Esta imagen que muestra todo el disco de Júpiter en luz infrarroja fue compilada a partir de un mosaico de nueve puntos distintos observados por el Observatorio internacional Gemini. un programa de NOIRLabon de NSF el 29 de mayo de 2019. A partir de un conjunto de "imágenes de la suerte" de 38 exposiciones tomadas en cada puntero, el equipo de investigación seleccionó el 10% más nítido, combinándolos para obtener una imagen de una novena parte del disco de Júpiter. A continuación, se combinaron pilas de exposiciones en los nueve puntos para dejar una clara, visión global del planeta. A pesar de que solo le toma unos segundos a Gemini crear cada imagen en un conjunto de imágenes afortunado, completar las 38 exposiciones de un conjunto puede llevar minutos, el tiempo suficiente para que las funciones giren notablemente a lo largo del disco. Para comparar y combinar las imágenes, primero se asignan a su latitud y longitud reales en Júpiter, usando la extremidad, o borde del disco, como una referencia. Una vez que los mosaicos se compilan en un disco completo, las imágenes finales son algunas de las vistas infrarrojas de Júpiter de mayor resolución jamás tomadas desde el suelo. Crédito:Observatorio Internacional Géminis / NOIRLab / NSF / AURA, M.H. Wong (UC Berkeley) y Agradecimientos al equipo:Mahdi Zamani
Los investigadores que utilizaron una técnica conocida como "imágenes de la suerte" con el telescopio Gemini North en Maunakea de Hawai han recopilado algunas de las imágenes de Júpiter de mayor resolución jamás obtenidas desde el suelo. Estas imágenes son parte de un programa de observación conjunto de varios años con el Telescopio Espacial Hubble en apoyo de la misión Juno de la NASA. Las imágenes de Géminis, cuando se combina con las observaciones de Hubble y Juno, Revela que cae un rayo, y algunos de los sistemas de tormentas más grandes que los crean, se forman en y alrededor de grandes células convectivas sobre nubes profundas de agua helada y líquido. Las nuevas observaciones también confirman que las manchas oscuras en la famosa Gran Mancha Roja son en realidad huecos en la capa de nubes y no se deben a variaciones de color de las nubes.
Tres años de observaciones de imágenes utilizando el Observatorio internacional Gemini, un programa de NOIRLab de NSF, han sondeado profundamente en las cimas de las nubes de Júpiter. Las imágenes infrarrojas ultranítidas de Gemini complementan las observaciones ópticas y ultravioleta del Hubble y las observaciones de radio de la nave espacial Juno para revelar nuevos secretos sobre el planeta gigante.
"Los datos de Géminis fueron fundamentales porque nos permitieron sondear profundamente en las nubes de Júpiter en un horario regular, ", dijo Michael Wong de UC Berkeley." Utilizamos una técnica muy poderosa llamada imágenes de la suerte, "agrega Wong. Con imágenes afortunadas, Se obtiene una gran cantidad de imágenes de muy corta exposición y solo las imágenes más nítidas, cuando la atmósfera de la Tierra es brevemente estable, son usados. El resultado en este caso son algunas de las imágenes infrarrojas de Júpiter más nítidas jamás obtenidas desde el suelo. Según Wong, "Estas imágenes rivalizan con la vista desde el espacio".
El generador de imágenes de infrarrojo cercano (NIRI) de Gemini North permite a los astrónomos observar en profundidad las poderosas tormentas de Júpiter, dado que la luz infrarroja de longitud de onda más larga puede atravesar la fina neblina, pero está oscurecida por nubes más gruesas en lo alto de la atmósfera de Júpiter. Esto crea un efecto de "jack-o-lantern" en las imágenes donde la cálida, capas profundas de la atmósfera de Júpiter brillan a través de los huecos en la espesa capa de nubes del planeta.
El detallado, imagen de longitud de onda múltiple de Júpiter por Geminiand Hubble tiene, durante los últimos tres años, demostrado ser crucial para contextualizar las observaciones del orbitador Juno, y para comprender los patrones de viento de Júpiter, ondas atmosféricas, y ciclones. Los dos telescopios, junto con Juno, puede observar la atmósfera de Júpiter como un sistema de vientos, gases, calor, y fenómenos meteorológicos, proporcionando cobertura y conocimiento similar a la red de satélites meteorológicos que utilizan los meteorólogos para observar la Tierra.
Estas imágenes de la Gran Mancha Roja de Júpiter se tomaron utilizando datos recopilados por el Telescopio Espacial Hubble y el Observatorio internacional Gemini el 1 de abril de 2018. Al combinar observaciones capturadas casi al mismo tiempo desde los dos observatorios diferentes, Los astrónomos pudieron determinar que las características oscuras de la Gran Mancha Roja son agujeros en las nubes en lugar de masas de material oscuro. Arriba a la izquierda (vista amplia) e abajo a la izquierda (detalle):la imagen del Hubble de la luz solar (longitudes de onda visibles) que se refleja en las nubes en la atmósfera de Júpiter muestra características oscuras dentro de la Gran Mancha Roja. Arriba a la derecha:una imagen térmica infrarroja de la misma área de Géminis muestra energía térmica emitida en forma de luz infrarroja. Las nubes frías superpuestas aparecen como regiones oscuras, pero los claros en las nubes permiten que la emisión infrarroja brillante escape de las capas más cálidas de abajo. Medio inferior:una imagen ultravioleta del Hubble muestra la luz solar dispersa desde la neblina sobre la Gran Mancha Roja. La Gran Mancha Roja aparece roja en la luz visible porque la neblina absorbe longitudes de onda azules. Los datos del Hubble muestran que la neblina continúa absorbiendo incluso a longitudes de onda ultravioleta más cortas. Abajo a la derecha:una composición de varias longitudes de onda de los datos de Hubble y Gemini muestra la luz visible en azul y el infrarrojo térmico en rojo. Las observaciones combinadas muestran que las áreas que son brillantes en infrarrojos son claros o lugares donde hay menos nubes que bloquean el calor del interior. Las observaciones de Hubble y Gemini se realizaron para proporcionar un contexto de vista amplia para el paso 12 de Juno (Perijove 12). Crédito:NASA, ESA, y M.H. Wong (UC Berkeley) y equipo
Mapeo de tormentas eléctricas gigantes
En cada uno de sus pasos cercanos sobre las nubes de Júpiter, Juno detectó señales de radio creadas por potentes relámpagos llamados sferics (abreviatura de atmosféricos) y silbidos (llamados así por el tono similar a un silbido que provocan en los receptores de radio). Cuando sea posible, Gemini y Hubble se enfocaron en Júpiter y obtuvieron alta resolución, mapas de área amplia del planeta gigante.
Los instrumentos de Juno podrían determinar las coordenadas de latitud y longitud de grupos de señales de silbido y esférico. Con imágenes de Gemini y Hubble en múltiples longitudes de onda, los investigadores ahora pueden sondear la estructura de las nubes en estos lugares. Al combinar estas tres piezas de información, el equipo de investigación descubrió que los rayos caen, y algunos de los sistemas de tormentas más grandes que los crean, se forman en y alrededor de grandes células convectivas sobre nubes profundas de agua helada y líquido.
"Los científicos rastrean los rayos porque son un marcador de convección, el turbulento proceso de mezcla que transporta el calor interno de Júpiter hasta las cimas de las nubes visibles, ", explicó Wong. La mayor concentración de rayos vista por Juno provino de una tormenta arremolinada llamada" ciclón filamentoso ". Imágenes de Gemini y Hubble muestran detalles en el ciclón, revelando que es una colección retorcida de altas nubes convectivas con huecos profundos que ofrecen vislumbres de las nubes de agua muy por debajo.
"Los estudios en curso de las fuentes de rayos nos ayudarán a comprender cómo la convección en Júpiter es diferente o similar a la convección en la atmósfera de la Tierra, "Comentó Wong.
Características resplandecientes en la Gran Mancha Roja
Mientras escaneaba el gigante gaseoso en busca de huecos en la capa de nubes, Géminis vio un resplandor revelador en la Gran Mancha Roja, lo que indica una vista clara hasta lo profundo, capas atmosféricas más cálidas.
"Se han visto características similares en la Gran Mancha Roja antes, "dijo el miembro del equipo Glenn Orton de JPL, "pero la observación con luz visible no pudo distinguir entre el material de las nubes más oscuras, y una capa de nubes más delgada sobre el cálido interior de Júpiter, así que su naturaleza sigue siendo un misterio ".
Ahora con los datos de Géminis, este misterio está resuelto. Donde las imágenes de luz visible del Hubble muestran un semicírculo oscuro en la Gran Mancha Roja, Las imágenes tomadas por Géminis con luz infrarroja revelan un arco brillante que ilumina la región. Este resplandor infrarrojo, del calor interno de Júpiter, habría sido bloqueado por nubes más espesas, pero puede atravesar la atmósfera brumosa de Júpiter sin oscurecerse. Al ver estas funciones como puntos calientes de infrarrojos brillantes, Géminis confirma que son huecos en las nubes. Aunque observaciones anteriores han visto características oscuras en la Gran Mancha Roja, los vientos que se arremolinaban rápidamente en su interior escondieron la verdadera naturaleza de estos puntos hasta que se llevaron a cabo las observaciones simultáneas de Hubble y Gemini.
Esta ilustración de un rayo, torres convectivas (tormentas), nubes de aguas profundas, y los claros en la atmósfera de Júpiter se basan en datos recopilados por la nave espacial Juno, el telescopio espacial Hubble, y el Observatorio internacional Géminis. Juno detecta señales de radio generadas por descargas de rayos. Dado que las ondas de radio pueden atravesar todas las capas de nubes de Júpiter, Juno es capaz de detectar rayos en nubes profundas, así como rayos en el lado diurno del planeta. El Hubble detecta la luz solar que se refleja en las nubes de la atmósfera de Júpiter. Diferentes longitudes de onda penetran a diferentes profundidades en las nubes, dando a los investigadores la capacidad de determinar las alturas relativas de las cimas de las nubes. Géminis mapea el grosor de las nubes frías que bloquean la luz infrarroja térmica de las capas atmosféricas más cálidas debajo de las nubes. Las nubes espesas aparecen oscuras en los mapas infrarrojos, mientras que los claros parecen brillantes. La combinación de observaciones se puede utilizar para mapear la estructura de las nubes en tres dimensiones e inferir detalles de la circulación atmosférica. Grueso, se forman nubes imponentes donde se eleva el aire húmedo (afloramiento y convección activa). Los claros se forman donde el aire más seco se hunde (aguas abajo). Las nubes que se muestran se elevan cinco veces más altas que torres convectivas similares en la atmósfera relativamente poco profunda de la Tierra. La región ilustrada cubre un espacio horizontal un tercio mayor que el de los Estados Unidos continentales. Crédito:NASA, ESA, M.H. Wong (UC Berkeley), y A. James y M.W. Carruthers (STScI)
"NIRI en Gemini North es la forma más efectiva para que los investigadores de la asociación internacional de Géminis y los EE. UU. Obtengan mapas detallados de Júpiter en esta longitud de onda, ", explicó Wong. Géminis logró una resolución de 500 kilómetros (300 millas) en Júpiter". Con esta resolución, el telescopio podría resolver los dos faros de un automóvil en Miami, visto desde la ciudad de Nueva York, "dijo Andrew Stephens, el astrónomo Géminis que dirigió las observaciones.
"Estas observaciones coordinadas demuestran una vez más que la astronomía innovadora es posible al combinar las capacidades de los telescopios Gemini con instalaciones complementarias terrestres y espaciales, "dijo Martin Still, un director de programa de astronomía en la National Science Foundation, que es la agencia de financiación de Géminis en Estados Unidos. "La asociación internacional Gemini proporciona acceso abierto a una poderosa combinación de área de recolección de grandes telescopios, programación flexible, y una amplia selección de instrumentos intercambiables ".
