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Lunas de Urano

Una imagen actualizada de las seis lunas más grandes y ocho lunas interiores de Urano capturadas por el telescopio espacial James Webb el 4 de septiembre de 2023.

Urano , el séptimo planeta del Sistema Solar , tiene 28 lunas confirmadas . La mayoría de ellos llevan el nombre de personajes que aparecen o se mencionan en las obras de William Shakespeare y Alexander Pope . [1] Las lunas de Urano se dividen en tres grupos: trece lunas interiores, cinco lunas mayores y diez lunas irregulares . Las lunas interiores y mayores tienen órbitas progradas y se clasifican acumulativamente como lunas regulares . Por el contrario, las órbitas de las lunas irregulares son distantes, muy inclinadas y en su mayoría retrógradas.

Las lunas interiores son pequeños cuerpos oscuros que comparten propiedades y orígenes comunes con los anillos de Urano . Las cinco lunas principales son elipsoidales, lo que indica que alcanzaron el equilibrio hidrostático en algún momento de su pasado (y es posible que todavía estén en equilibrio), y cuatro de ellas muestran signos de procesos impulsados ​​internamente, como la formación de cañones y el vulcanismo en sus superficies. [2] La mayor de estas cinco, Titania , tiene 1.578 km de diámetro y es la octava luna más grande del Sistema Solar, aproximadamente una vigésima parte de la masa de la Luna de la Tierra . Las órbitas de las lunas regulares son casi coplanares con el ecuador de Urano, que está inclinado 97,77° con respecto a su órbita. Las lunas irregulares de Urano tienen órbitas elípticas y fuertemente inclinadas (en su mayoría retrógradas) a grandes distancias del planeta. [3]

William Herschel descubrió las dos primeras lunas, Titania y Oberon , en 1787. Las otras tres lunas elipsoidales fueron descubiertas en 1851 por William Lassell ( Ariel y Umbriel ) y en 1948 por Gerard Kuiper ( Miranda ). [1] Estos cinco pueden estar en equilibrio hidrostático . Las lunas restantes fueron descubiertas después de 1985, ya sea durante la misión de sobrevuelo de la Voyager 2 o con la ayuda de telescopios terrestres avanzados. [2] [3]

Descubrimiento

Las dos primeras lunas descubiertas fueron Titania y Oberon , que fueron descubiertas por Sir William Herschel el 11 de enero de 1787, seis años después de haber descubierto el planeta. Más tarde, Herschel creyó haber descubierto hasta seis lunas (ver más abajo) y tal vez incluso un anillo. Durante casi 50 años, el instrumento de Herschel fue el único con el que se habían visto las lunas. [4] En la década de 1840, mejores instrumentos y una posición más favorable de Urano en el cielo llevaron a indicaciones esporádicas de satélites adicionales a Titania y Oberon. Finalmente, las siguientes dos lunas, Ariel y Umbriel , fueron descubiertas por William Lassell en 1851. [5] El esquema de numeración romana de las lunas de Urano estuvo en un estado de cambio durante un tiempo considerable, y las publicaciones dudaron entre las designaciones de Herschel (donde Titania y Oberón son Urano II y IV) y William Lassell (donde a veces son I y II). [6] Con la confirmación de Ariel y Umbriel, Lassell numeró las lunas del I al IV desde Urano hacia afuera, y esto finalmente se mantuvo. [7] En 1852, el hijo de Herschel, John Herschel, dio sus nombres a las cuatro lunas entonces conocidas. [8]

No se hicieron otros descubrimientos durante casi otro siglo. En 1948, Gerard Kuiper en el Observatorio McDonald descubrió la más pequeña y la última de las cinco grandes lunas esféricas, Miranda . [8] [9] Décadas más tarde, el sobrevuelo de la sonda espacial Voyager 2 en enero de 1986 condujo al descubrimiento de diez lunas interiores más. [2] Otro satélite, Perdita , fue descubierto en 1999 [10] por Erich Karkoschka después de estudiar fotografías antiguas de la Voyager . [11]

Urano fue el último planeta gigante sin lunas irregulares conocidas hasta 1997, cuando los astrónomos descubrieron Sycorax y Caliban utilizando telescopios terrestres . De 1999 a 2003, los astrónomos continuaron buscando lunas irregulares de Urano utilizando telescopios terrestres más potentes, lo que resultó en el descubrimiento de siete lunas irregulares más de Urano. [3] Además, se descubrieron dos pequeñas lunas interiores, Cupido y Mab , utilizando el Telescopio Espacial Hubble en 2003. [12] No se realizaron otros descubrimientos hasta 2021 y 2023, cuando Scott Sheppard y sus colegas descubrieron una luna irregular más de Urano. (y cinco candidatos más esperando ser anunciados) utilizando el Telescopio Subaru en Mauna Kea, Hawaii . [13] [14] [15]

Lunas espurias

Después de que Herschel descubriera Titania y Oberón el 11 de enero de 1787, posteriormente creyó haber observado otras cuatro lunas: dos el 18 de enero y el 9 de febrero de 1790, y dos más el 28 de febrero y el 26 de marzo de 1794. Así se creyó durante muchas décadas después. que Urano tenía un sistema de seis satélites, aunque las cuatro últimas lunas nunca fueron confirmadas por ningún otro astrónomo. Sin embargo, las observaciones de Lassell de 1851, en las que descubrió a Ariel y Umbriel , no respaldaron las observaciones de Herschel; Ariel y Umbriel, que Herschel ciertamente debería haber visto si hubiera visto otros satélites además de Titania y Oberon, no correspondían en características orbitales a ninguno de los cuatro satélites adicionales de Herschel. Se pensaba que los cuatro satélites espurios de Herschel tenían períodos sidéreos de 5,89 días (interior de Titania), 10,96 días (entre Titania y Oberon), 38,08 días y 107,69 días (exterior de Oberon). [16] Por lo tanto, se concluyó que los cuatro satélites de Herschel eran espurios, probablemente debido a la identificación errónea de estrellas débiles en las proximidades de Urano como satélites, y el crédito por el descubrimiento de Ariel y Umbriel se le dio a Lassell. [17]

Descubrimiento de las lunas de los planetas exteriores.

  Lunas de Júpiter
  Lunas de Saturno
  Lunas de Urano
  Lunas de Neptuno

Nombres

Aunque las dos primeras lunas de Urano fueron descubiertas en 1787, no recibieron nombre hasta 1852, un año después de que se descubrieran dos lunas más. La responsabilidad del nombramiento corrió a cargo de John Herschel , hijo del descubridor de Urano. Herschel, en lugar de asignar nombres de la mitología griega , nombró a las lunas en honor a espíritus mágicos de la literatura inglesa : las hadas Oberón y Titania de El sueño de una noche de verano de William Shakespeare , y la sílfide Ariel y el gnomo Umbriel de El rapto de Alexander Pope . the Lock (Ariel también es un duende en La tempestad de Shakespeare ). El razonamiento era presumiblemente que Urano, como dios del cielo y del aire, sería atendido por espíritus del aire. [18] No se sabe si John Herschel fue el creador de los nombres, o si fue William Lassell (quien descubrió a Ariel y Umbriel) quien eligió los nombres y le pidió permiso a Herschel. [19]

Los nombres posteriores, en lugar de continuar con el tema de los espíritus aireados (solo Puck y Mab continuaron con la tendencia), se han centrado en el material original de Herschel. En 1949, la quinta luna, Miranda , fue nombrada por su descubridor Gerard Kuiper en honor a un personaje completamente mortal de La tempestad de Shakespeare . [8] La práctica actual de la IAU es nombrar las lunas con nombres de personajes de las obras de Shakespeare y El rapto del mechón (aunque en la actualidad sólo Ariel, Umbriel y Belinda tienen nombres extraídos de esta última; el resto son de Shakespeare). Todas las lunas retrógradas exteriores llevan el nombre de personajes de una obra de teatro, La tempestad ; la única luna prógrada exterior conocida, Margaret , recibe su nombre de Mucho ruido y pocas nueces . [19]

Algunos asteroides , también nombrados en honor a los mismos personajes de Shakespeare, comparten nombres con lunas de Urano: 171 Ofelia , 218 Bianca , 593 Titania , 666 Desdemona , 763 Cupido y 2758 Cordelia .

Características y grupos

El sistema de satélites de Urano es el menos masivo entre los de los planetas gigantes . De hecho, la masa combinada de los cinco satélites principales es menos de la mitad que la de Tritón (la séptima luna más grande del Sistema Solar) sola. [a] El mayor de los satélites, Titania , tiene un radio de 788,9 km, [21] o menos de la mitad del de la Luna , pero un poco más que el de Rea , la segunda luna más grande de Saturno , lo que convierte a Titania en la octava. -luna más grande del Sistema Solar . Urano es unas 10.000 veces más masivo que sus lunas. [b]

lunas interiores

Esquema del sistema luna-anillo de Urano

A partir de 2024, se sabe que Urano tendrá 13 lunas interiores, cuyas órbitas se encuentran todas dentro de la de Miranda . [12] Las lunas interiores se clasifican en dos grupos según distancias orbitales similares: estos son el grupo Portia, que incluye las seis lunas Bianca , Cressida , Desdemona , Juliet , Portia y Rosalind ; y el grupo Belinda, que incluye las tres lunas Cupido , Belinda y Perdita . [12] [22] Todas las lunas interiores están íntimamente conectadas con los anillos de Urano , lo que probablemente resultó de la fragmentación de una o varias pequeñas lunas interiores. [23] Las dos lunas más internas, Cordelia y Ofelia , son pastoras del anillo ε de Urano, mientras que la pequeña luna Mab es una fuente del anillo μ más externo de Urano. [12] Es posible que haya dos lunas pastoras pequeñas (de 2 a 7 km de radio) adicionales no descubiertas, ubicadas a unos 100 km de los anillos α y β de Urano . [24]

Con 162 km, Puck es la mayor de las lunas interiores de Urano y la única fotografiada por la Voyager 2 con algún detalle. Puck y Mab son los dos satélites internos más externos de Urano. Todas las lunas interiores son objetos oscuros; su albedo geométrico es inferior al 10%. [25] Están compuestos de hielo de agua contaminado con un material oscuro, probablemente orgánicos procesados ​​por radiación. [26]

Las lunas interiores se perturban constantemente entre sí, especialmente dentro de los grupos muy compactos de Portia y Belinda. El sistema es caótico y aparentemente inestable. [27] Las simulaciones muestran que las lunas pueden perturbarse entre sí hasta cruzar órbitas, lo que eventualmente puede resultar en colisiones entre las lunas. [12] Desdemona puede chocar con Cressida en el próximo millón de años, [28] y Cupido probablemente chocará con Belinda en los próximos 10 millones de años; Perdita y Juliet pueden verse involucradas en colisiones posteriores. [29] Debido a esto, los anillos y las lunas interiores pueden estar en constante cambio, con lunas colisionando y reacretándose en escalas de tiempo cortas. [29]

Lunas grandes

Urano y sus seis lunas más grandes comparados en sus tamaños relativos adecuados y en el orden correcto. De izquierda a derecha: Puck , Miranda , Ariel , Umbriel , Titania y Oberon.

Urano tiene cinco lunas principales : Miranda , Ariel , Umbriel , Titania y Oberón . Su diámetro varía desde 472 km para Miranda hasta 1578 km para Titania. [21] Todas estas lunas son objetos relativamente oscuros: su albedo geométrico varía entre el 30 y el 50%, mientras que su albedo de Bond está entre el 10 y el 23%. [25] Umbriel es la luna más oscura y Ariel la más brillante. Las masas de las lunas oscilan entre 6,7 × 10 19  kg (Miranda) y 3,5 × 10 21  kg (Titania). En comparación, la Luna tiene una masa de 7,5 × 10 22  kg. [30] Se cree que las lunas principales de Urano se formaron en el disco de acreción , que existió alrededor de Urano durante algún tiempo después de su formación o fue el resultado de un gran impacto sufrido por Urano al principio de su historia. [31] [32] Esta opinión está respaldada por su gran inercia térmica , una propiedad de la superficie que comparten con planetas enanos como Plutón y Haumea . [33] Se diferencia mucho del comportamiento térmico de las lunas irregulares de Urano, que es comparable al de los objetos transneptunianos clásicos . [34] Esto sugiere un origen separado.

Modelado de Lunas (Ariel, Umbriel, Titania, Oberon, Miranda)
(4 de mayo de 2023)

Todas las lunas principales contienen cantidades aproximadamente iguales de roca y hielo, excepto Miranda, que está compuesta principalmente de hielo. [35] El componente de hielo puede incluir amoníaco y dióxido de carbono . [36] Sus superficies están llenas de cráteres, aunque todos ellos (excepto Umbriel) muestran signos de repavimentación endógena en forma de lineamientos (cañones) y, en el caso de Miranda, estructuras ovoides parecidas a pistas de carreras llamadas coronas . [2] Los procesos extensionales asociados con el afloramiento de diapiros probablemente sean responsables del origen de las coronas. [37] Ariel parece tener la superficie más joven con la menor cantidad de cráteres de impacto, mientras que la de Umbriel parece más antigua. [2] Se cree que una resonancia orbital anterior de 3:1 entre Miranda y Umbriel y una resonancia anterior de 4:1 entre Ariel y Titania son responsables del calentamiento que causó una actividad endógena sustancial en Miranda y Ariel. [38] [39] Una prueba de tal resonancia pasada es la inclinación orbital inusualmente alta de Miranda (4,34°) para un cuerpo tan cercano al planeta. [40] [41] Las lunas de Urano más grandes pueden estar diferenciadas internamente, con núcleos rocosos en sus centros rodeados por mantos de hielo . [35] Titania y Oberon pueden albergar océanos de agua líquida en el límite entre el núcleo y el manto. [35] Las lunas principales de Urano son cuerpos sin aire. Por ejemplo, se demostró que Titania no posee atmósfera a una presión superior a 10-20 nanobares. [42]

La trayectoria del Sol en el cielo local en el transcurso de un día local durante el solsticio de verano de Urano y sus lunas principales es bastante diferente de la observada en la mayoría de los otros mundos del Sistema Solar . Las lunas principales tienen casi exactamente la misma inclinación axial rotacional que Urano (sus ejes son paralelos al de Urano). [2] El Sol parecería seguir una trayectoria circular alrededor del polo celeste de Urano en el cielo, en su punto más cercano a unos 7 grados de él, [c] durante el verano hemisférico. Cerca del ecuador, se vería casi hacia el norte o hacia el sur (según la temporada). En latitudes superiores a 7°, el Sol trazaría una trayectoria circular de unos 15 grados de diámetro en el cielo y nunca se pondría durante el verano hemisférico, moviéndose a una posición sobre el ecuador celeste durante el equinoccio de Urano, y luego invisible debajo del horizonte. durante el invierno hemisférico.

lunas irregulares

Satélites irregulares de Júpiter (rojo), Saturno (verde), Urano (magenta) y Neptuno (azul; incluido Tritón), representados por la distancia a su planeta ( semieje mayor ) en el eje horizontal y la inclinación orbital en el eje vertical. Los valores del semieje mayor se expresan como una fracción del radio de la esfera Hill del planeta, mientras que la inclinación se expresa en grados desde la eclíptica . El radio de la esfera de Uranian Hill es de aproximadamente 73 millones de kilómetros. [3] Los tamaños relativos de las lunas se indican por el tamaño de sus símbolos, y el grupo Caliban de lunas de Urano está etiquetado. Datos a febrero de 2024.

Las lunas irregulares de Urano varían en tamaño desde 120 a 200 km ( Sycorax ) hasta menos de 10 km ( S/2023 U 1 ). [43] Debido al pequeño número de lunas irregulares de Urano conocidas, aún no está claro cuáles de ellas pertenecen a grupos con características orbitales similares. El único grupo conocido entre las lunas irregulares de Urano es el grupo Caliban, que está agrupado a distancias orbitales de entre 6 y 7 millones de kilómetros (3,7 a 4,3 millones de millas) e inclinaciones entre 141 ° y 144 °. [14] El grupo Caliban incluye tres lunas retrógradas, que son Caliban , S/2023 U 1, Stephano . [14]

Las inclinaciones intermedias 60° < i < 140° están desprovistas de lunas conocidas debido a la inestabilidad de Kozai . [3] En esta región de inestabilidad, las perturbaciones solares en el apoápside hacen que las lunas adquieran grandes excentricidades que provocan colisiones con satélites internos o eyecciones. La vida útil de las lunas en la región de inestabilidad es de 10 millones a mil millones de años. [3] Margaret es la única luna prógrada irregular conocida de Urano, y tiene una de las órbitas más excéntricas de cualquier luna del Sistema Solar.

Lista

Diagrama orbital de la inclinación orbital y las distancias orbitales de los anillos de Urano y el sistema lunar a varias escalas. Abra la imagen para obtener la resolución completa.

Las lunas de Urano se enumeran aquí por período orbital, del más corto al más largo. Las lunas lo suficientemente masivas como para que sus superficies colapsaran formando un esferoide están resaltadas en azul claro y en negrita. Las lunas interiores y mayores tienen órbitas progrados . Las lunas irregulares con órbitas retrógradas se muestran en gris oscuro. Margaret, la única luna irregular conocida de Urano con una órbita prograda, se muestra en gris claro. Las órbitas y las distancias medias de las lunas irregulares son variables en escalas de tiempo cortas debido a las frecuentes perturbaciones planetarias y solares, por lo tanto, Brozović y Jacobson (2009) promedian los elementos orbitales enumerados de todas las lunas irregulares durante una integración numérica de 8.000 años . Estos pueden diferir de los elementos orbitales osculadores proporcionados por otras fuentes. [44] Los elementos orbitales de las lunas principales enumeradas aquí se basan en la época del 1 de enero de 2000, [45] mientras que los elementos orbitales de los satélites irregulares se basan en la época del 1 de enero de 2020. [46]

Ver también

Notas

  1. ^ La masa de Tritón es de aproximadamente 2,14 × 10 22  kg, [20] mientras que la masa combinada de las lunas de Urano es de aproximadamente 0,92 × 10 22  kg.
  2. ^ Masa de Urano de 8,681 × 10 25  kg / Masa de las lunas de Urano de 0,93 × 10 22  kg
  3. ^ La inclinación axial de Urano es de 97°. [2]
  4. ^ La etiqueta se refiere al número romano atribuido a cada luna en orden de descubrimiento. [1]
  5. ^ Los diámetros con entradas múltiples como " 60 × 40 × 34 " reflejan que el cuerpo no es un esferoide perfecto y que cada una de sus dimensiones se ha medido lo suficientemente bien. Los diámetros y dimensiones de Miranda, Ariel, Umbriel y Oberon fueron tomados de Thomas, 1988. [21] El diámetro de Titania es de Widemann, 2009. [42] Las dimensiones y radios de las lunas interiores son de Karkoschka, 2001, [11] excepto Cupido y Mab, que fueron tomados de Showalter, 2006. [12] Los radios de las lunas exteriores, excepto Sycorax y Caliban, fueron tomados del sitio web de Sheppard. [43] Los radios de Sycorax y Caliban son de Farkas-Takács et al., 2017. [48]
  6. ^ Las masas de Puck, Miranda, Ariel, Umbriel, Titania y Oberon se tomaron de Jacobson, 2023, como se informó en francés, 2024. [49] Las masas de todas las demás lunas se calcularon suponiendo una densidad de 1 g/cm 3 y utilizando datos dados. radios.
  7. ^ abcd Las órbitas medias de los satélites irregulares se toman de JPL Small System Dynamics, [46] mientras que las órbitas medias de las cinco lunas principales y Puck se toman de Jacobson (2014). [45]
  8. ^ Los períodos orbitales negativos indican una órbita retrógrada alrededor de Urano (opuesta a la órbita del planeta).
  9. ^ Para los satélites regulares, la inclinación mide el ángulo entre el plano orbital de la luna y el plano definido por el ecuador de Urano. Para los satélites irregulares, la inclinación mide el ángulo entre el plano orbital de la luna y la eclíptica.

Referencias

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