Otros aspectos generales de la circulación atmosférica
 Una de las cuestiones que permanecen todavía sin resolver es la profundidad a la que se
mantienen los flujos zonales. Si es de algunas pocas escalas de altura (H~30 km), entonces la atmósfera es poco profunda y puede
suponerse en equilibrio hidrostático. En este caso, sólo hace falta tener en cuenta la componente vertical de la velocidad angular
en la ecuación de momento meridional. Se puede demostrar en ese caso, que el "shear" vertical es directamente proporcional al
gradiente meridional de temperatura mediante la expresión:
Donde a es el radio de Júpiter y el símbolo "-" se refiere a un valor promediado zonalmente. Suponiendo una capa que rota
de manera rígida de sólo 3 escalas de altura (~100 km), entonces el chorro hacia el este de 130 m/s que hay en 23º N implicaría un
gradiente de 18 K por 10º de latitud. Tal gradiente no se observa.
Si suponemos que es una atmósfera más profunda, comparable a la escala horizontal de los chorros (~104 km), entonces
estudiando la ecuación del viento térmico se puede encontrar:
Esto es equivalente a considerar flujos geostróficos. La principal conclusión que podemos sacar es que en este caso
la velocidad zonal sólo depende de la distancia al eje de rotación del planeta. Esto quiere decir que es constante a lo largo de
cilindros coaxiales con dicho eje y que se supone se extienden por toda la capa externa de hidrógeno molecular
(véase la siguiente figura), que tienen un radio entre 0.75 y 0.8 RJ. Entonces los cilindros que intersectan
el nivel visible de nubes a latitudes de aproximadamente 40º (el valor del arccos 0.75), no atraviesan la capa de hidrógeno
metálico. Con estas hipótesis, que son propuestas por Cuong y Williams, se deduciría que debe existir una simetría ecuatorial
de la estructura de bandas y zonas.
Figura 12: Modelo de cilindros coaxiales
Hay algunos problemas para este modelo: la presencia de un fuerte campo magnético debido a los movimientos en la
capa metálica conductora, podría generar grandes fuerzas de Lorentz en la capa externa de H2 con las que la
simetría cilíndrica podría verse afectada.
Otro aspecto interesante es que si estudiamos el momento angular específico
que tendrían las masas de aire si rotaran con el mismo periodo que el Sistema III (el del campo magnético), o sea,
Wa2, y lo comparamos con el que verdaderamente tienen y es posible medir,
vemos que en general, el primero es menor que el segundo. Sin embargo, a medida que nos desplazamos a latitudes bajas,
va creciendo progresivamente hasta que lo iguala, y por último, en el ecuador lo supera. Véase la figura 13.
Figura 13:
Puesto que m decrece monótonamente del ecuador hacia los polos, esto podría ser una posible explicación para las
velocidades de los vientos zonales: Una masa de aire en el ecuador se desplaza desde las bajas a las altas latitudes conservando
su momento angular; mediante algún proceso disipativo, dicho momento puede serle sustraido y cedido a las masas de aire de
ese nivel.
Por otro lado es llamativo el exceso positivo de m en el ecuador. Esto no sucede en la Tierra, donde dicho exceso
es siempre negativo.
La componente axial del momento angular específico se puede escribir como:
Para la Tierra, se puede demostrar que existe un máximo de momento angular dado por
Wrmáx2 , donde rmáx es la máxima distancia de
la circulación al eje de rotación del planeta (que vale aproximadamente a~6400 km). Para Júpiter, sin embargo, como el
exceso ecuatorial vale ~0.01, si una masa de aire descendiera conservando su momento angular de manera que consiguiera
explicar este exceso, debería hacerlo desde ~0.01 a/2=350 km=15 escalas de altura, por encima de las nubes visibles.
Parece ser que son los propios remolinos que se forman en la atmósfera los que transportan momento angular hacia el
ecuador; toman su energía de la flotabilidad convectiva debido a las diferencias de densidad de las masas de aire calientes y
frías, lo cual libera energía potencial gravitatoria. Mediante procesos disipativos, consigue fortalecer de esta forma los vientos
zonales. De hecho, la fracción de energía de flotabilidad convertida en turbulencias supera el 10% en Júpiter, según las
estimaciones, a diferencia del escaso 1% en la Tierra.
Los experimentos de Read (1986) modelizan la transferencia de momento angular mediante un anillo cilíndrico rotante,
que es calentado y enfriado por sus paredes (la exterior está más caliente que la interior). Algunos casos numéricos han
conseguido que m > Wrmáx2, cerca de la pared externa en el estado
estacionario. La circulación que aparece se caracteriza por un hundimiento del flujo en la parte interior del anillo, los flujos de
momento zonal están dirigidos hacia las regiones de alto momento angular, de manera que se compensa la advección hacia
el interior de provocada por la circulación zonal.
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