Exploración de Júpiter

La primera nave espacial en explorar Júpiter fue la Pioneer 10 , que sobrevoló el planeta en diciembre de 1973, seguida por la Pioneer 11 doce meses después. La Pioneer 10 obtuvo las primeras imágenes de cerca de Júpiter y sus lunas galileanas ; la nave estudió la atmósfera del planeta, detectó su campo magnético , observó sus cinturones de radiación y determinó que Júpiter es principalmente fluido. ^{[ 18 ] [ 19 ]} La Pioneer 11 realizó su máximo acercamiento, a unos 43 000  km de las cimas de nubes de Júpiter, el 3 de diciembre de 1974. Obtuvo imágenes espectaculares de la Gran Mancha Roja , realizó la primera observación de las inmensas regiones polares de Júpiter y determinó la masa de la luna Calisto . La información recopilada por estas dos naves espaciales ayudó a astrónomos e ingenieros a mejorar el diseño de futuras sondas para que se adaptaran mejor al entorno del planeta gigante. ^{[ 15 ] [ 20 ]}

Voyager 1 comenzó a fotografiar Júpiter en enero de 1979 y realizó su máximo acercamiento el 5 de marzo de 1979, a una distancia de 349.000  km del centro de Júpiter. ^{[ 21 ]} Este acercamiento permitió una mayor resolución de imagen, aunque la corta duración del sobrevuelo significó que la mayoría de las observaciones de las lunas , anillos , campo magnético y entorno de radiación de Júpiter se realizaron en el período de 48 horas que enmarcaba el acercamiento, a pesar de que Voyager 1 continuó fotografiando el planeta hasta abril. Pronto le siguió Voyager 2 , que realizó su máximo acercamiento el 9 de julio de 1979, ^{[ 22 ]} a 576.000 km de las cimas de nubes del planeta. ^{[ 23 ] [ 24 ]} La sonda descubrió el anillo de Júpiter, observó intrincados vórtices en su atmósfera, observó volcanes activos en Io , un proceso análogo a la tectónica de placas en Ganímedes, y numerosos cráteres en Calisto. ^{[ 25 ]}   

Las misiones Voyager mejoraron enormemente nuestra comprensión de las lunas galileanas y también descubrieron los anillos de Júpiter. Además, tomaron las primeras imágenes de cerca de la atmósfera del planeta , revelando la Gran Mancha Roja como una tormenta compleja que se mueve en sentido contrario a las agujas del reloj. Se encontraron otras tormentas y remolinos más pequeños a lo largo de las nubes en bandas (ver animación a la derecha). ^{[ 22 ]} Se descubrieron dos nuevos y pequeños satélites, Adrastea y Metis , orbitando justo fuera del anillo, convirtiéndose así en las primeras lunas de Júpiter identificadas por una nave espacial. ^{[ 26 ] [ 27 ]} Se descubrió un  tercer satélite nuevo, Tebe , entre las órbitas de Amaltea e  Io. ^{[ 28 ]}

El descubrimiento de actividad volcánica en la luna Io fue el hallazgo más inesperado de la misión, ya que fue la primera vez que se observó un volcán activo en un cuerpo celeste distinto de la Tierra. En conjunto, las Voyager registraron la erupción de nueve volcanes en Io, así como evidencia de otras erupciones ocurridas entre los encuentros de las Voyager. ^{[ 29 ]}

Europa mostró una gran cantidad de estructuras lineales que se cruzan en las fotos de baja resolución de la Voyager  1. Al principio, los científicos creyeron que estas estructuras podrían ser grietas profundas, causadas por la fractura de la corteza o procesos tectónicos . Las fotos de alta resolución de la Voyager  2 , tomadas más cerca de Júpiter, desconcertaron a los científicos, ya que las estructuras en estas fotos carecían casi por completo de relieve topográfico . Esto llevó a muchos a sugerir que estas grietas podrían ser similares a los témpanos de hielo en la Tierra, y que Europa podría tener un interior de agua líquida. ^{[ 30 ]} Europa podría ser internamente activa debido al calentamiento por mareas a un nivel aproximadamente una décima parte del de  Io, y como resultado, se cree que la luna tiene una corteza delgada de menos de 30 kilómetros (19 mi) de espesor de hielo de agua, posiblemente flotando sobre un océano de 50 kilómetros (31 mi) de profundidad . ^{[ 31 ]}  

El 8 de febrero de 1992, la sonda solar Ulysses sobrevoló el polo norte de Júpiter a una distancia de 451.000  km. ^{[ 32 ]} Esta maniobra de sobrevuelo fue necesaria para que Ulysses alcanzara una órbita de muy alta inclinación alrededor del Sol, aumentando su inclinación con respecto a la eclíptica a 80,2 grados. La gravedad del planeta gigante desvió la trayectoria de vuelo de la nave espacial hacia abajo y lejos del plano de la eclíptica, colocándola en una órbita final alrededor de los polos norte y sur del Sol. El tamaño y la forma de la órbita de la sonda se ajustaron en un grado mucho menor, de modo que su afelio permaneció aproximadamente a 5 UA (distancia de Júpiter al Sol), mientras que su perihelio se encontraba algo más allá de 1 UA (distancia de la Tierra al Sol). Durante su encuentro con Júpiter, la sonda realizó mediciones de la magnetosfera del planeta . Dado que la sonda no tenía cámaras, no se tomaron imágenes. En febrero de 2004, la sonda llegó nuevamente a las cercanías de Júpiter. Esta vez la distancia al planeta fue mucho mayor —unos 120 millones de km (0,8 UA)— pero realizó más observaciones de Júpiter. ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}  

En el año 2000, la sonda Cassini , en ruta hacia Saturno , sobrevoló Júpiter y proporcionó algunas de las imágenes de mayor resolución jamás tomadas del planeta. Su máximo acercamiento se produjo el 30 de diciembre de 2000, y realizó numerosas mediciones científicas. Se tomaron aproximadamente 26 000 imágenes de Júpiter durante el sobrevuelo, que duró varios meses. Esto dio como resultado el retrato global en color más detallado de Júpiter hasta la fecha, en el que las características visibles más pequeñas tienen aproximadamente 60 km (37 millas) de diámetro. ^{[ 36 ]}  

Un hallazgo importante del sobrevuelo, anunciado el 5 de marzo de 2003, fue el de la circulación atmosférica de Júpiter. En la atmósfera, se observan cinturones oscuros alternados con zonas claras, y estas zonas, con sus nubes pálidas, habían sido consideradas previamente por los científicos como áreas de aire ascendente , en parte porque en la Tierra las nubes tienden a formarse por el ascenso del aire. El análisis de las imágenes de Cassini mostró que los cinturones oscuros contienen células de tormenta individuales formadas por nubes blancas brillantes ascendentes, demasiado pequeñas para ser vistas desde la Tierra. Anthony Del Genio, del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA, afirmó que «los cinturones deben ser áreas de movimiento atmosférico neto ascendente en Júpiter, [por lo que] el movimiento neto en las zonas tiene que ser descendente». ^{[ 37 ]}

Otras observaciones atmosféricas incluyeron un óvalo oscuro y arremolinado de bruma atmosférica alta, del tamaño aproximado de la Gran Mancha Roja , cerca del polo norte de Júpiter. Las imágenes infrarrojas revelaron aspectos de la circulación cerca de los polos, con bandas de vientos que rodeaban el globo y bandas adyacentes que se movían en direcciones opuestas. El mismo anuncio también abordó la naturaleza de los anillos de Júpiter . La dispersión de la luz por partículas en los anillos mostró que las partículas tenían una forma irregular (en lugar de esférica) y probablemente se originaron como eyecciones de impactos de micrometeoritos en las lunas de Júpiter, probablemente en Metis y Adrastea . El 19 de diciembre de 2000, la nave espacial Cassini capturó una imagen de muy baja resolución de la luna Himalia , pero estaba demasiado lejos para mostrar detalles de la superficie. ^{[ 36 ]}

La sonda New Horizons , en ruta hacia Plutón , sobrevoló Júpiter para obtener asistencia gravitatoria y fue la primera sonda lanzada directamente hacia Júpiter desde la Ulysses en 1990. Su generador de imágenes de reconocimiento de largo alcance (LORRI) tomó sus primeras fotografías de Júpiter el 4 de septiembre de 2006. ^{[ 38 ]} La nave espacial comenzó un estudio más profundo del sistema joviano en diciembre de 2006 y realizó su máximo acercamiento el 28 de febrero de 2007. ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

Aunque cerca de Júpiter, los instrumentos de New Horizons realizaron mediciones precisas de las órbitas de las lunas interiores de Júpiter, en particular de Amaltea . Las cámaras de la sonda midieron volcanes en Io , estudiaron en detalle las cuatro lunas galileanas y realizaron estudios a larga distancia de las lunas exteriores Himalia y Elara . ^{[ 42 ]} La nave también estudió la Pequeña Mancha Roja de Júpiter , la magnetosfera del planeta y su tenue sistema de anillos. ^{[ 43 ]} 

El 19 de marzo de 2007, la computadora de Comando y Procesamiento de Datos sufrió un error de memoria irrecuperable y se reinició, lo que provocó que la nave espacial entrara en modo seguro. La nave se recuperó completamente en dos días, aunque se produjo cierta pérdida de datos en la magnetocola de Júpiter. No se registraron otros eventos de pérdida de datos relacionados con el encuentro. ^{[ 44 ]}

La primera nave espacial en orbitar Júpiter fue el orbitador Galileo , que entró en órbita alrededor de Júpiter el 7 de diciembre de 1995. Orbitó el planeta durante más de siete años, realizando 35 órbitas antes de ser destruido durante un impacto controlado con Júpiter el 21 de septiembre de 2003. ^{[ 45 ]} Durante este período, recopiló una gran cantidad de información sobre el sistema joviano; la cantidad de información no fue tan grande como se esperaba debido a que falló el despliegue de su antena transmisora ​​de radio de alta ganancia . ^{[ 46 ]} Los eventos principales durante el estudio de ocho años incluyeron múltiples sobrevuelos de todas las lunas galileanas , así como de Amaltea (la primera sonda en hacerlo). ^{[ 47 ]} También presenció el impacto del cometa Shoemaker-Levy 9 cuando se acercaba a Júpiter en 1994 y liberó una sonda atmosférica en la atmósfera joviana en diciembre de 1995. ^{[ 48 ]}

Las cámaras de la sonda Galileo observaron fragmentos del cometa Shoemaker-Levy 9 entre el 16 y el 22 de julio de 1994 mientras colisionaban con el hemisferio sur de Júpiter a una velocidad de aproximadamente 60 kilómetros por segundo . Esta fue la primera observación directa de una colisión extraterrestre de objetos del Sistema Solar . ^{[ 49 ]} Si bien los impactos tuvieron lugar en el lado de Júpiter oculto a la Tierra, Galileo , que entonces se encontraba a una distancia de 1,6 UA del planeta, pudo observar los impactos mientras ocurrían. Sus instrumentos detectaron una bola de fuego que alcanzó una temperatura máxima de unos 24 000 K , en comparación con la temperatura típica de la cima de las nubes jovianas de unos 130 K (−143 °C), y la columna de la bola de fuego alcanzó una altura de más de 3000 km. ^{[ 50 ]}      

Una sonda atmosférica fue liberada de la nave espacial en julio de 1995, entrando en la atmósfera del planeta el 7 de diciembre de 1995. Después de un descenso con alta gravedad a la atmósfera joviana, la sonda se deshizo de los restos de su escudo térmico y descendió en paracaídas a través de 150  km de atmósfera, recolectando datos durante 57,6  minutos, antes de ser aplastada por la presión y la temperatura a las que fue sometida (aproximadamente 22 veces la temperatura normal de la Tierra, a una temperatura de 153  °C). ^{[ 45 ]} Posteriormente se habría fundido y posiblemente vaporizado. El propio orbitador Galileo experimentó una versión más rápida del mismo destino cuando fue dirigido deliberadamente hacia el planeta el 21 de septiembre de 2003, a una velocidad de más de 50  km/s, ^{[ 46 ]} para evitar cualquier posibilidad de que chocara contra Europa y la contaminara . ^{[ 51 ]}

Los principales resultados científicos de la misión Galileo incluyen: ^{[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]}

• la primera observación de nubes de amoníaco en la atmósfera de otro planeta: la atmósfera crea partículas de hielo de amoníaco a partir de material que asciende desde profundidades más bajas;
• Confirmación de una intensa actividad volcánica en Io , cien veces mayor que la que se encuentra en la Tierra; el calor y la frecuencia de las erupciones recuerdan a la Tierra primitiva;
• observación de complejas interacciones de plasma en la atmósfera de Io que crean inmensas corrientes eléctricas que se acoplan a la atmósfera de Júpiter;
• aportando pruebas que respaldan la teoría de que existen océanos líquidos bajo la superficie helada de Europa;
• primera detección de un campo magnético sustancial alrededor de un satélite ( Ganímedes );
• Evidencia de datos magnéticos que sugiere que Europa, Ganímedes y Calisto tienen una capa de agua salada líquida bajo la superficie visible;
• evidencia de una delgada capa atmosférica en Europa, Ganímedes y Calisto conocida como ' exosfera superficial ';
• comprensión de la formación de los anillos de Júpiter (por el polvo levantado por meteoroides interplanetarios que chocan contra las cuatro pequeñas lunas interiores del planeta ) y observación de dos anillos exteriores y la posibilidad de un anillo separado a lo largo de la órbita de Amaltea ;
• identificación de la estructura global y la dinámica de la magnetosfera de un planeta gigante .

El 11 de diciembre de 2013, la NASA informó, basándose en los resultados de la misión Galileo , la detección de « minerales arcillosos » (específicamente, filosilicatos ), a menudo asociados con materiales orgánicos , en la corteza helada de Europa , luna de Júpiter . Según los científicos, la presencia de estos minerales podría haber sido el resultado de una colisión con un asteroide o cometa . ^{[ 57 ]}

La NASA lanzó Juno el 5 de agosto de 2011 para estudiar Júpiter en detalle. Entró en una órbita polar alrededor de Júpiter el 5 de julio de 2016. La nave espacial estudia la composición del planeta , su campo gravitatorio , su campo magnético y su magnetosfera polar . Juno también busca pistas sobre cómo se formó Júpiter, incluyendo si el planeta tiene un núcleo rocoso, la cantidad de agua presente en su atmósfera profunda y cómo se distribuye la masa dentro del planeta. Juno también estudia los vientos profundos de Júpiter, ^{[ 58 ] [ 59 ]} que pueden alcanzar velocidades de 600  km/h. ^{[ 60 ] [ 61 ]} Hasta mayo de 2026, Juno ha completado 83 órbitas alrededor de Júpiter. ^{[ 62 ] [ 63 ]}

Entre los primeros resultados, Juno recopiló información sobre los relámpagos jovianos que revisó teorías anteriores. ^{[ 64 ]} Juno proporcionó las primeras imágenes del polo norte de Júpiter, así como información sobre las auroras, el campo magnético y la atmósfera de Júpiter. ^{[ 65 ]}

En 2021, el análisis de la frecuencia de impactos de polvo interplanetario (principalmente en la parte posterior de los paneles solares), mientras Juno pasaba entre la Tierra y el cinturón de asteroides, indicó que este polvo, que causa la luz zodiacal , proviene de Marte , en lugar de cometas o asteroides que provienen del sistema solar exterior, como se pensaba anteriormente. ^{[ 66 ]}

Juno realizó numerosos descubrimientos que ponen en entredicho las teorías existentes sobre la formación de Júpiter. Al sobrevolar los polos de Júpiter, captó imágenes de cúmulos de ciclones estables presentes en ellos. ^{[ 67 ]} Descubrió que la magnetosfera de Júpiter es irregular y caótica. Mediante su radiómetro de microondas, Juno halló que las bandas rojas y blancas visibles en Júpiter se extienden cientos de kilómetros hacia la atmósfera joviana, a pesar de que el interior de Júpiter no está mezclado de manera uniforme. Esto ha dado lugar a la teoría de que Júpiter no tiene un núcleo sólido, como se creía anteriormente, sino un núcleo "difuso" compuesto de fragmentos de roca e hidrógeno metálico . Este peculiar núcleo podría ser el resultado de una colisión ocurrida en las primeras etapas de la formación de Júpiter. ^{[ 68 ]}

En abril de 2020, Juno detectó un impacto de meteorito en Júpiter , con una masa estimada de 250–5000 kg. ^{[ 69 ]}

Los resultados de Juno sobre las tormentas sugieren que son mucho más altas de lo esperado, con algunas extendiéndose 60 millas (100 kilómetros) por debajo de la cima de las nubes y otras, incluyendo la Gran Mancha Roja, extendiéndose más de 200 millas (350 kilómetros). Con Juno viajando a baja altura sobre la capa de nubes de Júpiter a aproximadamente 130 000 mph (209 000 km/h), los científicos de Juno pudieron medir cambios de velocidad tan pequeños como 0,01 milímetros por segundo utilizando una antena de seguimiento de la Red del Espacio Profundo de la NASA, desde una distancia de más de 400 millones de millas (650 millones de kilómetros). Esto permitió al equipo limitar la profundidad de la Gran Mancha Roja a unas 300 millas (500 kilómetros) por debajo de la cima de las nubes. Los nuevos resultados muestran que los ciclones son más cálidos en la parte superior, con densidades atmosféricas más bajas, mientras que son más fríos en la parte inferior, con densidades más altas. Los anticiclones, que giran en la dirección opuesta, son más fríos en la parte superior pero más cálidos en la inferior. ^{[ 70 ]}

El Explorador de Lunas Heladas de Júpiter ( JUICE ) de la ESA ha sido seleccionado como parte del programa científico Cosmic Vision de la ESA. Fue lanzado el 14 de abril de 2023 y, después de una serie de sobrevuelos en el Sistema Solar interior, llegará a Júpiter en 2031. ^{[ 4 ] [ 71 ]} En 2012, la Agencia Espacial Europea seleccionó a JUICE como su primera misión de gran envergadura, reemplazando su contribución a la EJSM, el Orbitador de Júpiter y Ganímedes ( JGO ). ^{[ 72 ]} La asociación para la Misión del Sistema Europa-Júpiter ha finalizado desde entonces, pero la NASA continuará contribuyendo a la misión europea con hardware y un instrumento. ^{[ 73 ]}

La misión Europa Clipper de la NASA se centrará en el estudio de Europa , la luna de Júpiter . ^{[ 74 ]} Fue lanzada el 14 de octubre de 2024, ^{[ 75 ]} y entrará en órbita joviana tras un viaje de 5,5 años y asistencias gravitatorias de Marte y la Tierra. La nave espacial sobrevolará Europa al menos 49 veces para minimizar los daños por radiación. ^{[ 74 ]}

Debido a la posibilidad de que existan océanos líquidos subterráneos en las lunas de Júpiter , Europa , Ganímedes y Calisto , ha habido un gran interés en estudiar en detalle estas lunas heladas. Las dificultades de financiación han retrasado el progreso. La misión Europa Orbiter ^{[ 81 ]} fue una misión planificada por la NASA a Europa, que fue cancelada en 2002. ^{[ 82 ]} Sus principales objetivos incluían determinar la presencia o ausencia de un océano subterráneo e identificar posibles sitios para futuras misiones de aterrizaje. También se estudiaron la misión JIMO ( Jupiter Icy Moons Orbiter ) de la NASA, que fue cancelada en 2005, ^{[ 83 ]} y una misión europea Jovian Europa Orbiter , ^{[ 84 ]} pero fueron reemplazadas por la misión Europa Jupiter System Mission . ^{[ 85 ]}

La Misión del Sistema Europa-Júpiter (EJSM) fue una propuesta conjunta de la NASA y la ESA para la exploración de Júpiter y sus lunas. En febrero de 2009 se anunció que ambas agencias espaciales habían dado prioridad a esta misión sobre la Misión del Sistema Titán-Saturno . ^{[ 85 ] [ 86 ]} La propuesta incluía una fecha de lanzamiento alrededor de 2020 y consistía en el Orbitador Júpiter-Europa liderado por la NASA y el Orbitador Júpiter-Ganimede liderado por la ESA . ^{[ 87 ] [ 88 ] [ 89 ]} La contribución de la ESA había encontrado competencia de financiación por parte de otros proyectos de la ESA. ^{[ 90 ]} Sin embargo, el Orbitador Júpiter-Europa (JEO), la contribución de la NASA, fue considerado demasiado caro por el Estudio Decenal Planetario. El estudio apoyó una alternativa más barata al JEO. ^{[ 91 ]} Al final, toda la misión EJSM, con todas las naves espaciales propuestas por la NASA y la ESA (y JAXA), fue cancelada (junto con varias propuestas relacionadas de Roscosmos). Sin embargo, las naves espaciales JUICE de la ESA y Europa Clipper de la NASA , que surgieron del proyecto EJSM cancelado, se construyeron más tarde. ^{[ 92 ]}