Por qué el huracán hexagonal de Saturno sigue siendo un enigma para los físicos

Saturno es uno de los planetas gaseosos atravesados ​​por fuertes tormentas. Entre estas tormentas, el “Hexágono de Saturno” es un patrón de nubes hexagonales que gira continuamente sobre el Polo Norte del planeta Saturno.

Los lados perfectamente rectos del hexágono miden aproximadamente 13.800 kilómetros… Por lo tanto, el hexágono es un huracán unos 32.000 kilómetros de ancho. A modo de comparación, el diámetro de la Tierra es “solo” 12.742 kilómetros.

Este ciclón excepcional cambia poco en términos de fisonomía en el tiempo y el espacio y siempre se parece a un hexágono, a diferencia de otras nubes en la atmósfera visible que cambian constantemente su organización espacial.

El hexágono de Saturno fue descubierto por primera vez por las dos sondas Voyager en 1981-1982, pero las imágenes no eran de muy buena calidad. El era estudiado de nuevo por la misión Cassini-Huygens en 2006.

Como en la Tierra, los polos miran al sol solo en ciertas estaciones (en verano al Polo Norte, por ejemplo); el resto del tiempo, están sumidos en la oscuridad… sobre todo porque, en Saturno, una estación dura unos siete años.

Así, Cassini solo pudo tomar fotografías en el infrarrojo hasta enero de 2009. Cuando el hexágono estaba frente al Sol, se hizo observable en luz visible, lo que permitió realizar un vídeo de ciclón y también para completar la información que alimenta el trabajo de los astrofísicos, con espectros ópticos más completos, en visible e infrarrojo.

¿Por qué el único huracán con forma de hexágono está en Saturno y no en otro lugar?

Al igual que Júpiter y su mancha roja, Saturno representa para los investigadores un gigantesco laboratorio de mecanica de fluidos astrofisica.

De hecho, este hexágono tan especial aún debe obedecer las leyes de la física. En general, una observación astronómica debe entenderse y explicarse desde el ángulo de la física a través de un modelo (hecho de ecuaciones o experimentos) para comprender los fenómenos involucrados.

Los instrumentos de observación en astronomía hoy en día dan acceso a fenómenos complejos (como nuestro hexágono) y para comprenderlos necesitamos modelos que tengan en cuenta la naturaleza de los cuerpos celestes y la forma en que evolucionan. Como estos suelen ser gaseosos, hablamos de “mecánica de fluidos”.

El desarrollo reciente de la mecánica de fluidos astrofísica está esencialmente ligado al de la simulación numérica, que permite explorar situaciones nunca observadas en el laboratorio o en el espacio: por ejemplo, ¿qué condiciones son necesarias para observar un ciclón hexagonal? ¿Cómo reaccionaría el ciclón si cambiara la dirección del viento?

Han aparecido muchos trabajos sobre el tema del hexágono de Saturno. Podemos señalar enfoques de tipo simulación numérica e incluso experimental.

Uno de los escenarios propuestos es el siguiente: Saturno, como Júpiter, es un planeta gaseoso y su atmósfera inestable se enfrenta constantemente a flujos complejos comparables a tormentas, chorros, corrientes y remolinos, y esto, independientemente de la altitud.

Y precisamente el flujos atmosféricos las altitudes bajas pueden crear remolinos de diferentes tamaños. Aquí, estos flujos de salida implicarían una corriente horizontal más grande que sopla hacia el este alrededor del Polo Norte de Saturno y que consta de varias tormentas más pequeñas.

Todas estas pequeñas tormentas confinan la corriente hacia el polo y distorsionan ciertos chorros en un hexágono. Entonces, esta idea se convirtió en un modelo físico y luego se simuló, pero las simulaciones formaron una geometría con nueve lados, en lugar de los 6 observados. Por otro lado, la estabilidad de esta geometría prueba que el mecanismo predicho, sin dar el resultado observado, no es necesariamente defectuoso.

Otra hipótesis es que las formas hexagonales se desarrollan donde hay una variación muy fuerte en la velocidad de los vientos atmosféricos en ciertas latitudes en la atmósfera de Saturno. Se podrían crear formas regulares similares en el laboratorio haciendo girar un fluido en un tanque circular a diferentes velocidades en el centro y la periferia. La forma más común era de seis lados (por lo tanto, hexagonal), y también se produjeron formas de tres a ocho lados.

Sin embargo, estas reproducciones de laboratorio están “incompletas”. De hecho, incluyen vórtices que estabilizan los bordes de los hexágonos, mientras que el de Saturno es de hecho independiente de cualquier vórtice estabilizador.

Los misterios que producen el hexágono de Saturno aún están lejos de ser desentrañados… sobre todo porque en 2018 se observó una estructura similar en 300 kilómetros al sur del Polo Norte ! Este enorme desafío parece destinado a estimular la creatividad de los investigadores de dinámica de fluidos astrofísicos durante mucho tiempo.