Tránsitos y eclipses de los satélites de Júpiter

Los tránsitos de los satélites de de Júpiter han influido notablemente en la astronomía e incluso en la concepción del Sistema Solar. El primero en observarlos fue Galileo en 1609, la observación de las lunas de Júpiter era una prueba irrefutable del sistema heliocéntrico, de alguna manera era una miniatura del mismo sistema solar.

Pronto se observó que que sus periodos eran regulares, y sucedían en el mismo instante era independiente del lugar de la Tierra desde la que se observasen, por lo que se quiso utilizar para conocer la hora en alta mar. Conocer la hora para los marinos en alta mar era de suma importancia, ya que era imprescindible para conocer la posición del buque. Desde un barco en movimiento seguir los movimientos de los satélites de Júpiter era harto complicado. Galileo construyó un instrumento específico para su observación al que denominó Celatone. En esencia un telescopio que se acoplaba a la cabeza del observador para observar a Júpiter. Aun así observar los eventos de los satélites jovianos desde la cubierta de un barco era tarea imposible, por lo que se abandonó el método en alta mar, pero se utilizó desde tierra firme como uno de los mejores métodos para conocer la hora, fundamental para cartografía.

Tanto se exprimió el método en la composición de las efemérides de los satélites jovianos que Ole Römer descubrió que los instantes efectivos de los eventos se apartaban hasta 22 minutos de los predichos por G.D. Cassini. Interpretó correctamente estas diferencias como el tiempo que tardaba la luz del Júpiter en llegar hasta la Tierra según estuviese en la posición más próxima al planeta o en la más alejada, así cifró en 200.000 Km/seg. La velocidad de la luz en 1676. Ahora sabemos que la diferencia entre los eventos de Júpiter es de 16 minutos y la velocidad de la luz 299.792,5 km/seg.

 

Órbita de la Tierra y Júpiter

La figura 1. Muestra la posición del Sol, Tierra, Júpiter y un satélite representados desde el polo norte de la eclíptica. Tanto Júpiter como los satélites y la Tierra giran en sentido contrario a las agujas del reloj. Los conos negros representan las sombras de Júpiter y del satélite. Vemos que desde la oposición hasta la conjunción la sombra del planeta está al este, -el planeta es visible por la tarde- y desde la oposición a la conjunción la sombra está al oeste -el planeta es visible por la madrugada-.

 

Descripción de los eventos

Distinguimos entre cuatro eventos:

Tránsito: cuando un satélite pasa por delante de Júpiter.

Tránsito de la sombra: cuando la sombra del satélite recorre la superficie de Júpiter.

Ocultación: cuando el satélite se encuentra detrás de Júpiter.

Eclipse: cuando el satélite está en la sombra de Júpiter.

Figura 2. Tomamos como base para la representación cuando la sombra está al este del planeta/satélite. Convenciones empleadas en la representación:

JP: Júpiter.

SP: Sombra de Júpiter.

ST: Satélite.

SS: Sombra del satélite.

Figura 3. Tránsito, el satélite pasa por delante del planeta, en nuestra representación el satélite se mueve hacia la derecha.

3.1: Comienza el tránsito del satélite. Dado que el brillo superficial y color de ambos astros son similares el tránsito es un evento difícil de observar.

3.2: Comienza el tránsito de la sombra del satélite. Se observa como un punto negro en la superficie del planeta, es fácil de observar con telescopio y una noche sin turbulencia.

3.3: Fin del tránsito del satélite. El satélite es bien visible junto al planeta, es el momento adecuado para observar al mismo tiempo el satélite y su sombra sobre el planeta.

3.4: Fin del tránsito de la sombra.

Cuando la sombra del satélite está al oeste (a la derecha en nuestra representación) primero ingresa la sombra y después el satélite.

Eclipses de los satélites de Júpiter

Figura 4. Ocultación, el satélite pasa por detrás del planeta, en nuestra representación el satélite se mueve desde la izquierda hacia la derecha.

4.1: Comienza la ocultación del satélite. Se observa bien un astro junto al otro.

4.2: El satélite ha desaparecido detrás del planeta.

4.3: Fin de la ocultación, comienza el eclipse. El satélite emerge pero no es visible por que está en la sombra del planeta.

4.4: Fin del eclipse: El satélite sale de la sombra del planeta.

Cuando la sombra del planeta está al oeste (estaría a la derecha del planeta en nuestra representación) primero se produce el eclipse y después la ocultación.

Contactos entre el satélite y el planeta

Figura 5. En los tránsitos podemos distinguir cuatro instantes denominados contactos.

1 – Primer contacto: Cuando el satélite toca el disco del planeta por el exterior, comienza el evento.

2 – Segundo contacto: Cuando todo el satélite ingresa delante del planeta.

2 – Tercer contacto: El disco del satélite comienza a salir del disco del planeta.

4 – Cuarto contacto: El disco del satélite linda con el disco del planeta por el exterior, fin del evento.

Transito de Io y de su sombra por Júpiter

Imagen 1. Tránsito de Io captado por el telescopio Hubble, se observa perfectamente el satélite y su sombra. La poca diferencia de brillo entre las superficies del planeta y del satélite es la causa de que este sea difícil de observar, no así su sombra que destaca muy bien. ©NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team.

Ocultación de Ganímedes

Imagen 2. Comienza una ocultación de Ganímedes. Sabemos que es una ocultación por que el disco del satélite no es circular, comienza a ocultarse tras Júpiter. Imagen del Hubble ©NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team.

 

Observación

Para ver los eventos de Júpiter seguimos las mismas pautas que para observar el planeta. Utilizar el mayor aumento posible dentro del equipo que utilizamos y en función de la turbulencia atmosférica. Para observar un eclipse valen unos prismáticos. En el eclipse el satélite sencillamente desaparece de nuestra vista, por lo que es fácil de observarlo, incluso con unos prismáticos. Cualquier instrumento que nos permita ver al satélite nos sirve. En la reaparición aparece el satélite sobre el cielo en las inmediaciones del planeta, es muy fácil de observar y muy curioso.

La ocultación es algo más complicada de observar. Cuando está lejos nos basta con ver un punto brillante, la magnitud de los satélites está en torno a la 5ª – 6ª magnitud, son muy brillantes, pero cuando se aproxima hay que distinguir el disco del satélite y el del planeta, entonces es necesario disponer de un instrumento con más aumento.

Para observar el tránsito de la sombra es necesario como mínimo un aumento de 100x para distinguir la sombra, que es un punto pequeño en la superficie de Júpiter.

Los satélites son discos pequeños, pero discos al fin, esto significa que todos los eventos son graduales y toman un tiempo que puede ser de muchos segundos incluso minutos, desde que comienza la ocultación de un satélite hasta que todo él está oculto. Depende fundamentalmente del diámetro del satélite y su velocidad aparente. Los diámetros de los satélites son bastante similares, por lo que los eventos de Io son más rápidos que los de Ganímedes, debido a que la velocidad de aquel es mucho mayor que la de este.

 

Efemérides

Se conoce como efemérides a las predicciones de eventos astronómicos, pueden expresarse en forma de tablas y/o gráficos. Si disponemos del programa Occult es muy sencillo generar este tipo de efemérides. Estos son los eventos previstos para los meses de abril y mayo de 2020, visibles desde las coordenadas = latitud 40º norte y longitud 0º, dentro del periodo en el que el planeta está sobre el horizonte durante la noche.

Los fenómenos se expresan mediante las siguientes claves:

Las primeras columnas corresponden a la fecha:

La primera columna al día. Segunda la hora. Tercera minutos y décimas de minuto.

Las siguientes columnas, separadas por puntos identifican el evento:

1, 2, 3, 4, corresponden al satélite que protagoniza el evento según el orden: 1 = Io, 2 = Europa, 3 = Ganímedes, 4 = Callisto.

Evento según la clave: Tr = tránsito, Sh = tránsito de la sombra, Oc = ocultación, Ec = eclipse.

Por último una letra que designa la fase del evento: I = inmersión, comienzo de un tránsito. E = emerge, fin de un tránsito. D = desaparición en una ocultación o eclipse. R = reaparición de ocultación o eclipse.

Por ejemplo el 12 de abril a las 4 horas 10,5 minutos se produce un tránsito de la sombra de Europa. No aparece el fin del tránsito por que sucede después de la salida del sol.

El día 15 de abril, a las 2h 35,2 minutos inicia un tránsito Io, una hora después a las 3h 32,4 minutos finaliza el tránsito la sombra (que se habrá iniciado antes de que saliese Júpiter) a las 4h 51,2 m finaliza el tránsito Io.

Los tiempos están expresados en TU, hay que sumarle una hora en invierno y dos en verano para convertirlo a hora oficial.

 

Tabla de eventos de los satélites de Júpiter para abril y mayo de 2020

Abril

          1 3 53.7 3.Tr.I    12 4 10.5 2.Sh.I    22 3 11.1 1.Sh.I

          5 4 7.9 2.Tr.I     14 3 54.1 2.Oc.R    22 4 28.7 1.Tr.I

          5 4 18.6 2.Sh.E    14 4 6.9 1.Ec.D     23 4 2.7 1.Oc.R

          6 4 55.3 1.Sh.I    15 2 35.2 1.Tr.I    25 2 45.6 4.Ec.R

          7 2 13.6 1.Ec.D    15 3 32.4 1.Sh.E    26 4 2.0 3.Ec.R

          8 2 46.0 3.Sh.I    15 4 51.2 1.Tr.E    28 3 37.1 2.Ec.D

          8 2 56.7 1.Tr.E    16 2 9.8 1.Oc.R     30 1 3.8 2.Tr.I

                             19 2 7.1 3.Oc.D     30 1 16.9 2.Sh.E

                                                 30 2 21.6 1.Ec.D

                                                 30 3 49.6 2.Tr.E

Mayo

           1 0 49.1 1.Tr.I    14 1 50.9 3.Sh.E    21 2 37.4 3.Sh.I

          1 1 48.5 1.Sh.E    14 3 23.4 3.Tr.I    23 0 44.1 2.Ec.D

          1 3 5.3 1.Tr.E     14 3 40.7 2.Sh.I    23 2 29.6 1.Ec.D

          7 1 7.4 2.Sh.I     15 3 20.5 1.Sh.I    23 23 42.8 1.Sh.I

          7 3 32.2 2.Tr.I    16 0 36.3 1.Ec.D    24 0 46.6 1.Tr.I

          7 3 50.5 2.Sh.E    16 3 20.2 2.Oc.R    24 1 58.9 1.Sh.E

          7 4 14.8 1.Ec.D    16 4 2.1 1.Oc.R     24 3 3.3 1.Tr.E

          8 1 26.8 1.Sh.I    17 0 4.9 1.Sh.E     25 0 17.4 1.Oc.R

          8 2 40.2 1.Tr.I    17 1 14.3 1.Tr.E    25 0 18.5 3.Oc.R

          8 3 42.4 1.Sh.E    20 0 28.9 4.Sh.I    25 0 20.3 2.Tr.E

          9 2 12.7 1.Oc.R    20 4 7.9 4.Sh.E     29 0 39.8 4.Oc.R

                                                 30 3 20.5 2.Ec.D

                                                 31 1 36.7 1.Sh.I

                                                 31 2 34.3 1.Tr.I

                                                 31 3 53.0 1.Sh.E

                                                 31 23 57.6 3.Ec.R

 

Efemérides obtenidas con el programa Occult 4.0.7.0.

Dibujos elaborados por el autor.