Hubble ayuda a explicar por qué Urano y Neptuno son de diferentes colores
Los astrónomos ahora pueden saber por qué Urano y Neptuno son de diferentes colores. Usando observaciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA, así como del telescopio Gemini North y la Instalación del Telescopio Infrarrojo de la NASA, los investigadores han desarrollado un único modelo atmosférico que coincide con las observaciones de ambos planetas. El modelo revela que el exceso de neblina en Urano se acumula en la atmósfera estancada y lenta del planeta y hace que parezca un tono más claro que el de Neptuno.
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| Observaciones de Hubble de Urano y Neptuno en 2021. Izquierda: La vista de Urano del Hubble del 25 de octubre de 2021 pone el brillante capuchón polar norte del planeta en el centro de atención. Derecha: La vista de Neptuno del Hubble del 7 de septiembre de 2021 muestra la mancha oscura del planeta y el hemisferio norte oscurecido. Crédito: NASA, ESA, A. Simon (Centro de Vuelo Espacial Goddard) y M. H. Wong (Universidad de California, Berkeley) y el equipo OPAL |
Neptuno y Urano tienen mucho en común: tienen masas, tamaños y composiciones atmosféricas similares, pero sus apariencias son notablemente diferentes. En las longitudes de onda visibles, Neptuno tiene un tono azul intenso y profundo, mientras que Urano tiene un tono claramente pálido de cian. Los astrónomos ahora tienen una explicación de por qué los dos planetas son de diferentes colores.
Una nueva investigación sugiere que una capa de neblina concentrada que está presente en ambos planetas es más gruesa en Urano que en Neptuno y, por lo tanto, "blanquea" la apariencia de Urano más que la de Neptuno [1]. Si no hubiera neblina en las atmósferas de Neptuno y Urano, ambos aparecerían casi igualmente azules como resultado de la dispersión de la luz azul en sus atmósferas [2].
Esta conclusión proviene de un modelo [3] que un equipo internacional dirigido por Patrick Irwin, profesor de Física Planetaria de la Universidad de Oxford, desarrolló para describir las capas de aerosoles en las atmósferas de Neptuno y Urano [4]. Las investigaciones anteriores de las atmósferas superiores de estos planetas se habían centrado en la apariencia de la atmósfera solo en longitudes de onda específicas. Sin embargo, este nuevo modelo consta de múltiples capas atmosféricas y coincide con las observaciones de ambos planetas en una amplia gama de longitudes de onda. El nuevo modelo también incluye partículas de neblina dentro de capas más profundas que anteriormente se pensaba que contenían solo nubes de hielo de metano y sulfuro de hidrógeno.
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| Diagrama de las Atmósferas de Urano y Neptuno. Este diagrama muestra tres capas de aerosoles en las atmósferas de Urano y Neptuno, modeladas por un equipo de científicos. La escala de altura en el diagrama representa la presión por encima de 10 bar. La capa más profunda (la capa Aerosol-1) es gruesa y está compuesta por una mezcla de hielo de sulfuro de hidrógeno y partículas producidas por la interacción de las atmósferas de los planetas con la luz solar. La capa clave que afecta a los colores es la capa intermedia, que es una capa de partículas de neblina (referida en el artículo como la capa de Aerosol-2) que es más gruesa en Urano que en Neptuno. El equipo sospecha que, en ambos planetas, el hielo de metano se condensa en las partículas de esta capa, arrastrando las partículas más profundamente hacia la atmósfera en una lluvia de nieve de metano. Debido a que Neptuno tiene una atmósfera más activa y turbulenta que la de Urano, el equipo cree que la atmósfera de Neptuno es más eficiente para agitar partículas de metano en la capa de neblina y producir esta nieve. Esto elimina más neblina y mantiene la capa de neblina de Neptuno más delgada que en Urano, lo que significa que el color azul de Neptuno se ve más fuerte. Por encima de estas dos capas hay una capa extendida de neblina (la capa Aerosol-3) similar a la capa debajo pero más tenue. En Neptuno, también se forman grandes partículas de hielo de metano por encima de esta capa. Crédito: Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA, J. da Silva / NASA /JPL-Caltech /B. Jonsson |
"Este es el primer modelo que se ajusta simultáneamente a las observaciones de la luz solar reflejada desde el ultravioleta hasta las longitudes de onda del infrarrojo cercano", explicó Irwin, quien es el autor principal de un artículo que presenta este resultado en el Journal of Geophysical Research: Planets. "También es el primero en explicar la diferencia en el color visible entre Urano y Neptuno".
El modelo del equipo consta de tres capas de aerosoles a diferentes alturas [5]. La capa clave que afecta a los colores es la capa intermedia, que es una capa de partículas de neblina (referida en el artículo como la capa de Aerosol-2) que es más gruesa en Urano que en Neptuno. El equipo sospecha que, en ambos planetas, el hielo de metano se condensa en las partículas de esta capa, arrastrando las partículas más profundamente hacia la atmósfera en una lluvia de nieve de metano. Debido a que Neptuno tiene una atmósfera más activa y turbulenta que la de Urano, el equipo cree que la atmósfera de Neptuno es más eficiente para agitar partículas de metano en la capa de neblina y producir esta nieve. Esto elimina más neblina y mantiene la capa de neblina de Neptuno más delgada que en Urano, con el resultado de que el color azul de Neptuno se ve más fuerte.
"Esperábamos que el desarrollo de este modelo nos ayudara a comprender las nubes y las neblinas en las atmósferas de los gigantes de hielo", comentó Mike Wong, astrónomo de la Universidad de California, Berkeley, y miembro del equipo detrás de este resultado. "¡Explicar la diferencia de color entre Urano y Neptuno fue una ventaja inesperada!"
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| La vista de Urano del 25 de octubre del Hubble pone en el centro de atención la brillante capucha polar del norte del planeta. Es primavera en el hemisferio norte y el aumento de la radiación ultravioleta del Sol parece estar provocando que la región polar se ilumine. Los investigadores no están seguros de por qué. Podría ser un cambio en la opacidad de la neblina de metano atmosférico o alguna variación en las partículas de aerosol. Curiosamente, incluso cuando el capó atmosférico se vuelve más brillante, el límite más al sur se mantiene en la misma latitud. Esto ha sido constante durante los últimos años de observaciones del planeta por parte del Hubble. Quizás algún tipo de corriente en chorro está levantando una barrera en esa latitud de 43 grados. Crédito: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center) y M.H. Wong (Universidad de California, Berkeley) y el equipo OPAL |
Para crear este modelo, el equipo de Irwin analizó datos de archivo que abarcan varios años del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA. Estos datos espectrográficos se obtuvieron con el espectrógrafo de imágenes del telescopio espacial (STIS) del Hubble, que cubre una amplia gama de longitudes de onda, desde ultravioleta hasta visible e infrarrojo (0,3–1,0 micrómetros). Se complementó con datos de telescopios terrestres: un conjunto de nuevas observaciones del telescopio Gemini North y datos de archivo de la Instalación del Telescopio Infrarrojo de la NASA, ambos ubicados en Hawái.
El equipo no solo examinó los espectros de los planetas, sino que también hizo uso de algunas de las muchas imágenes que el Hubble ha tomado de los dos planetas con su instrumento Wide Field Camera 3 (WFC3). Hubble ofrece excelentes vistas de las tormentas atmosféricas distintivas compartidas por ambos planetas conocidas como "puntos oscuros", de las que los astrónomos han sido conscientes durante muchos años. No se sabía exactamente qué capas atmosféricas fueron perturbadas por manchas oscuras para hacerlas visibles al Hubble. El modelo producido por el equipo explica qué le da a las manchas una apariencia oscura y por qué son más fáciles de detectar en Urano que en Neptuno.
El equipo no solo examinó los espectros de los planetas, sino que también hizo uso de algunas de las muchas imágenes que el Hubble ha tomado de los dos planetas con su instrumento Wide Field Camera 3 (WFC3). Hubble ofrece excelentes vistas de las tormentas atmosféricas distintivas compartidas por ambos planetas conocidas como "puntos oscuros", de las que los astrónomos han sido conscientes durante muchos años. No se sabía exactamente qué capas atmosféricas fueron perturbadas por manchas oscuras para hacerlas visibles al Hubble. El modelo producido por el equipo explica qué le da a las manchas una apariencia oscura y por qué son más fáciles de detectar en Urano que en Neptuno.
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| En observaciones tomadas el 7 de septiembre de 2021, los investigadores encontraron que la mancha oscura de Neptuno, que recientemente se descubrió que había cambiado de rumbo al moverse hacia el ecuador, todavía es visible en esta imagen, junto con un hemisferio norte oscurecido. También hay un círculo alargado y oscuro que abarca el polo sur de Neptuno. El color azul de Neptuno y Urano es el resultado de la absorción de luz roja por las atmósferas ricas en metano de los planetas. Crédito: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center) y M.H. Wong (Universidad de California, Berkeley) y el equipo OPAL. |
Los autores pensaron que un oscurecimiento de los aerosoles en la capa más profunda de su modelo produciría manchas oscuras similares a las que se ven en Neptuno y quizás en Urano. Con las imágenes detalladas del Hubble pudieron comprobar y confirmar su hipótesis. De hecho, se observó que las imágenes simuladas basadas en ese modelo coincidían estrechamente con las imágenes WFC3 de ambos planetas, produciendo manchas oscuras visibles en las mismas longitudes de onda. Se cree que la misma neblina espesa en la capa de Aerosol-2 en Urano que causa su color azul más claro también oscurece estos puntos oscuros con más frecuencia que en Neptuno.
Notas
[1] Este efecto de blanqueamiento es similar a cómo las nubes en las atmósferas de los exoplanetas opacan o "aplanan" las características en los espectros de los exoplanetas.
[2] Este proceso, conocido como dispersión de Rayleigh, es lo que hace que el cielo sea azul aquí en la Tierra. La dispersión de Rayleigh ocurre predominantemente en longitudes de onda más cortas y más azules; la luz roja dispersada por la neblina y las moléculas de aire es más absorbida que la luz azul por las moléculas de metano en la atmósfera de los planetas. En la Tierra, son las moléculas de nitrógeno en la atmósfera las que dispersan la mayor parte de la luz de esta manera, mientras que en Neptuno y Urano, el hidrógeno es la principal molécula de dispersión.
[3] Un modelo científico es una herramienta computacional utilizada por los científicos para probar predicciones sobre un fenómeno que sería imposible de probar en el mundo real.
[4] Un aerosol es una suspensión de finas gotitas o partículas en un gas. Los ejemplos comunes en la Tierra incluyen neblina, hollín, humo y niebla. En Neptuno y Urano, las partículas producidas por la interacción de la luz solar con los elementos de la atmósfera (reacciones fotoquímicas) son responsables de las neblinas de aerosoles en las atmósferas de estos planetas.
[5] La capa más profunda (referida en el documento como la capa de Aerosol-1) es gruesa y está compuesta por una mezcla de hielo de sulfuro de hidrógeno y partículas producidas por la interacción de las atmósferas de los planetas con la luz solar. La capa superior es una capa extendida de neblina (la capa Aerosol-3) similar a la capa intermedia pero más tenue. En Neptuno, también se forman grandes partículas de hielo de metano por encima de esta capa.
Más información
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.
Gemini North es la mitad del Observatorio internacional Gemini, que es un programa de NOIRLab de NSF.
Esta investigación se presentó en el artículo "Mundos azules brumosos: un modelo de aerosol holístico para Urano y Neptuno, incluidas las manchas oscuras" que aparecerá en el Journal of Geophysical Research: Planets.
El equipo está compuesto por P. G. J. Irwin (Departamento de Física, Universidad de Oxford, Reino Unido), N. A. Teanby (Escuela de Ciencias de la Tierra, Universidad de Bristol, Reino Unido), L. N. Fletcher (Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Leicester, Reino Unido), D. Toledo (Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial, España), G. S. Orton (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, EE. UU.), M. H. Wong (Center for Integrative Planetary Science, University of California, Berkeley, EE. UU.), M. T. Roman (Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Leicester, Reino Unido), S. Perez-Hoyos (Universidad del País Vasco, España), A. James (Departamento de Física, Universidad de Oxford, Reino Unido), J. Dobinson (Departamento de Física, Universidad de Oxford, Reino Unido).
Las observaciones se realizaron como parte de los siguientes programas de observación del Hubble: espectros de Neptuno con HST/STIS, 9330 (PI: E. Karkoschka); espectros de Urano con HST/STIS, 9035 (PI: E. Karkoschka), 12894 (PI: L. Sromovsky), 14113 (PI: L. Sromovsky); imágenes de Urano y Neptuno con HST/WFC3, 13937 y 15262 (PI: A. Simon).
Crédito de la imagen: NASA, ESA, A. Simon (Centro de Vuelo Espacial Goddard) y M. H. Wong (Universidad de California, Berkeley) y el equipo OPAL
Enlaces
Contactos
patricio irwin
Universidad de Oxford
Reino Unido
Correo electrónico: patrick.irwin@physics.ox.ac.uk
Betania Downer
Director de Comunicaciones Científicas de ESA/Hubble
Correo electrónico: Bethany.Downer@esahubble.org
• Publicado en ESA/Hubble el 31 de mayo del 2022, enlace publicación.
