¿Por qué Urano y Neptuno son de diferentes colores?

 

Los investigadores mediante observaciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA, así como del telescopio Gemini North y la Instalación del Telescopio Infrarrojo de la NASA, han desarrollado un modelo atmosférico que coincide con las observaciones de ambos planetas. El modelo revela que el exceso de neblina en Urano se acumula en la estancada y lenta atmósfera del planeta y hace que parezca un tono más claro que el de Neptuno.

Neptuno y Urano tienen mucho en común: tienen masas, tamaños y composiciones atmosféricas similares, pero su aspecto es notablemente diferente. 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, 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. Si no hubiera neblina en las atmósferas de Neptuno y Urano, ambos aparecerían casi del mismo azul como resultado de la dispersión de la luz azul en sus atmósferas. 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 se absorbe más que la luz azul por las moléculas de metano de 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.

Esta conclusión proviene de un modelo 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.

Un aerosol es una suspensión de finas gotas o partículas de 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.

Las investigaciones previas de las atmósferas superiores de estos planetas se habían centrado en la apariencia de la atmósfera en unas longitudes de onda concretas. 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.

“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 más profunda (referida en el documento como 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 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.

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 hacia la atmósfera más profunda en una precipitación 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 eficaz agitando 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, en Berkeley, y miembro del equipo del estudio. “¡Explicar la diferencia de color entre Urano y Neptuno fue inesperado!”

Para crear este modelo, el equipo de Irwin analizó datos de archivo de varios años del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA. Estos datos espectrográficos se obtuvieron con el Space Telescope Imaging Spectrograph (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). El 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.

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 las manchas oscuras que se ven con más frecuencia que en Neptuno.

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