¿Cómo se genera el calor interno de Saturno?

Saturno emite más del doble de la energía que recibe del Sol. Sin embargo para sorpresa de los científicos Saturno emitió gradualmente menos energía entre 2005 y 2009, según las observaciones por la nave Cassini de la NASA.
Curiosamente el hemisferio sur de Saturno emitió consistentemente menos energía que el norte. Ademas de eso, los niveles de energía han variado con las estaciones y son distintos de los niveles medidos por los Voyager en la década de los 80.
Estas tendencias no observadas anteriormente proceden de un análisis detallado de los datos a largo plazo del espectrómetro infrarrojo compuesto (CIRS), un instrumento construido por el Centro Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, así como de una comparación con datos anteriores de las nave Voyager de la NASA. Cuando se combinan estos datos con información sobre la energía que Saturno recibe del Sol, los resultados podrían ayudar a los científicos a comprender la naturaleza de la fuente de calor interno del planeta.
"El hecho de que Saturno realmente emita más del doble de la energía que absorbe del Sol ha sido un enigma durante muchas décadas," dijo Kevin Baines, científico del equipo de Cassini en el Jet Propulsion Laboratory de la NASA, en Pasadena, California, y coautor de un trabajo sobre la producción de energía de Saturno. "¿Qué genera que la energía adicional? Este trabajo representa el primer paso en este análisis."
Este trabajo de investigación, publicado esta semana en el Journal of Geophysical Research sección planetas, fue dirigido por Liming Li, de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York (ahora en la Universidad de Houston).
"Los datos del instrumento CIRS de Cassini son muy valiosos porque nos dan un panorama casi completo de Saturno", explicó Li. "Estos son los únicos datos que proporcionan una gran información sobre el planeta, y es la primera vez que alguien ha podido estudiar en detalle la potencia emitida por uno de los planetas gigantes."
Los planetas de nuestro sistema solar, pierden energía en forma de radiación térmica en longitudes de onda que son invisibles para el ojo humano. El instrumento CIRS recoge longitudes de onda en la región del infrarrojo térmico, lo suficientemente lejos mucho más lejano de manera que las longitudes de onda correspondan a la emisión del calor.
"En ciencias planetarias, tendemos a pensar en planetas que pierden calor uniformemente en todas direcciones y a un ritmo constante", señaló Li. "Ahora sabemos que Saturno no está haciendo esto." (Potencia es la cantidad de energía emitida por unidad de tiempo.)
En cambio, el flujo de la energía saliente de Saturno fue desigual, con su hemisferio sur emitiendo un sexto más de energía que el del norte, explica Li. Este efecto coincide con las estaciones de Saturno: durante cinco años terrestres, fue verano en el hemisferio sur e invierno en el norte. (Una estación en Saturno dura alrededor de siete años terrestres). Como la Tierra, Saturno tiene estas estaciones porque el planeta está inclinado sobre su eje, por lo que en un hemisferio se recibe más energía del sol y es verano, mientras que en el otro se recibe menos y es invierno. El equinoccio de Saturno, sucede cuando los rayos del sol inciden directamente sobre el ecuador, este momento se atravesó en agosto de 2009.

Esta imagen compuesta en falso color, fue realizada a partir de datos obtenidos por Cassini, la imagen muestra los anillos de Saturno y el hemisferio sur. La imagen fue elaborada a partir de 65 observaciones individuales realizada mediante el espectrómetro visual infrarrojo de imagen VIMS de Cassini en la banda la porción del infrarrojo cercano del espectro de luz el 1 de noviembre de 2008. Las observaciones tuvieron cada una seis minutos de duración. Crédito: NASA / JPL / Universidad de Arizona y la Universidad de Leicester
En el estudio, las estaciones de Saturno parecían similares por otra razón: en cada hemisferio, su temperatura efectiva, caracterizada por la emisión térmica emitida hacia el espacio, comenzó a calentarse o enfriarse cuando se aproximaba un cambio de estación. La temperatura efectiva ofrece una forma sencilla de rastrear la respuesta de la atmósfera de Saturno a los cambios estacionales, lo que es complicado puesto que el tiempo es variable en Saturno y la atmósfera tiende a retener el calor. Las observaciones de la Cassini revelaron que la temperatura efectiva en el hemisferio norte se redujo gradualmente desde 2005 hasta 2008 y comenzó a calentarse de nuevo en 2009. En el hemisferio sur, la temperatura efectiva se enfrió desde 2005 a 2009.
La energía emitida para cada hemisferio se elevó y cayó a la par que su temperatura efectiva. Aun así, durante este período de cinco años, el planeta pareció estar enfriándose lentamente y emitiendo menos energía.
Para saber si cambios similares ocurrieron hace un año de Saturno años, los investigadores analizaron los datos recogidos por las naves Voyager en 1980 y 1981 y no observaron el desequilibrio entre los hemisferios norte y sur. En contraste, las dos regiones eran mucho más congruentes entre sí.
¿Por qué no las Voyager no observaron la misma diferencia verano-invierno entre los dos hemisferios? Una explicación sería que los patrones de nubes profundas podrían haber fluctuado, bloqueando y dispersando luz infrarroja de manera distinta.
"Es razonable pensar que los cambios en la potencia emitida por Saturno estén relacionados con su atmósfera", comenta Amy Simon-Miller, directora del Laboratorio de Sistemas Planetarios en el Centro Espacial Goddard y coautora del artículo. "A medida que la cubierta de nubes cambia, la cantidad de radiación que escapa al espacio también cambia. Esto puede variar durante una sola estación y también de un año de Saturno a otro. Pero para comprender completamente lo que ocurre en Saturno, necesitaremos la otra parte del rompecabezas: la cantidad de energía absorbida por el planeta".
Los científicos van a dedicarse a esto como siguiente paso comparando los resultados del instrumento con los datos obtenidos por las cámaras de la Cassini y el espectrómetro de mapeo infrarrojo. El espectrómetro, en particular, mide la cantidad de luz solar reflejada por Saturno. Debido a que los científicos conocen la cantidad total de energía solar que llega a Saturno, pueden obtener entonces calcular la cantidad de luz solar absorbida por el planeta y saber cuánto calor emite el planeta. Estos cálculos ayudaran a los científicos a conocer la naturaleza de la fuente de calor y si ésta cambia.
Comprender mejor el flujo de calor interno de Saturno "profundizará significativamente nuestra comprensión del tiempo, la estructura interna y la evolución de Saturno y los demás planetas gigantes", concluyó Li.
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