Júpiter, un laboratorio para profundizar en el conocimiento de los exoplanetas

• Un eclipse de un satélite dejó observar Júpiter como un exoplaneta
• Han detectado sutiles cambios en la intensidad de su luz
• La atmósfera tiene una absorción de metano y cristales de hielo

Ilustración de Júpiter visto desde Ganímedes en el momento del eclipse

El planeta Júpiter, el quinto del Sistema Solar, se ha revelado como un laboratorio ideal para investigar exoplanetas similares. Es el mayor planeta y cuenta con grandes satélites a su alrededor.

Su satélite de mayor tamaño, Ganímedes, se ha utilizado como espejo para analizar la atmósfera del planeta. Las observaciones se realizaron durante un eclipse de Ganímedes y permitieron observar Júpiter como si fuera un exoplaneta en tránsito.

La revista científica Astrophysical Journal Letters publica el estudio liderado por investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) del que, a su vez, se ha hecho eco la revista Nature, ha revelado el IAC.

Interpretación de exoplanetas

Su espectro de transmisión revela las huellas de una fuerte extinción de luminosidad en su espectro debido a la presencia de nubes (aerosoles) y brumas en la atmósfera de Júpiter, así como una fuerte absorción característica del metano (CH4) y, lo más sorprendente, cristales de hielo en una capa estratosférica.

Estos resultados son relevantes para el modelado y la interpretación de exoplanetas gigantes en tránsito.

También abren una nueva vía para caracterizar las capas superiores de la atmósfera de Júpiter y determinar la abundancia de agua en ella, así como para establecer la tasa de impactos de cometas en Júpiter y sus consecuencias para la historia de la formación del Sistema Solar.

Método de tránsito

Durante las últimas dos décadas se han descubierto más de 1.800 exoplanetas, el 65% de ellos mediante el método del tránsito, que consiste en observar fotométricamente su estrella y detectar sutiles cambios en la intensidad de su luz cuando un planeta pasa por delante de ella.

Un porcentaje pequeño de estos planetas, los que orbitan alrededor de estrellas más brillantes, permiten el estudio de sus atmósferas mediante la técnica de espectroscopía de transmisión, en la que se compara la diferencia entre la intensidad de la luz incidente y transmitida.

Durante el paso del planeta por delante de su estrella central, parte del flujo estelar es bloqueado y solo una diezmilésima parte atraviesa la fina atmósfera planetaria -para un planeta como Júpiter y una estrella de tipo solar-, llevando consigo información acerca de sus capas atmosféricas y componentes.

“Con el fin de explorar las limitaciones de esta técnica, la hemos aplicado al estudio de la atmósfera de Júpiter. Hemos medido el espectro de trasmisión de Júpiter, observándolo como si se tratase de un exoplaneta", explica Pilar Montañés, investigadora del IAC y primera autora del artículo.

"Nuestro método ha consistido en tomar espectros de alta resolución de Ganímedes (tercer satélite de Júpiter) durante su paso a través de la sombra planetaria. En el cociente de los espectros tomados antes y durante el eclipse, la señal solar, la telúrica y la de Ganímedes -que se encuentra en órbita sincrónica alrededor del planeta- son eliminadas", ha indicado.

Nubes de cristales de agua

Este estudio muestra que las mayores absorciones corresponden al metano, como era de esperar en Júpiter. Sin embargo, es relevante la observación de la extinción causada por nubes y partículas de aerosoles.

“Nuestros resultados apoyan resultados anteriores en los que la espectroscopía de transmisión apuntaba a la detección de nubes y aerosoles en Júpiteres calientes. A medida que avanza el eclipse, nuestra técnica nos permite sondear más profundamente en la atmósfera del planeta", cuenta Enric Pallé, investigador del IAC y coautor del artículo.

Sin embargo, la señal más interesante que se ha detectado, entre 1,5 y 2,0 micras, se debe probablemente a nubes estratosféricas de cristales de hielos de agua.

“Nuestros modelos han permitido determinar que la columna de hielo de agua contiene 1.013 partículas/cm2, una cantidad de agua mucho mayor que la medida anteriormente en estado gaseoso", ha señalado Manuel López Puertas, del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).

"También hemos detectado líneas atómicas de yoduro sódico (NaI) en la atmósfera de Júpiter debido a la deposición de sodio de origen cometario o al flujo continuado de sodio procedente de la luna Io". ha añadido.

"Es la primera vez que se realizan este tipo de observaciones en Júpiter desde tierra y cubriendo este amplio rango espectral", subraya Beatriz González, otro miembro del equipo y también del IAC.

Las observaciones se llevaron a cabo durante dos eclipses en 2012, utilizando el instrumento LIRIS en el Telescopio William Herschel, del Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma), y el instrumento XSHOOTER en el VLT (Very Large Telescope), del Observatorio de Paranal (Chile).

Se hicieron en tres rangos del espectro: ultravioleta, visible e infrarrojo. Observaciones similares fueron realizadas previamente para obtener el espectro de transmisión de la Tierra mediante eclipses lunares por Enric Pallé, Pilar Montañés y sus colaboradores en 2009.