Tiene Júpiter un núcleo sólido?

Los gigantes gaseosos siempre han sido un misterio para nosotros. Debido a sus densas y arremolinadas nubes, es imposible ver bien su interior y determinar su verdadera estructura. Dada la distancia a la que se encuentran de la Tierra, el envío de naves espaciales hacia ellos es largo y costoso, por lo que las misiones de exploración son escasas. Y debido a su intensa radiación y fuerte gravedad, cualquier misión que intente estudiarlos tiene que hacerlo con cuidado.

Y, sin embargo, los científicos llevan décadas pensando que este enorme gigante gaseoso tiene un núcleo sólido. Esto es coherente con nuestras teorías actuales sobre cómo se formó el sistema solar y sus planetas y cómo migraron a sus posiciones actuales. Mientras que las capas exteriores de Júpiter están compuestas principalmente de hidrógeno y helio, los aumentos de presión y densidad sugieren que más cerca del núcleo, las cosas se vuelven sólidas.

Estructura y composición:

Júpiter está compuesto principalmente de materia gaseosa y líquida, con materia más densa por debajo. Su atmósfera superior está compuesta por un 88-92% de hidrógeno y un 8-12% de helio en volumen de moléculas de gas, y aproximadamente un 75% de hidrógeno y un 24% de helio en masa, mientras que el 1% restante está formado por otros elementos.

La atmósfera contiene trazas de metano, vapor de agua, amoníaco y compuestos basados en el silicio, así como trazas de benceno y otros hidrocarburos. También hay trazas de carbono, etano, sulfuro de hidrógeno, neón, oxígeno, fosfina y azufre. También se han observado cristales de amoníaco congelado en la capa más externa de la atmósfera.

El interior contiene materiales más densos, de tal manera que la distribución es de aproximadamente 71% de hidrógeno, 24% de helio y 5% de otros elementos en masa. Se cree que el núcleo de Júpiter es una mezcla densa de elementos: una capa circundante de hidrógeno metálico líquido con algo de helio, y una capa exterior predominantemente de hidrógeno molecular. El núcleo también se ha descrito como rocoso, pero esto también sigue siendo desconocido.

En 1997, la existencia del núcleo fue sugerida por mediciones gravitacionales, indicando una masa de entre 12 y 45 veces la masa de la Tierra, o aproximadamente entre el 4% y el 14% de la masa total de Júpiter. La presencia de un núcleo también está respaldada por modelos de formación planetaria que indican cómo un núcleo rocoso o helado habría sido necesario en algún momento de la historia del planeta para recoger todo su hidrógeno y helio de la nebulosa protosolar.

Sin embargo, es posible que este núcleo se haya reducido desde entonces debido a las corrientes de convección de hidrógeno metálico líquido y caliente que se mezclan con el núcleo fundido. Incluso es posible que este núcleo no exista ahora, pero es necesario un análisis detallado antes de poder confirmarlo. Se espera que la misión Juno, lanzada en agosto de 2011 (véase más adelante), aporte alguna información sobre estas cuestiones y, por tanto, avance en el problema del núcleo.

Formación y migración:

Nuestras teorías actuales sobre la formación del sistema solar afirman que los planetas se formaron hace unos 4.500 millones de años a partir de una nebulosa solar (es decir, la hipótesis nebular). De acuerdo con esta teoría, se cree que Júpiter se formó como resultado de la gravedad que arrastra nubes de gas y polvo.

Júpiter adquirió la mayor parte de su masa a partir del material sobrante de la formación del sol, y acabó teniendo más del doble de la masa combinada de los demás planetas. De hecho, se ha conjeturado que si Júpiter hubiera acumulado más masa, se habría convertido en una segunda estrella. Esto se basa en el hecho de que su composición es similar a la del Sol, ya que está hecho predominantemente de hidrógeno.

Además, los modelos actuales de formación del sistema solar también indican que Júpiter se formó más lejos de su posición actual. En lo que se conoce como la Hipótesis del Gran Giro, Júpiter migró hacia el Sol y se asentó en su posición actual hace aproximadamente 4.000 millones de años. Se ha argumentado que esta migración podría haber provocado la destrucción de los primeros planetas de nuestro sistema solar, entre los que podrían encontrarse las Supertierras más cercanas al Sol.

Exploración:

Aunque no fue la primera nave espacial robótica en visitar Júpiter, ni la primera en estudiarlo desde su órbita (esto lo hizo la sonda Galileo entre 1995 y 2003), la misión Juno fue diseñada para investigar los misterios más profundos del gigante joviano. Estos incluyen el interior de Júpiter, la atmósfera, la magnetosfera, el campo gravitatorio y la determinación de la historia de la formación del planeta.

La misión se lanzó en agosto de 2011 y alcanzó la órbita alrededor de Júpiter el 4 de julio de 2016. Cuando la sonda entró en su órbita elíptica polar, tras completar un encendido del motor principal de 35 minutos de duración, conocido como Inserción Orbital en Júpiter (o JOI). A medida que la sonda se acercaba a Júpiter por encima de su polo norte, se le ofrecía una vista del sistema joviano, del que tomó una última imagen antes de comenzar la JOI.

Desde entonces, la nave Juno ha estado realizando maniobras de perijove -en las que pasa entre la región polar norte y la polar sur- con un periodo de unos 53 días. Ha completado 5 perijoves desde que llegó en junio de 2016, y está previsto que realice un total de 12 antes de febrero de 2018. En ese momento, salvo que se amplíe la misión, la sonda se desorbitará y se quemará en la atmósfera exterior de Júpiter.

A medida que realice sus pases restantes, Juno reunirá más información sobre la gravedad, los campos magnéticos, la atmósfera y la composición de Júpiter. Se espera que esta información nos enseñe mucho sobre cómo la interacción entre el interior de Júpiter, su atmósfera y su magnetosfera impulsa la evolución del planeta. Y, por supuesto, se espera proporcionar datos concluyentes sobre la estructura interior del planeta.

¿Tiene Júpiter un núcleo sólido? La respuesta corta es que no lo sabemos… todavía. En realidad, es muy posible que tenga un núcleo sólido compuesto por hierro y cuarzo, que está rodeado por una gruesa capa de hidrógeno metálico. También es posible que la interacción entre este hidrógeno metálico y el núcleo sólido hiciera que el planeta lo perdiera hace tiempo.

En este punto, todo lo que podemos hacer es esperar que los estudios y misiones en curso aporten más pruebas. Es probable que éstas no sólo nos ayuden a perfeccionar nuestra comprensión de la estructura interna de Júpiter y su formación, sino también a perfeccionar nuestra comprensión de la historia del sistema solar y de cómo llegó a formarse.