Ahí fuera, en la silenciosa inmensidad del sistema solar exterior, los planetas hacen gala de fenómenos meteorológicos extraños, nunca vistos en la Tierra y que, casi siempre, llenan de dudas las mentes, y las pizarras, de los astrónomos que tratan de entenderlos.

Entre los más … desconcertantes está sin duda el observado hace ya años en el polo norte de Saturno, donde una monstruosa tormenta no gira en forma de círculo o espiral, como sería lógico pensar, sino que dibuja un hexágono perfecto.

Se trata de una estructura geométrica colosal que gira majestuosamente sobre un abismo de gas. Un hexágono que mide casi 30.000 km de parte a parte y cuyos lados superan en longitud el diámetro de nuestro propio planeta. Sin embargo, si viajamos a nuestro otro vecino gigante, Júpiter, el escenario cambia por completo. A pesar de ser también una inmensa bola de gas compuesta principalmente de hidrógeno y helio, como Saturno, sus polos no se parecen en nada a los del planeta de los anillos. Los vórtices, allí, son un caos de ciclones agrupados. No existe un único gigante con formas geométricas, sino una auténtica ‘pandilla’ de tormentas: un gran vórtice central rodeado por otros ocho más pequeños.

La pregunta es evidente. ¿Por qué dos planetas, que son esencialmente hermanos químicos y de tamaño similar, se comportan de manera tan diferente? La respuesta, según acaba de revelar un estudio del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), ha estado oculta todo este tiempo bajo la superficie visible de ambos mundos. Parece que el secreto no reside en el viento, sino en lo que los científicos han denominado la ‘blandura’ del interior planetario. El hallazgo se acaba de publicar en ‘Proceedings of the National Academy of Sciences’ (PNAS).

Dos mundos diferentes

Antes de su dramático ‘suicidio programado’ en la atmósfera de Saturno en 2017, la mítica nave Cassini pasó 13 años orbitando Saturno. Y sus múltiples observaciones del polo norte confirmaron la persistencia de ese único vórtice hexagonal, una estructura de unos 29.000 kilómetros de ancho que parece ser eterna y que fue vista por primera vez por las sondas Voyager.

Por otro lado tenemos a la sonda Juno, que lleva orbitando Júpiter desde 2016. Sus instrumentos han devuelto imágenes impresionantes de los polos jovianos, revelando ese patrón de múltiples vórtices arremolinados. Los científicos estiman que cada uno de esos ‘pequeños’ ciclones tiene un diámetro de unos 4.800 kilómetros, casi la mitad de la anchura de la Tierra.

«La gente ha pasado mucho tiempo tratando de descifrar las diferencias entre Júpiter y Saturno -explica Jiaru Shi, primer autor del estudio-. Los planetas tienen aproximadamente el mismo tamaño y ambos están hechos principalmente de hidrógeno y helio. No está claro por qué sus vórtices polares son tan diferentes».

Hasta ahora, las teorías se habían centrado en la dinámica atmosférica superficial. Pero Shi y su colega Wanying Kang, del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT, decidieron mirar, literalmente, ‘más abajo’. Es decir, a mayor profundidad.

Buscando una respuesta

El objetivo de los investigadores era identificar un mecanismo físico único y común que pudiera explicar ambas situaciones: el desconcertante hexágono de Saturno y la multitud de ciclones de Júpiter. Para lograrlo, recurrieron a la simulación por ordenador.

Curiosamente, y a pesar de que un vórtice polar es un objeto tridimensional (tiene altura, anchura y profundidad), el equipo decidió que podía representar su evolución utilizando un modelo bidimensional. Lo cual se debe a una propiedad de la física de fluidos en cuerpos que rotan muy rápido.

«En un sistema de rotación rápida -explica Kang-, el movimiento del fluido tiende a ser uniforme a lo largo del eje de rotación. Por lo tanto, se nos ocurrió la idea de que podemos reducir un problema dinámico 3D a un problema 2D, porque el patrón de fluido no cambia en 3D. Esto hace que el problema sea cientos de veces más rápido y barato de simular y estudiar».

Si la base del vórtice se encuentra con materia ‘dura’ y densa en las profundidades, el sistema crece hasta formar un único y monstruoso ciclón a escala planetaria

Es algo similar a lo que ocurre con los ciclones de latitudes medias en la Tierra, cuya física se puede simplificar mediante ecuaciones que los investigadores, en esta ocasión, adaptaron para los polos de los gigantes gaseosos.

Shi y Kang ejecutaron y pusieron a prueba múltiples escenarios. Variaron el tamaño del planeta, su velocidad de rotación, el calentamiento interno y, lo más importante, las propiedades físicas del fluido en movimiento. Introdujeron, además, una condición de ‘ruido’ aleatorio y observaron después cómo el sistema evolucionaba con el tiempo.

Los resultados fueron reveladores. En algunas simulaciones, las corrientes caóticas se fusionaron hasta formar un único y masivo vórtice polar (el caso Saturno). En otras, el sistema se estabilizó formando múltiples circulaciones grandes que convivían sin fusionarse (el caso Júpiter).

La cuestión de la ‘blandura’

Al comparar las simulaciones con los parámetros introducidos, Kang y Shi lograron aislar el factor determinante. Al final, todo dependía a una propiedad principal: la ‘blandura’ de la base del vórtice, que está directamente relacionada con la composición interior del planeta.

En su artículo, los investigadores nos invitan a imaginar cada vórtice individual como un cilindro giratorio que atraviesa las muchas capas atmosféricas del planeta hacia abajo. La clave está en dónde termina ese cilindro o, mejor dicho, con qué se encuentra en su base. Lo cual deriva en dos escenarios diferentes, el de ‘base blanda’ (Júpiter) y el de ‘base dura’ (Saturno).

En el primer caso, y cuando la base del cilindro giratorio está compuesta de materiales ‘más blandos’ y ligeros, el crecimiento del vórtice tiene un límite. La falta de una base sólida o densa impide que el ciclón acumule energía indefinidamente. El resultado final favorece la existencia de múltiples vórtices más pequeños que pueden coexistir en el polo sin devorarse unos a otros. Justo lo que sucede en Júpiter.

En el segundo escenario, por el contrario, donde la base del vórtice se encuentra con materia ‘más dura’ y densa, el sistema puede crecer mucho más. La física permite que el vórtice se expanda y absorba a otros vórtices menores, formando finalmente un único y monstruoso ciclón a escala planetaria, capaz de dominar todo el polo. Que es, como hemos visto, el caso de Saturno.

La meteorología que vemos en las nubes es, en realidad, una ventana directa a la estructura interna del planeta, una región inaccesible para cualquier sonda

«Nuestro estudio -sentencia Kang- muestra que, dependiendo de las propiedades interiores y de la blandura del fondo del vórtice, el tipo de patrón de fluido que se observa en la superficie será distinto. No creo que nadie haya hecho antes esta conexión entre el patrón de fluido de la superficie y las propiedades interiores de estos planetas».

¿Qué hay ‘ahí abajo’?

La implicación directa de este hallazgo es que la meteorología que vemos en las nubes es, en realidad, una ventana directa a la estructura interna de estos planetas, una región que ninguna sonda ha podido visitar jamás debido a las altísimas presiones que debería soportar al sumergirse a miles de km de profundidad en sus atmósferas.

Pero si el mecanismo propuesto por el MIT es correcto, entonces nos está diciendo algo fundamental sobre la composición de estos dos mundos. Sugiere que el interior profundo de Júpiter podría estar hecho de un material más ligero y menos estratificado que el de Saturno, que sería más sólido y denso.

En palabras de Shi, «lo que vemos desde la superficie, el patrón de fluido en Júpiter y Saturno, puede decirnos algo sobre el interior, como lo blando es el fondo.Tal vez debajo de la superficie de Saturno, el interior esté más enriquecido con metales y tenga más material condensable, lo que le permite proporcionar una estratificación más fuerte que Júpiter».

Es decir, Saturno podría tener un corazón más «metálico» y denso, una diferencia crucial en la receta de formación de ambos planetas que explicaría por qué, a pesar de parecerse tanto desde lejos, tienen ‘personalidades’ atmosféricas tan opuestas.

El nuevo estudio, por lo tanto, no solo resuelve un misterio que se remonta a las las misiones Voyager, sino que nos proporciona una nueva herramienta para estudiar lo que no podemos ver. A partir de ahora, al observar las tormentas de un gigante gaseoso, ya sea en nuestro Sistema Solar o en un exoplaneta lejano, no solo estaremos viendo el tiempo que hace; estaremos leyendo, a través de sus nubes, la historia oculta de su interior.