Resuelto el misterio de los vientos extremos de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno
Un nuevo modelo físico revela que un mismo mecanismo puede generar los vientos opuestos que alcanza velocidades próximas a los 1.800 km/h y que azotan a los gigantes del Sistema Solar. La clave está en cómo el calor interior y la rotación moldean sus atmósferas.
Por Enrique Coperías
Imagen en falso color de Júpiter tomada por el telescopio espacial James Webb, que muestra una densa banda de nubes en el ecuador, varias tormentas brillantes y las auroras rojizas que iluminan los polos. Cortesía: NASA, ESA, CSA, STScI, R. Hueso/Univ. of the Basque Country, I. de Pater/UCB, T. Fouchet/Observatory of Paris, L. Fletcher/Univ. of Leicester, M. Wong/UCB, J. DePasquale/STScI
Durante décadas, los astrónomos se han maravillado ante las potentes corrientes en chorro que recorren los gigantes del Sistema Solar. En Júpiter y Saturno, esas franjas ecuatoriales soplan hacia el este —en el mismo sentido de rotación del planeta— a cientos de kilómetros por hora. En cambio, en Urano y Neptuno lo hacen hacia el oeste, en dirección contraria. Hay que decir como curiosidad que el viento más rápido jamás medido en el Sistema Solar se detectó en Neptuno, con una velocidad de 1.800 km/h. Una brisa si lo comparamos con los vientos en el ecuador del exoplaneta gigante WASP-127b, donde alcanzan velocidades de hasta 33 000 km/h.
Estamos ante dos comportamientos opuestos en cuatro mundos formados de manera parecida, que giran casi al mismo ritmo y que están dominados por los mismos ingredientes. ¿Por qué?
Un equipo internacional liderado por Keren Duer-Milner, del Instituto Weizmann de Ciencias, en Israel, y el Observatorio de Leiden, en los Países Bajos, propone ahora una explicación que reconcilia ambos extremos: un único mecanismo físico capaz de generar tanto los vientos progrados (hacia el este) como los retrógrados (hacia el oeste).
Un modelo unificado para las corrientes ecuatoriales
Según publican en la revista Science Advances, bastan pequeños matices en la profundidad o geometría de la capa convectiva —la zona del interior planetario donde el calor se transporta mediante movimientos ascendentes y descendentes de materia— para que el sistema adopte una de las dos configuraciones posibles.
En esencia, se trata de un mismo proceso que puede bifurcarse en dos estados estables, como una moneda que puede caer por cualquiera de sus dos caras.
El hallazgo ofrece por primera vez un marco unificado para entender los vientos de los planetas gigantes, y sugiere que las atmósferas de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno obedecen a la misma dinámica profunda.
Los mundos del viento eterno
Las observaciones de sondas espaciales como la Voyager 2, la Cassini y la Juno han revelado que los gigantes gaseosos están surcados por potentes corrientes zonales —bandas de viento que circundan el planeta paralelas al ecuador—. En Júpiter, el chorro ecuatorial alcanza velocidades de unos 306 km/h; en Saturno, llega a triplicar esa cifra. En Urano y Neptuno, en cambio, el viento dominante sopla en sentido contrario, con ráfagas que pueden superar los 1.450 km/h.
Pese a las diferencias, los cuatro planetas comparten parámetros básicos muy parecidos: rotan con periodos de diez a diecisiete horas, presentan radios similares respecto a su masa y muestran un flujo interno de calor comparable. Incluso la profundidad a la que se hunden sus vientos —entre el 85% y el 95 % del radio planetario— varía menos de lo esperado. Todo indicaba que el contraste entre superrotación (hacia el este) y subrotación (hacia el oeste) no podía deberse a mecanismos radicalmente distintos, sino a diferentes expresiones de un mismo fenómeno.
Hasta ahora, la comunidad científica manejaba dos explicaciones principales.
✅ Una atribuía las corrientes a la convección interna, es decir, al movimiento del calor generado en el interior del planeta.
✅ Lla otra las vinculaba a la radiación solar, responsable de inestabilidades en las capas externas.
Los modelos de convección profunda solían reproducir bien las corrientes en chorro de Júpiter y Saturno, pero no las de Urano y Neptuno. Los modelos más someros, en cambio, generaban vientos retrógrados como los de los gigantes helados, pero no podían explicar su persistencia a tanta profundidad.
Dos simulaciones con idénticos parámetros físicos muestran resultados opuestos: una genera un chorro ecuatorial hacia el este (A, superrotación) y la otra hacia el oeste (B, subrotación). En ambas, las columnas de convección se inclinan en sentidos contrarios, dando origen a vientos de dirección inversa. Cortesía: Keren Duer-Milner et al.
El misterio de la dirección de las corrientes en chorro
Duer-Milner y sus colegas partieron de una idea sencilla: quizá no existen dos mecanismos distintos, sino un único proceso que admite dos soluciones igualmente estables. En lugar de forzar los modelos a reproducir las observaciones de un planeta concreto, exploraron las ecuaciones de la dinámica de fluidos planetaria en un contexto genérico: una esfera gaseosa en rotación con convección interna.
Usaron para ello el código numérico Rayleigh, una herramienta de simulación tridimensional capaz de representar los complejos flujos que se generan en el interior de los planetas gigantes.
Mantuvieron constantes todos los parámetros físicos —rotación, densidad, gradiente térmico, viscosidad— y realizaron decenas de simulaciones 3D introduciendo solo pequeñas perturbaciones aleatorias. Para sorpresa del equipo, el sistema evolucionaba de dos maneras posibles: en unas ocasiones aparecía una corriente ecuatorial hacia el este, en otras, una corriente idéntica pero hacia el oeste. Nada en las condiciones iniciales determinaba a priori el resultado. Era, literalmente, una bifurcación atmosférica.
Cómo se forman los vientos: las columnas inclinadas de convección
El origen del fenómeno, explican los autores, reside en la forma que adoptan las celdas de convección bajo la influencia de la rotación planetaria. En el interior de un planeta gigante, el calor hace que el gas ascienda y descienda en columnas alineadas con el eje de giro. Si esas columnas se inclinan ligeramente en un sentido —por efecto de la curvatura de la capa o de las condiciones de frontera—, transfieren momento angular hacia el exterior, generando un viento prograde en el ecuador. Si se inclinan en sentido contrario, el flujo resultante es retrógrado.
Lo llamativo es que ambas configuraciones son físicamente posibles y estables. La diferencia no proviene de cambios drásticos en la composición o el ritmo de rotación, sino del detalle geométrico de cómo esas columnas interactúan con los límites superior e inferior del fluido. En dominios más profundos —como los de Saturno— predomina el patrón de superrotación; en capas más delgadas, típicas de los gigantes helados, emerge la subrotación.
Entre ambos extremos, como en el caso de Júpiter, pueden coexistir las dos soluciones, de modo que pequeñas variaciones en las condiciones iniciales bastarían para inclinar la balanza hacia un sentido u otro.
El modelo matemático reproduce además características observadas en las atmósferas planetarias reales: las ondas ecuatoriales que acompañan a los chorros, su simetría respecto al ecuador y la estructura de las turbulencias atmosféricas que los alimentan. Las simulaciones muestran incluso que las ondas se desplazan en direcciones opuestas en cada caso —progradas en los chorros hacia el este y retrógradas en los del oeste—, pero con velocidades casi idénticas. Esa simetría refuerza la idea de que ambos regímenes son hermanos gemelos del mismo fenómeno.
Una moneda con dos caras
El análisis estadístico de más de treinta simulaciones planetarias reveló que el sistema tiene dos estados estables que se mantienen incluso tras miles de rotaciones. En los términos de la física de sistemas complejos, se trata de un nudo de silla o bifurcación de nodo doble, donde la solución estable depende de pequeñas fluctuaciones iniciales. Si el flujo parte de un ruido aleatorio, la probabilidad de acabar en un estado u otro es similar, como lanzar una moneda perfectamente equilibrada.
Al representar la intensidad del viento ecuatorial en función de la profundidad de la capa convectiva, los investigadores obtuvieron un diagrama con dos ramas: una que corresponde a la superrotación y otra a la subrotación.
Entre ambas aparece una región intermedia donde los dos estados son posibles. Esa franja, según los autores, podría albergar a Júpiter, Urano y Neptuno. Saturno, en cambio, se situaría en la zona donde solo la superrotación es estable, lo que encaja con las observaciones.
Implicaciones para la meteorología planetaria y los exoplanetas
La nueva teoría no solo explica la dicotomía entre los gigantes gaseosos y los gigantes helados, sino que ofrece un marco aplicable a cualquier planeta masivo en rotación, incluso a los exoplanetas. Muchos de esos mundos —los llamados Jupíteres calientes, que orbitan muy cerca de sus estrellas— muestran en sus atmósferas superrotaciones extremas, probablemente impulsadas por mecanismos similares de convección y geometría planetaria.
Entender cómo se forman y mantienen esas corrientes podría ayudar a interpretar la meteorología de planetas lejanos e incluso de estrellas enanas.
Además, la identificación de una bifurcación atmosférica inherente al sistema sugiere que pequeñas variaciones en la composición o la estructura interna de un planeta podrían bastar para invertir la dirección de sus vientos ecuatoriales.
«Es un recordatorio de que la naturaleza no siempre necesita procesos distintos para producir comportamientos opuestos —explica Duer-Milner—. A veces, un mismo motor físico puede generar resultados radicalmente diferentes».
Una potente corriente en chorro atraviesa el hemisferio norte de Saturno en esta imagen en falso color tomada por la sonda Cassini de la NASA.
Las nubes asociadas al chorro se aprecian como una fina línea anaranjada que serpentea hacia el sur cerca del centro de la imagen. Cortesía: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Entre la teoría y la realidad
Los autores reconocen, sin embargo, que su modelo se sitúa en un régimen idealizado, cercano al inicio de la convección rotante y lejos del caos turbulento que domina las atmósferas reales. Los gigantes del Sistema Solar presentan niveles de turbulencia mucho más altos, imposibles de reproducir todavía en simulaciones de alta resolución.
Pese a ello, las leyes fundamentales de conservación del momento y de interacción entre la convección y la rotación siguen siendo las mismas, por lo que los resultados capturan la esencia del fenómeno.
El trabajo también deja abierta la posibilidad de que otros factores , como los campos magnéticos planetarios, las variaciones de densidad atmosférica y la composición de las capas profundas, influyan en la dirección final de los chorros. En particular, los campos magnéticos inclinados de Urano y Neptuno podrían reforzar el patrón retrógrado. Pero el modelo unificado ofrece un punto de partida sólido: demuestra que no es necesario invocar mecanismos exóticos para explicar el comportamiento de unos y otros.
Un lenguaje común para los mundos gigantes
El estudio de Duer-Milner, Nimrod Gavriel, Eli Galanti, Eli Tziperman y Yohai Kaspi abre así una nueva etapa en la comprensión de la meteorología planetaria. Donde antes se veían contradicciones —vientos opuestos, climas divergentes—, ahora se perfila una estructura común.
Las corrientes en chorro que surcan los cielos de Júpiter y Saturno, y las que soplan en dirección contraria sobre Urano y Neptuno, serían manifestaciones complementarias del mismo fenómeno físico: la danza de columnas de gas que, inclinadas por la rotación planetaria y la geometría esférica, transfieren energía y momento hasta tejer los vientos más veloces del Sistema Solar.
En palabras de los investigadores, «superrotación y subrotación emergen como ramas estables de una misma solución». O dicho de otro modo: la atmósfera de los gigantes no tiene un solo rostro, sino dos, y ambos se esconden en la misma ecuación. ▪️
Fuente: Keren Duer-Milner et al. From gas to ice giants: A unified mechanism for equatorial jets. Science Advances (2025). DOI:10.1126/sciadv.ads8899
