Entrevista del mes: Ricardo Hueso

Experto en Meteorología Planetaria“No podemos hacer experimentos con la atmósfera terrestre, pero podemos estudiar la dinámica atmosférica en otras atmósferas, que constituyen laboratorios naturales para el estudio de las diferentes ramas de la meteorología.”

¿Por qué es necesario estudiar los aspectos atmosféricos de otros planetas?, ¿aprenderíamos algo del nuestro?

El conocimiento de las atmósferas de otros planetas nos aporta un conocimiento que entronca muy bien con otras disciplinas. Estudiando la composición química de un planeta podemos estudiar su evolución atmosférica y determinar aspectos tan importantes como si en un momento pasado pudieron darse las condiciones necesarias para el desarrollo de la vida (Marte). En otros casos permiten estudiar la formación del propio Sistema Solar (este es el caso sobre todo de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno).

Por otro lado, dada la complejidad del comportamiento de una atmósfera, contar con observaciones de las atmósferas de otros mundos nos permite estudiar la atmósfera terrestre de una manera comparada. No podemos hacer experimentos con la atmósfera terrestre, pero podemos estudiar la dinámica atmosférica en otras atmósferas, que constituyen laboratorios naturales para el estudio de las diferentes ramas de la meteorología. Planetas que giran más deprisa o despacio y en los que examinar mejor las consecuencias de la rotación atmosférica, de la presencia de nubes, de la interacción con la superficie, etc. Los modelos de calentamiento por gases invernadero se desarrollaron en paralelo aplicándose a la Tierra y Venus, los modelos de enfriamiento por un invierno nuclear se desarrollaron tras las observaciones de las tormentas de arena marcianas. Existen vórtices polares en mundos tan distintos como Venus, la Tierra, Júpiter, Saturno o Titán. En la Tierra son parte fundamental del agujero de la capa de ozono y en otros mundos son vórtices que confinan también gases y nieblas en latitudes polares.

La circulación general es muy distinta en lugares como Venus, la Tierra, Marte, los planetas gigantes o Titán pero hay aspectos comunes en todas estas atmósferas que se verifican en mayor o menor medida (como la cascada inversa de energía y el papel desempeñado por la turbulencia para distribuir la energía cinética atmosférica entre distintas escalas de movimiento).

¿Hay mucha gente estudiando dicha especialidad y dónde se estudia en España y fuera de ella?

El estudio de las atmósferas del Sistema Solar se realiza desde la astronomía y la astrofísica o desde el campo de la meteorología. En España, la Universidad del País Vasco posee un grupo pequeño de investigación en Ciencias Planetarias y el Instituto de Astrofísica de Andalucía posee un departamento de física del Sistema Solar en Granada. En otros países existen institutos enteros dedicados a este campo. A nivel mundial es difícil estimar el número de investigadores trabajando en estas áreas pero podría ser entorno a 2.000 investigadores.

¿Cómo se realizan las modelizaciones atmosféricas en otros planetas, con qué modelo, qué datos de entrada? Siempre tenemos en cuenta la manera de hacerlo en la Tierra. ¿Hay modelos globales y de mesoescala planetarios?

Existen modelos de circulación general adaptados de la Tierra y utilizados en Marte, Venus y Titán. Marte es sin duda el planeta mejor estudiado. Los planetas gigantes gaseosos son muy diferentes a los anteriores y requieren modelos propios que permiten simular desde el origen de sus sistemas de vientos hasta el comportamiento de grandes anticiclones como la Gran Mancha Roja de Júpiter. Nosotros hemos desarrollado un modelo de escala local para el estudio de las tormentas convectivas que hemos adaptado a los casos de Júpiter, Saturno y Titán.

¿Cómo se realizan las mediciones atmosféricas en los planetas, desde la Tierra o por sondas?

Tanto la observación desde Tierra como por sondas espaciales son fundamentales en el estudio de las atmósferas del Sistema solar. Misiones espaciales como la reciente y aún activa Cassini/Huygens han revolucionado nuestro conocimiento de las atmósferas de Saturno o Titán. La misión Venus Express está adquiriendo datos atmosféricos globales del hemisferio sur de Venus y Marte es explorado continuamente por una variedad de sondas de las que en la actualidad podemos destacar Mars Express. Ha habido sondas que se han adentrado en las atmósferas de Venus, Marte, Júpiter y Titán de manera que la mayoría de datos se adquieren de manera remota analizando espectros de la luz de estos cuerpos (y analizando por lo tanto su estructura química y térmica) o viendo como se mueven las nubes con lo que podemos trazar la dinámica atmosférica.

¿Se verifican las predicciones?

La meteorología de otros cuerpos del Sistema Solar no está tan avanzada como para hacer amplias predicciones. Algunas predicciones se pueden comprobar en Marte; sin embargo, en la mayoría de los casos se persigue comprender los aspectos físicos que dominan la fenomenología observada del comportamiento atmosférico.

¿Se han detectado lluvias intensas en otros planetas, tornados, rayos, etc… de la misma forma que se hace en la Tierra?, ¿y sobre otros satélites menores?

Si hablamos de fenómenos violentos hay atmósferas en las que éstos se producen en escalas muy superiores a la terrestre. En Júpiter, un planeta sin superficie definida y 10 veces más grande que la Tierra, se forman casi continuamente tormentas de más de 3.000 km de diámetro. También hay anticiclones intensos de más de 20.000 km que persisten durante un siglo o más como en el caso de la Mancha Roja. En Saturno se han podido observar tormentas de hasta 20.000 km de diámetro, la última de las cuales se produjo en 1990, y en un mes tan solo cambió por completo el aspecto visible del planeta. En ambos planetas se han podido detectar relámpagos. En Titán, una luna de Saturno y el único satélite del sistema solar con una atmósfera importante, se forman grandes sistemas de tormentas que pueden llegar a cubrir un 10% de la superficie y en los cuales se predicen precipitaciones en superficie de hasta 200 l/m2. En Júpiter y Saturno las tormentas se producen en nubes de agua ocultas a la observación directa (en estos planetas tan solo vemos las nubes superiores hechas de cristales de amoníaco helado), en Titán es el metano el responsable de la actividad meteorológica. En Venus donde los vientos son del orden de 100 m/s y muy variables y las nubes están compuestas de ácido sulfúrico y no de agua han podido escucharse en ondas de radio los destellos de relámpagos que no han podido observarse todavía de manera directa.

¿Qué estructura meteorológica planetaria es la que más te interesa y cuál la de más difícil explicación?

Los vientos en los planetas gigantes arrastran las nubes a varios cientos de m/s en la dirección de los paralelos y alternantes en latitud. El viento ecuatorial es en la dirección de la rotación planetaria en Júpiter y Saturno (al contrario que en la Tierra) y en sentido contrario en Urano y Neptuno. Ningún modelo meteorológico es  capaz de explicar estas características pero estas atmósferas son muy distintas al caso terrestre.

 Figura 1. Los vientos promedio en los planetas gigantes gaseosos.

Desde la Tierra se puede ver la gran tormenta de Saturno ¿qué es y a qué obedece?

En el año 1990 se pudo observar el desarrollo de una gran mancha blanca en Saturno que en apenas un mes creció hasta 20.000 km de diámetro, desestabilizando toda la región ecuatorial. Fue dispersada por la cizalla del viento dando lugar a un patrón de ondas atmosférico. La altura de las nubes (en torno a los 200 mb de presión) permite deducir que se trató de un fenómeno convectivo intenso. Ahora bien, Saturno tiene tres capas de nubes, una superior de amoníaco (a presiones de entorno a 1 bar), la que vemos normalmente, una intermedia que puede observarse en el infrarrojo y compuesta de amoníaco y azufre en un compuesto químico llamado hidrosulfuro de amonio, y una nube muy profunda de agua cuya base estaría a 9 bar de presión a más de 150 km por debajo de los niveles observables. Tan solo la condensación del agua permite liberar la energía necesaria para desplazar las nubes superiores de amoníaco hasta las alturas que se contemplaron en el año 90. Estas tormentas parecen formarse en Saturno una vez cada 30 años, que es un periodo muy similar al año en Saturno, pero su origen profundo no ha permitido desentrañar los mecanismos de su formación.

¿La distribución vertical de la atmósfera terrestre es un caso singular en nuestro sistema solar o se repite este patrón en otros planetas?

La Tierra representa un caso bastante común. Todas las atmósferas tienen una región profunda asimilable a la troposfera donde las temperaturas están determinadas a medio camino por la insolación solar y la convección vertical, una tropopausa más o menos definida y una estratosfera donde las temperaturas ascienden y domina el transporte de calor por la radiación. Las nubes suelen formarse en la región troposférica y en algunos casos se forman nieblas importantes en la estratosfera de las que las más destacadas podríamos encontrarlas en Titán. En los gigantes gaseosos la región troposférica se extiende hacia el interior del planeta varios miles de kilómetros.

Si pudieras montar una red de estaciones meteorológicas planetaria, ¿dónde lo  harías?

Ahora estamos muy interesados en la meteorología de Venus. Estamos analizando datos de la misión Venus Express que es un orbitador pero sería fenomenal contar con una red de observación in situ. En Venus se han lanzado varios globos meteorológicos (principalmente los soviéticos durante los años 70).

Pensando en un futuro lejano con bases de seres humanos en otros planetas, ¿sería posible disponer de redes de estaciones meteorológicas, satélites y radares en otros sistemas y ver sus datos en la Tierra?

Sin duda, si la iniciativa americana de enviar astronautas a Marte para la década del 2020 prospera, sería necesario como paso previo instalar este tipo de red meteorológica en Marte para poder prevenir los riesgos de fenómenos meteorológicos adversos como las grandes tormentas de arena que se producen en este planeta.

Figura 2. Tormenta de arena en Marte (arriba) e invasión de polvo sahariano sobre el Océano Atlántico (abajo).

¿Qué otros aspectos de meteorología o de la climatología de otros sistemas se estudian?

Los aspectos químicos que son fundamentales para el estudio de la formación de la propia atmósfera y su evolución. La distribución de nubes y aerosoles para el estudio del transporte de calor en la atmósfera y los aspectos estacionales que son muy difíciles de incorporar en el estudio de mundos como Júpiter que tardan 10 años en dar una vuelta alrededor del Sol o Saturno y Titán que tardan 30 años.

Nos imaginamos que los americanos y rusos son los más adelantados en estos campos ¿verdad?

Lamentablemente Rusia no ha podido continuar un programa de exploración espacial como el que poseía en los años 70 y donde sus mayores logros se concentraron en Venus. Hoy en día la NASA dispone de un presupuesto 10 veces mayor que el europeo para la exploración del Sistema Solar. Sin embargo, también en Europa se realizan avances significativos. En todos los casos los datos espaciales se liberan al poco tiempo de ser obtenidos por lo que son accesibles por la comunidad científica internacional en su conjunto.

¿Qué proyectos se pueden considerar estrellas en la actualidad y cuales lleváis vosotros entre mano?

La misión Cassini/Huygens a Saturno y Titán ha sido un éxito sin precedentes desde la época de las misiones Voyager. Cassini está realizando descubrimientos en el campo de los anillos planetarios, Titán, Encélado (otra luna de Saturno sin atmósfera pero con géiseres de agua) y el propio Saturno. Nosotros estamos analizando datos de la atmósfera de Saturno obtenidos por Cassini y estamos también estudiando Titán aunque no los datos iniciales en bruto. Paralelamente también trabajamos en el análisis de los datos de la misión Venus Express que alcanzó su órbita en mayo de este año y que es la primera sonda que estudia la atmósfera de este mundo desde el año 1991.

 Figura 3. La misión Venus Express orbitando Venus, un mundo permanente cubierto por nubes.

Nos podrías dar algunos datos curiosos como por ejemplo:

- El viento más intenso detectado en un planeta y nivel

  El ecuador de Saturno con vientos de 450 m/s a niveles de presión de 1 bar

- Presión más alta

En la superficie de Venus las presiones llegan a 90 bar y las temperaturas a los 760ºC. Se trata de una atmósfera densa compuesta principalmente de CO2 y con un efecto invernadero desbocado. En el interior de los planetas gigantes, formados por hidrógeno y helio y sin superficie definida, las temperaturas pueden alcanzar los 20000 ºC y varios millones de bares de presión siendo sus interiores más parecidos a los de una estrella fría que a un planeta.

- Temperatura más baja

Urano y Neptuno tienen sus tropopausas a temperaturas de entorno a -220ºC. Los cuerpos exteriores del Sistema Solar como Plutón, sin suficiente masa para tener una atmósfera importante pueden tener atmósferas tenues a -230ºC.

- Rayos y descargas eléctricas

Los rayos observados con mayor claridad más allá de la Tierra son los observados en Júpiter por la sonda Galileo. Se estima que su potencia puede ser de entre 10 a 100 veces los rayos terrestres. Los rayos en Saturno no se han podido observar directamente pero sí las descargas de ondas de radio asociadas a los relámpagos y podrían ser incluso más intensas.

- Huracanes y borrascas

Los grandes ciclones y anticiclones de Júpiter que como la Mancha Roja pueden llegar a tener tamaños de hasta 20.000 km y vientos de 150 m/s.

¿Hay foros en Internet sobre esta materia?, ¿y páginas de Internet especializada en este tema?

http://www.ajax.ehu.es/          Grupo de Ciencias Planetarias Universidad del País Vasco

http://www.space.com/news/                                                    Sitio de noticias espaciales

http://saturn.jpl.nasa.gov/home/index.cfm                                             La misión Cassini

Gracias por su amabilidad hacia los lectores de la RAM.

Esta entrada se publicó en Entrevistas en 23 Ago 2007 por Francisco Martín León