El telescopio espacial James Webb apuntó recientemente al extraño y misterioso Urano, un gigante de hielo de rotación lateral. Lo que Webb descubrió fue un mundo dinámico con anillos, lunas, tormentas y otras características atmosféricas, incluido un casquete polar estacional. Con su sensibilidad excepcional, Webb capturó imágenes de los débiles anillos interior y exterior de Urano, incluido el esquivo Anillo Zeta, el anillo extremadamente débil y difuso más cercano al planeta. También tomó fotografías de muchas de las 27 lunas conocidas del planeta, e incluso vio algunas de las lunas más pequeñas dentro de los anillos.
Urano
En longitudes de onda visibles, Urano aparecía como una bola azul sólida y tranquila. En longitudes de onda infrarrojas, Webb revela un mundo helado extraño y dinámico lleno de fascinantes características atmosféricas. Uno de los más sorprendentes es el casquete polar norte estacional del planeta. En comparación con la imagen tomada a principios de este año, estas nuevas imágenes facilitan ver algunos de los detalles de este sombrero. Estos incluyen un casquete interior de color blanco brillante y una franja oscura en la parte inferior del casquete polar, hacia latitudes más bajas.
La imagen amplía la versión de dos colores lanzada a principios de este año, agregando cobertura de longitud de onda adicional para una visualización más detallada. NASA/ESA/CSA
También se pueden ver varias tormentas brillantes cerca y debajo del borde sur del casquete polar. El número de estas tormentas, así como la frecuencia y el lugar en que aparecen en la atmósfera de Urano, puede deberse a una combinación de efectos estacionales y meteorológicos. El casquete polar se vuelve visible cuando el polo del planeta mira hacia el Sol, se acerca al solsticio y recibe más luz solar. Urano alcanzará su próximo solsticio en 2028 y los astrónomos esperan con impaciencia cualquier posible cambio en la estructura de estos objetos. Webb ayudará a desentrañar los efectos estacionales y meteorológicos que afectan las tormentas de Urano, lo cual es fundamental para comprender la compleja atmósfera del planeta.
Gracias a la resolución y sensibilidad infrarroja sin precedentes de Webb, los astrónomos ahora están viendo Urano y sus características únicas con una claridad revolucionaria. Estos detalles, especialmente sobre el anillo inmediato, serán invaluables para planificar cualquier misión futura a Urano, especialmente los orbitadores y sondas propuestos. Los científicos quieren acercar cualquier nave espacial al planeta lo más posible para medir el campo gravitacional de Urano y analizar mejor su atmósfera. Sin embargo, será necesario planificar cuidadosamente una aproximación tan cercana para evitar colisiones con posibles restos de los anillos de hielo y polvo.
Urano también puede servir como sustituto para el estudio de muchos exoplanetas distantes de tamaño similar descubiertos en las últimas décadas. Este “exoplaneta en nuestro patio trasero” podría ayudar a los astrónomos a comprender cómo funcionan los planetas de este tamaño, su meteorología y cómo se formaron. Esto, a su vez, puede ayudarnos a comprender nuestro sistema solar en su conjunto, ubicándolo en un contexto más amplio.
Neptuno
Los astrónomos han identificado por primera vez de forma fiable la variabilidad subestacional en las propiedades de la estratosfera de Neptuno, utilizando datos de 17 años de observaciones del gigante de hielo utilizando telescopios terrestres y espaciales. Resultó que durante la mitad del verano neptuniano, la estratosfera del planeta en las latitudes medias y templadas se enfrió gradualmente, y el polo sur se calentó bruscamente en los últimos tres años.
Neptuno es el planeta gigante más distante del Sol, pero tiene una atmósfera extremadamente dinámica en la que operan poderosos vientos zonales y una evolución significativa de fenómenos meteorológicos, como nubes a gran altitud, puede ocurrir en una escala de tiempo de varios días. Además, se podrán observar cambios en el albedo de Neptuno a lo largo de varios años, así como la aparición de nubes de larga duración y vórtices oscuros.
Un equipo de astrónomos dirigido por Michael Roman de la Universidad de Leicester en el Reino Unido ha publicado los resultados de un análisis de las observaciones de Neptuno en el infrarrojo medio entre 2003 y 2020 utilizando el instrumento VISIR (VLT Imager and Spectrometer for mid-InfraRed). instalado en el telescopio terrestre VLT, el telescopio espacial Spitzer y los telescopios terrestres Subaru, Keck, Gemini Norte y Gemini Sur. El objetivo del trabajo era identificar fluctuaciones estacionales y de largo plazo en la temperatura y la composición química de la atmósfera de Neptuno.
Imágenes térmicas de Neptuno tomadas entre 2006 y 2020. ESO,NAOJ/Subaru/CÓMICS
En 2005 era verano en el hemisferio sur de Neptuno, pero entre 2003 y 2018 la temperatura promedio de la estratosfera disminuyó, afectando la emisión de hidrógeno molecular, metano, etano y metano deuterado (CH3D). El contraste de temperatura meridional entre el polo más sur y el ecuador ha aumentado de aproximadamente 8 Kelvin en 2003 a 28 Kelvin en 2020. Al mismo tiempo, en el período de 2018 a 2020, se observó un fuerte calentamiento de la estratosfera cerca del polo sur de Neptuno: la temperatura aumentó de 152 a 163 grados Kelvin. Esto se manifestó como un aumento en el brillo de la región polar sur, mientras que las regiones de latitudes medias y bajas del planeta permanecieron más oscuras que en años de observación anteriores.
Los científicos han llegado a la conclusión de que tienen la evidencia más sólida hasta la fecha de que Neptuno está sujeto a procesos que generan variabilidad atmosférica subestacional tanto a escala global como regional. Al mismo tiempo, aún se desconoce el mecanismo físico que conecta las temperaturas estratosféricas, las nubes troposféricas y las nieblas en diferentes altitudes, pero puede estar asociado con el cambio de estaciones, cambios climáticos o variaciones en el flujo de radiación solar.
Nuevos satélites de Urano y Neptuno
Los científicos del Instituto Carnegie para la Ciencia, en colaboración con observatorios de todo el mundo, han descubierto tres lunas nuevas en el sistema solar exterior: una que orbita alrededor de Urano y dos que orbitan alrededor de Neptuno. Estas lunas son pequeñas: la mayor de las tres lunas tiene sólo 15 millas de diámetro. Estas lunas han sido descubiertas (en algunos casos) desde hace varios años y se requirió una técnica de imagen especial para separarlas del fondo estelar.
Investigadores del Instituto Carnegie para la Ciencia descubrieron tres lunas nuevas, una orbitando Urano y las otras dos orbitando Neptuno. Por tanto, el número de lunas de los planetas exteriores es 28 y 16, respectivamente. Como Urano y Neptuno están más lejos que sus primos gigantes gaseosos, son más difíciles de imaginar (y mucho más difíciles de visitar). “Las tres lunas recién descubiertas son las más pequeñas jamás descubiertas alrededor de estos dos planetas gigantes helados utilizando telescopios terrestres”, dijo Scott Sheppard de Carnegie Science en un comunicado de prensa. “Para detectar tales objetos fue necesario un procesamiento de imágenes especial”.
Un ejemplo de una técnica de imágenes profundas que muestra la luna nueva de Urano, S/2023 U1, el 4 de noviembre de 2023 (el punto de luz tenue indicado por la flecha). Otras fuentes de luz son las estelas de las estrellas del fondo.
Una nueva incorporación a la colección Urano, que ya cumple 20 años, es S/2023 U1. La Luna fue descubierta originalmente por Sheppard el 4 de noviembre de 2023, utilizando los Telescopios de Magallanes en el Observatorio Las Campanas en Chile. La luna es especialmente pequeña (sólo cinco millas de ancho, lo que la convierte en la más pequeña de las lunas de Urano) y tarda 680 días en orbitar el planeta.
Las otras dos lunas de Neptuno se presentan en dos variedades: brillantes y tenues. La brillante estrella, ahora conocida como S/2002 N5, tiene un diámetro de 15 millas y orbita a Neptuno cada 9 años. El más débil, S/2021 N1, tiene 15 kilómetros de diámetro, orbita cada 27 años y fue un poco más difícil de detectar.
El Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral y el telescopio de 8 metros del Observatorio Gemini necesitaban noches ultra claras para seguir la órbita de la pequeña luna. Ambas lunas fueron descubiertas inicialmente en septiembre de 2021 y confirmadas por observaciones posteriores en los años siguientes utilizando los telescopios de Magallanes. Las dos incorporaciones más recientes de Neptuno llevarán el nombre de las 50 diosas marinas Nereidas de la mitología griega.
Para ver imágenes de Urano y Neptuno más profundas que nunca, los astrónomos utilizaron exposiciones de cinco minutos durante períodos de tres a cuatro horas durante varias noches. Gracias al movimiento de los planetas, esta técnica produjo más detalles que cualquier estudio previo de los gigantes de hielo.
“Debido a que los satélites se mueven sólo unos pocos minutos en relación con las estrellas y galaxias de fondo, las exposiciones únicas prolongadas no son ideales para capturar imágenes profundas de objetos en movimiento”, dijo Sheppard en un comunicado de prensa. “Cuando estas exposiciones múltiples se apilan juntas, aparecerán estrellas y galaxias con rastros detrás de ellas, y objetos en movimiento similares al planeta anfitrión se verán como fuentes puntuales, lo que hará que las lunas se destaquen debido al ruido de fondo en las imágenes”.
Las órbitas de estas tres lunas sugieren que probablemente orbitaron estos planetas helados poco después de su formación en los primeros días del sistema solar. Comprender estas características orbitales puede ayudar a los astrónomos a comprender cómo estos planetas distantes capturaron sus lunas.