el volumen ocupado por Júpiter, caben 1300 planetas del tamaño de la Tierra.
-Júpiter tiene una masa descomunal, es dos veces y media mayor que la suma de las masas de los siete planetas restantes del sistema solar.
-Se cree que su núcleo sólido se formó apenas un millón de años después de formado el disco primordial de gas y polvo que dio origen al sistema solar, hace 4.500 millones de años.
-Júpiter es el planeta del sistema solar que tiene el día más corto: su período de rotación es de apenas 9 horas con 55 minutos.
-Es el planeta más radiactivo del sistema solar, aparte de la luz solar reflejada por su atmósfera también aporta radiación propia, principalmente en el rango infrarrojo.
-Júpiter tiene el satélite más grande del sistema solar: Ganímedes, con un radio 1,5 veces mayor que el de la Luna y 0,4 veces el radio terrestre.
-El 80% de su atmósfera está compuesta por hidrógeno, seguido de helio, el cual aporta el 17%. El resto son otros gases como vapor de agua, metano, amoníaco y etano.
-Las nubes de Júpiter están formadas por cristales de amonio que forman una delgada capa de unos 50 km de espesor. Pero la totalidad de su atmósfera es del orden de los 20.000 km, siendo la más gruesa de todos los planetas del sistema solar.
-Es el planeta que tiene el mayor y el más duradero vórtice anticiclónico conocido en el sistema solar: la Gran Mancha Roja. Con más de 300 años de existencia, su tamaño es superior a dos diámetros terrestres.
-Tiene un núcleo extremadamente denso de hierro, níquel e hidrógeno metálico líquido.
-Posee campo magnético intenso capaz de producir auroras permanentes.
-Es el planeta solar con mayor aceleración de gravedad, la cual se estima en 2,5 veces la gravedad terrestre en el borde de su atmósfera.
-Investigaciones muy recientes indican abundancia de agua en la zona ecuatorial, basado en los análisis de los datos de la misión espacial Juno. En un informe de la NASA del 10 de febrero de 2020 en la revista Nature Astronomy se indica que el 0,25% de la atmósfera ecuatorial del planeta está conformada por moléculas de agua.