Corría el año 1988 cuando David A. Godfrey, un técnico de los National Optical Astronomy Observatories de Tucson, Arizona (EEUU), se quedó estupefacto tras juntar las imágenes del polo norte de Saturno enviadas por la sonda espacial Voyager 2 siete años antes. Allí se perfilaba claramente una formación nubosa de enormes dimensiones con una forma regular e insólitamente poligonal, de seis lados. Era lo que la NASA denominó The Puzzling Hexagon, es decir, el desconcertante hexágono de Saturno, en realidad una colosal tormenta cuyo ojo es cincuenta veces más grande que el de un huracán promedio de la Tierra.

La Voyager 2 fue lanzada desde Cabo Cañaveral en el verano de 1977, a bordo de un cohete Titán-Centauro (un misil balístico intercontinental adaptado para la carrera espacial). Se trataba de una sonda espacial robótica, segunda de una serie iniciada por la Voyager 1 con la misión, aprovechando la favorable alineación de Júpiter y Saturno, de estudiarlos y emplear su impulso gravitacional para continuar viaje hacia los límites del sistema solar (llevan a bordo sendos discos fonográficos de oro con información de la Tierra).

La 1 lo haría directamente mientras que la 2 (que, irónicamente, se lanzó dieciséis días antes), estudiaría también Urano y Neptuno antes de seguir a su hermana saliendo de la heliosfera (la región espacial bajo la influencia del viento solar y su campo magnético).

Representación artística de la Voyager 2 hecha por la NASA/Imagen: dominio público en Wikimedia Commons

En efecto, la Voyager 2 alcanzó Júpiter en 1979, analizó su Gran Mancha Roja (que es una tormenta que lleva activa tres siglos) y otras menores, realizó otros análisis diversos, examinó la topografía de las lunas Io, Calisto, Amaltea, Ganímedes y Europa (descubriendo además otras tres) y llegó a Saturno en agosto de 1981. Mientras pasaba por su parte posterior -desde la perspectiva terrestre- sondeó la atmósfera, registrando telemétricamente sus valores (presión, temperatura a distintas altitudes…) y tomando decenas de miles de imágenes que envió a la Tierra.

Fueron dichas imágenes las que tuvo que ordenar Godfrey, como si estuviera jugando con un rompecabezas. Y cuando terminó tenía delante aquel sorprendente hexágono cada uno de cuyos lados medía unos 14.500 kilómetros de longitud (o sea, 2.000 kilómetros más que el diámetro de la tierra), con una anchura total del polígono de 29.000 kilómetros. Se calcula que su altura rondará los 300 kilómetros y tiene su origen en una corriente de chorro que forman los gases atmosféricos circulando a una velocidad de unos 320 kilómetros por hora.

A la izquierda, el mosaico de imágenes compuesto por David A. Godfrey en 1988 (con una cuadrícula que indica latitud y longitud); a la derecha, una foto tomada por la sonda Cassini en 2006/Imagen: NASA

De lo expuesto se deduce que el hexágono es un patrón meteorológico, localizado a setenta y ocho grados norte del polo del planeta y que mantiene esa peculiar forma porque no se desplaza longitudinalmente, como hacen otras nubes, sino que gira sobre sí mismo con un periodo rotacional de 10 horas, 39 minutos y 24 segundos, el mismo que las emisiones de radio de baja frecuencia por rotación medidas por la Voyager 2, procedentes del interior de Saturno (su magnetosfera fue descubierta en 1979 por otra sonda, la Pioneer 11); el hexágono y el huracán giran en sentido contrario a las agujas del reloj, frente a unos vórtices más pequeños que lo hacen en sentido horario.

Ahora bien ¿por qué esa singular formación hexagonal? La Universidad de Oxford ha desarrollado una hipótesis según la cual se genera en zonas donde hay un alto gradiente latitudinal en la velocidad de los vientos atmosféricos. El término gradiente se refiere al vector que mide la rapidez de variación de una magnitud física al desplazarse una cierta distancia, en este caso la latitud (distancia entre el ecuador y un punto del planeta).

Para demostrarlo, se llevó a cabo un experimento haciendo rotar el líquido de un tanque circular a velocidades distintas en el centro y en la periferia, consiguiendo formas de triángulo, octógono y, sobre todo, hexágono.

Imagen coloreada de la tormenta en el interior del hexágono, tomada por Cassini | foto NASA/JPL-Caltech/SSI en Wikimedia Commons

Esos polígonos se daban en un área de flujo turbulento, que es como se llama en mecánica de fluidos al movimiento caótico de un fluido, generando en la parte más lenta unos vórtices estables de tamaño similar que interactuaban entre sí para distribuirse uniformemente por el perímetro, e inducían al límite de la turbulencia a moverse hacia el norte de cada uno, originando la forma poligonal. Eso sí, hay factores condicionantes, de ahí que no se encuentren dichas formas en otros sitios; por ejemplo, en el polo sur de Saturno (donde sí hay un vórtice, según se observó con el telescopio espacial Hubble) o los polos de Júpiter.

Sin embargo, la de Oxford no es la única hipótesis. Hay otra que centra su atención en los llamados desprendimientos de vórtices, nombre que se da en dinámica de fluidos al flujo oscilante que produce un fluido cuando choca contra un obstáculo a determinada velocidad, generando vórtices en la parte del obstáculo opuesta al flujo que se desprenden alternativamente formando las conocidas como calles de vórtices Von Kármán (o torbellinos Von Kármán, en honor a su descubridor) y crean zonas de baja presión, haciendo que el objeto que forma el obstáculo sufra fuerzas que tienden a moverlo alternativamente hacia las zonas de baja presión.

Otra imagen del hexágono tomada por la Cassini | foto NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute en Wikimedia Commons

Los experimentos en laboratorio demuestran que eso no ocurre en Saturno, por lo que, recurriendo a simulaciones, algunos científicos creen que el responsable es una corriente en chorro serpenteante, localizada, lenta y poco profunda, que sigue la misma dirección que las nubes dominantes de Saturno igualando el comportamiento observado en el hexágono con la misma estabilidad límite. Por tanto, el vórtice del polo norte estabiliza el chorro circumpolar hexagonal y favorece esa forma poligonal.

Y hay más posibilidades. El Andy Ingersoll Laboratory del California Institute of Technology descubrió en 2020 que, cuando una tormenta está rodeada por un anillo de vientos que giran en la dirección opuesta, formando lo que denomina anillo anticiclónico, se crea un gradiente de vorticidad en el fondo de un ciclón vecino, lo que provoca un rechazo mutuo entre los ciclones, algo que favorece la disposición geométrica estable de los polígonos.

Volviendo a la historia, en 1997 empezó la misión Cassini-Huygens, nombre resultante de combinar los respectivos de la sonda y el módulo de descenso que formaban la nave espacial lanzada mediante un cohete Titan IVB/Centaur. Siete años más tarde, llegaba a la órbita de Saturno y mientras Huygens descendía sobre la luna Titán, Cassini se dedico a estudiar el planeta a partir de 2006. Dado que éste se hallaba privado de luz solar en ese momento, la sonda tuvo que utilizar una cámara de infrarrojos para tomar imágenes térmicas hasta 2009, en que el sol volvió a iluminarlo; fue cuando Cassini grabó un vídeo de mayor resolución del polo norte, mostrando el hexágono en movimiento.

El cambio de color experimentado por el hexágono de Saturno: de azul en 2013 a dorado en 2016/Imagen: dominio público en Wikimedia Commons

Desde entonces han sido varios los astrónomos que han podido fotografiarlo aprovechando esa iluminación, algunos incluso simples aficionados con telescopios modestos, y constataron un interesante cambio cromático ya captado por Cassini: si antes se veía el hexágono con un color azulado, entre 2012 y 2016 pasó adquirir una tonalidad dorada; probablemente, apuntan los expertos, por la neblina amarillenta que generan los rayos del sol al acercarse el solsticio de verano. Lo más sorprendente es que el centro del polígono mantiene el azul original.

Es posible que ello se deba a que la atmósfera en el interior del vórtice es el último lugar del hemisferio norte expuesto a la luz solar de primavera y verano, por lo que las partículas que componen la bruma aún no han cambiado el color de la región.

Una segunda explicación plantea la hipótesis de que el vórtice polar puede tener una circulación interna similar a los huracanes en la Tierra. Si es así, la circulación debería descender en el ojo del vórtice, manteniendo la atmósfera libre de las citadas partículas.


Fuentes

David A. Godfrey, A hexagonal feature around Saturn’s North Pole | VVAA, Saturn in the 21st century | Michele Dougherty, Larry Esposito y Stamatios Krimigis (eds.), Saturn from Cassini-Huygens | NASA Science, Saturn’s hexagon in motion | Página oficial de la NASA sobre la misión Voyager | Página oficial de la NASA sobre la misión Cassini-Huygens | Wikipedia


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