La rotació de Saturn al descobert

Meravellosament fixa sobre el pol nord de Saturn es troba una formació atmosfèrica tant atractiva però alhora molt més misteriosa que la Gran Taca Vermella de Júpiter.

Una immensa tempesta hexagonal es manté en el seu lloc gràcies a un corrent en doll molt peculiar. Ara, els científics planetaris diuen que la rotació de l'hexàgon podria reflectir amb més precisió la durada de la curta jornada de Saturn: 10 hores, 39 minuts i 23 segons.

Igual que els altres gegants de gas, Saturn té una superfície sòlida que es pot utilitzar per mesurar el seu període de rotació i també presenta característiques atmosfèriques superficials que es mouen més ràpid en l'equador que en els pols. Molts científics planetaris utilitzen les emissions de ràdio i del camp magnètic com una forma de calcular el període de rotació, ja que aquestes emissions se suposa que procedeixen de la profunditat de l'interior del planeta, on el període de rotació és més constant.

Amb Saturn, però, aquesta tècnica ha demostrat ser problemàtica: aquestes emissions difereixen en uns 15 minuts entre l'hemisferi nord i el sud. I l'hexàgon podria ser la clau per a establir una velocitat de rotació més constant. En una publicació recent a Geophysical Research Letters, els investigadors van estudiar les imatges de la nau espacial Cassini, que abasten 5 anys i mig, i van trobar que el període de rotació de l'hexàgon amb prou feines va canviar durant tot aquest temps. Els autors de l’estudi suggereixen que la tempesta, que es podria estendre fins a centenars de quilòmetres sota la superfície, està íntimament unida amb l'interior, i que per tant podria ser un bon marcador per a descobrir el veritable període de rotació del planeta.

Així, els autors del nou treball sobre l’hexàgon investiguen el moviment a llarg termini de l'hexàgon del pol nord de Saturn i l'estructura del seu corrent en doll associat i que es desplaça cap a l’est del planeta, utilitzant el sistema d'imatges de Cassini i les imatges obtingudes des d’observatoris terrestres entre 2008 i 2014. Demostren que tots dos són trets persistents que han sobreviscut a la llarga nit polar, i que el perfil característic del corrent en doll central s’ha mantingut essencialment sense canvis. Durant aquests anys, els vèrtexs de l'hexàgon han mostrat un període de rotació constant de 10 hores, 39 minuts i 23,01 ± 0,01 segons.

En canvi, l'anàlisi de les Voyager 1 i 2 (1980-1981) i el Telescopi Espacial Hubble i (1990-1991), més el de les imatges terrestres mostra un període més curt de 3,5 segons, a causa de la presència d'un gran anticicló quan es van prendre les fotografies en alta resolució que permeten fer els càlculs sobre la rotació de Saturn. Interpreten així l'hexàgon com una manifestació d'una ona de Rossby verticalment atrapada en el jet polar i, a causa de la seva supervivència i propietats sense canvis sota les fortes variacions estacionals de la radiació solar (i que no es veu afectada doncs per anticiclons, per exemple), es proposa que tant l'hexàgon com el corrent en doll són característiques atmosfèriques d'arrels profundes que podrien revelar amb molta precisió la veritable rotació del planeta Saturn. Una bonica relació entre la meteorologia i l’estructura íntima de la joia del sistema solar!

Però anem a observar més detingudament el “misteriós” hexàgon, que va ser detectat per la Voyager 1 a finals de 1980 i confirmat per la sonda Cassini al 2006. L’origen del patró de vents hexagonals és motiu de controvèrsia entre els investigadors i avui encara causa polèmica. El cert és que és una formació molt curiosa, els costats rectilinis de la qual mesuren uns 13.800 quilòmetres! Alguns investigadors argumenten que es tracta d’un nou tipus d’aurora, però la majoria d’astrònoms sosté que la causa de l’hexàgon seria un patró en forma d’ona de l’atmosfera.

Darrerament, alguns experiments al laboratori mostren com es forma un hexàgon de forma natural si sotmetem a rotació diferencial fluids de diferents densitats (imatge següent).

Les imatges de l’hexàgon de Saturn són espectaculars, tant com veure com es forma davant dels teus propis ulls un vòrtex amb costats hexagonals quan dotem de prou velocitat a un fluid en rotació. Aquest efecte es pot veure fàcilment en diversos museus, com el CosmoCaixa a Barcelona.

També, una hipòtesi curiosa ens l’aporta la cimàtica, de la mà de John Stuart Reid (clicka en la foto per a obtenir més detalls).

Reid planteja que un esdeveniment eruptiu massiu, possiblement un guèiser gegant, envia un flux continu de sub-Extremadament Baixa Freqüència (ELF en anglès) energia sònica cap a la superfície de Saturn. Aquesta energia provoca corrents de convecció dins de la banda de partícules de gel de l’atmosfera de Saturn que resulta en la formació d’una immensa formació circular. Quan l'energia sub-ELF arriba a les capes exteriors de l'atmosfera (a la regió dels núvols de metà i heli) es precipita cap a l'exterior en totes direccions, arribant a l’esmentada formació circular després d'un temps de viatge de moltes hores, i precisament per allà l'energia sònica es reflecteix de tornada cap a l'epicentre de l’episodi. A la regió entre l'epicentre i el límit circular l’energia reflectida es neutralitza parcialment per l'energia sònica que viatja cap a l'exterior, i resulta en la formació i estabilització de la geometria hexagonal, que és una de les formes cimàtiques arquetípiques. La freqüència de l'energia sònica i les dimensions de la formació límit circular són els principals factors en la determinació de la forma de la zona nodal (costats de l’hexàgon, de baixa pressió).

Tot i que aquesta hipòtesi planteja molts dubtes i no queda clar si aquest comportament és més consistent amb la transmissió d’una vibració que no pas amb l’”energia sònica”, és realment interessant i també apassionant aquesta aproximació cimàtica que potser obre una nova perspectiva a l’exploració planetària.

També, aquest hexàgon planetari sempre m’ha recordat un gran llibre del no menys gran Jorge Wagensberg, “La rebelión de las formas”, que vaig llegir ja fa bastants anys i que us recomano fermament.

En aquesta obra l’autor reflexiona sobre com la Natura s’ha dotat d’estructura en la seva lluita contra la incertesa. A més, aquest llibre amaga un secret curiós. Els lectors podran viure i veure directament tots els conceptes explicats per Wagensberg al ja esmentat CosmoCaixa, si el visiten a posteriori de la seva lectura o, millor encara, amb el llibre a les mans!

Doncs bé, el capítol 11 és titula “El hexágono pavimenta” i, si el llegim amb atenció, també aquí trobarem pistes sobre el misteriós hexàgon de Saturn.

Wagensberg exposa com, quan les esferes competeixen per l’espai disponible, es comprimeixen i per pressió s’uneixen tendint de manera ineludible a formar hexàgons: “una burbuja sin otras vecinas en su entorno inmediato presentará una forma de disco perfecto. Si la población de burbujas vecinas aumenta, cada disco tenderá a rodearse de otros seis discos tangentes. El plano tenderá entonces a llenarse de círculos. Sólo quedaran libres unos característicos intersticios entre los puntos de tangencia. Pero atención: si la presión de la población de círculos sigue creciendo, el espacio “perdido” de los intersticios tenderá a desaparecer porque los círculos se deforman hasta que el plano queda perfectamente pavimentado con una nueva forma emergente: el hexágono.”

Al llibre aquest fenomen s’il·lustra amb bombolles de detergent atrapades entre dos vidres plans. Podràs experimentar-ho al CosmoCaixa o, si fumes, ara mateix pots pressionar suaument un grapat de cigarrets i observaràs com els cilindres es transformen en prismes hexagonals.

En qualsevol cas, l’hexàgon és una forma geomètrica associada a la pressió i als canvis de temperatura, i que trobarem en múltiples exemples a la Natura, com a les colades de lava de Sant Joan les Fonts (a les imatges següents), el ulls facetats dels insectes, o el pol nord de Saturn, entre altres.

I per acabar, i tal i com mostra aquesta extraordinària imatge del 14 d’abril del gran astrofotògraf Damian Peach (la millor que ha fet de Saturn segons afirma ell mateix), només recordar que aquests dies el veritable senyor dels anells està magnífic!

Per observar-lo l’haurem de buscar en las primeres hores de la nit sobre l’horitzó est. Amb uns prismàtics ja veurem que li passa alguna cosa: el planeta no es mostrarà totalment esfèric, la distorsió que causen els anells serà ben visible a poc augment. Però si teniu a l’abast un telescopi, no us el perdeu! La primera vegada que observeu Saturn us causarà una impressió tan profunda que aquesta imatge quedarà per sempre atrapada en la vostra retina i, sobre tot, en la vostra ment.