El clima de Urano está fuertemente influenciado tanto por su falta de calor interno, que limita la actividad atmosférica, como por su inclinación axial extrema, que induce una intensa variación estacional. La atmósfera de Urano es notablemente suave en comparación con la de otros planetas gigantes a los que se parece mucho. [1] [2] Cuando la Voyager 2 sobrevoló Urano en 1986, observó un total de diez formaciones nubosas en todo el planeta. [3] [4] Observaciones posteriores desde la Tierra o con el telescopio espacial Hubble realizadas en los años 1990 y 2000 revelaron nubes brillantes en el hemisferio norte (invierno). En 2006 se detectó una mancha oscura similar a la Gran Mancha Oscura de Neptuno . [5]
Las primeras sugerencias sobre bandas y condiciones climáticas en Urano surgieron en el siglo XIX, como una observación en marzo y abril de 1884 de una banda blanca que giraba parcialmente alrededor del ecuador de Urano, solo dos años después del equinoccio de "primavera" de Urano. [6]
En 1986, la Voyager 2 descubrió que el hemisferio sur visible de Urano se puede subdividir en dos regiones: un casquete polar brillante y bandas ecuatoriales oscuras (ver figura a la derecha). [3] Su límite se encuentra a unos −45 grados de latitud . Una banda estrecha que se extiende a lo largo del rango latitudinal de −45 a −50 grados es la característica grande más brillante en la superficie visible de Urano. [3] [7] Se llama "collar" del sur. Se cree que el casquete y el collar son una región densa de nubes de metano ubicadas dentro del rango de presión de 1,3 a 2 bar . [8] Desafortunadamente, la Voyager 2 llegó durante el apogeo del verano austral de Urano y no pudo observar el hemisferio norte . Sin embargo, a finales de la década de 1990 y principios del siglo XXI, cuando la región polar norte apareció a la vista, el telescopio espacial Hubble (HST) y el telescopio Keck inicialmente no observaron ni un collar ni un casquete polar en el hemisferio norte. [7] Por lo tanto, Urano parecía ser asimétrico: brillante cerca del polo sur y uniformemente oscuro en la región al norte del collar sur. [7] Sin embargo, en 2007, cuando Urano pasó su equinoccio, el collar sur casi desapareció, mientras que un débil collar norte emergió cerca de los 45 grados de latitud . [9] La estructura latitudinal visible de Urano es diferente de la de Júpiter y Saturno , que muestran múltiples bandas estrechas y coloridas. [1]
Además de la estructura en bandas a gran escala, la Voyager 2 observó diez pequeñas nubes brillantes, la mayoría situadas a varios grados al norte del collar. [3] En todos los demás aspectos, Urano parecía un planeta dinámicamente muerto en 1986. Sin embargo, en la década de 1990, el número de características de nubes brillantes observadas aumentó considerablemente. [1] La mayoría de ellas se encontraron en el hemisferio norte cuando comenzaron a hacerse visibles. [1] La explicación común, aunque incorrecta, de este hecho fue que las nubes brillantes son más fáciles de identificar en su parte oscura, mientras que en el hemisferio sur el collar brillante las enmascara. [10] Sin embargo, existen diferencias entre las nubes de cada hemisferio. Las nubes del norte son más pequeñas, más nítidas y más brillantes. [11] Parecen estar a una altitud mayor , lo que está relacionado con el hecho de que hasta 2004 (ver más abajo) no se había observado ninguna nube polar sur en la longitud de onda de 2,2 micrómetros , [11] que es sensible a la absorción de metano , mientras que las nubes del norte se han observado regularmente en esta banda de longitud de onda . La vida de las nubes abarca varios órdenes de magnitud. Algunas nubes pequeñas viven durante horas, mientras que al menos una nube austral ha persistido desde el paso de la Voyager. [1] [4] Observaciones recientes también han descubierto que las características de las nubes en Urano tienen mucho en común con las de Neptuno, aunque el clima en Urano es mucho más tranquilo. [1]
Las manchas oscuras comunes en Neptuno nunca se habían observado en Urano antes de 2006, cuando se fotografió la primera característica de este tipo. [12] En ese año, las observaciones tanto del Telescopio Espacial Hubble como del Telescopio Keck revelaron una pequeña mancha oscura en el hemisferio norte (invierno) de Urano. Estaba ubicada en la latitud de aproximadamente 28 ± 1° y medía aproximadamente 2° (1300 km) en latitud y 5° (2700 km) en longitud. [5] La característica llamada Mancha Oscura de Urano (UDS) se movió en la dirección prograda relativa a la rotación de Urano con una velocidad promedio de 43,1 ± 0,1 m/s , que es casi 20 m/s más rápido que la velocidad de las nubes en la misma latitud. [5] La latitud de UDS era aproximadamente constante. La característica era variable en tamaño y apariencia y a menudo estaba acompañada por una nube blanca brillante llamada Compañero Brillante (BC), que se movía con casi la misma velocidad que la propia UDS. [5]
El comportamiento y la apariencia de UDS y su brillante compañera fueron similares a las Grandes Manchas Oscuras Neptunianas (GDS) y sus brillantes compañeras, respectivamente, aunque UDS era significativamente más pequeña. Esta similitud sugiere que tienen el mismo origen. Se planteó la hipótesis de que GDS eran vórtices anticiclónicos en la atmósfera de Neptuno, mientras que se pensaba que sus brillantes compañeras eran nubes de metano formadas en lugares donde el aire se eleva ( nubes orográficas ). [5] Se supone que UDS tiene una naturaleza similar, aunque se veía diferente de GDS en algunas longitudes de onda. Aunque GDS tuvo el contraste más alto a 0,47 μm, UDS no fue visible en esta longitud de onda. Por otro lado, UDS demostró el contraste más alto a 1,6 μm, donde no se detectaron GDS. [5] Esto implica que las manchas oscuras en los dos gigantes de hielo se encuentran a niveles de presión algo diferentes: la característica uraniana probablemente se encuentra cerca de 4 bar. El color oscuro del UDS (así como del GDS) puede deberse al adelgazamiento de las nubes subyacentes de sulfuro de hidrógeno o hidrosulfuro de amonio . [5]
La aparición de una mancha oscura en el hemisferio de Urano que estuvo en la oscuridad durante muchos años indica que cerca del equinoccio Urano entró en un período de actividad meteorológica elevada. [5]
El seguimiento de numerosas características de las nubes permitió la determinación de los vientos zonales que soplan en la troposfera superior de Urano. [1] En el ecuador, los vientos son retrógrados, lo que significa que soplan en dirección inversa a la rotación planetaria. Sus velocidades van de −100 a −50 m/s. [1] [7] Las velocidades del viento aumentan con la distancia desde el ecuador, alcanzando valores cero cerca de ±20° de latitud, donde se encuentra el mínimo de temperatura de la troposfera. [1] [13] Más cerca de los polos, los vientos cambian a una dirección prograda, fluyendo con su rotación. Las velocidades del viento continúan aumentando y alcanzan máximos a ±60° de latitud antes de caer a cero en los polos. [1] Las velocidades del viento a −40° de latitud varían de 150 a 200 m/s. Debido a que el collar oscurece todas las nubes por debajo de ese paralelo, las velocidades entre este y el polo sur son imposibles de medir. [1] En cambio, en el hemisferio norte se observan velocidades máximas de hasta 240 m/s cerca de los +50 grados de latitud. [1] [7] Estas velocidades a veces conducen a afirmaciones incorrectas de que los vientos son más rápidos en el hemisferio norte. De hecho, latitud por latitud, los vientos son ligeramente más lentos en la parte norte de Urano, especialmente en las latitudes medias de ±20 a ±40 grados. [1] Actualmente no hay acuerdo sobre si se han producido cambios en la velocidad del viento desde 1986, [1] [7] [14] y no se sabe nada sobre vientos meridionales mucho más lentos . [1]
Determinar la naturaleza de esta variación estacional es difícil porque existen datos fiables sobre la atmósfera de Urano desde hace menos de un año uraniano completo (84 años terrestres). [15] Sin embargo, se han hecho varios descubrimientos. La fotometría a lo largo de medio año uraniano (a partir de la década de 1950) ha mostrado una variación regular del brillo en dos bandas espectrales , con máximos en los solsticios y mínimos en los equinoccios . [16] Se ha observado una variación periódica similar, con máximos en los solsticios, en las mediciones de microondas de la troposfera profunda iniciadas en la década de 1960. [17] Las mediciones de temperatura estratosférica a partir de la década de 1970 también mostraron valores máximos cerca del solsticio de 1986. [18]
Se cree que la mayor parte de esta variabilidad se debe a cambios en la geometría de observación . Urano es un esferoide achatado , lo que hace que su área visible sea más grande cuando se ve desde los polos . Esto explica en parte su apariencia más brillante en los solsticios. [16] También se sabe que Urano exhibe fuertes variaciones zonales en el albedo (ver arriba). [10] Por ejemplo, la región polar sur de Urano es mucho más brillante que las bandas ecuatoriales . [3] Además, ambos polos muestran un brillo elevado en la parte de microondas del espectro, [19] mientras que se sabe que la estratosfera polar es más fría que la ecuatorial. [18] Entonces, el cambio estacional parece suceder de la siguiente manera: los polos, que son brillantes tanto en las bandas espectrales visibles como de microondas, aparecen a la vista en los solsticios, lo que resulta en un planeta más brillante, mientras que el ecuador oscuro es visible principalmente cerca de los equinoccios, lo que resulta en un planeta más oscuro. [10] Además, las ocultaciones en los solsticios investigan la estratosfera ecuatorial más caliente. [18]
Sin embargo, existen algunas razones para creer que en Urano se están produciendo cambios estacionales. Aunque se sabe que Urano tiene una región polar sur brillante, el polo norte es bastante tenue, lo que es incompatible con el modelo de cambio estacional descrito anteriormente. [20] Durante su anterior solsticio norte en 1944, Urano mostró niveles elevados de brillo, lo que sugiere que el polo norte no siempre fue tan tenue. [16] Esta información implica que el polo visible se ilumina algún tiempo antes del solsticio y se oscurece después del equinoccio . [20] Un análisis detallado de los datos visibles y de microondas reveló que los cambios periódicos de brillo no son completamente simétricos alrededor de los solsticios, lo que también indica un cambio en los patrones de albedo . [20] Además, los datos de microondas mostraron aumentos en el contraste polo-ecuador después del solsticio de 1986. [19] Finalmente, en la década de 1990, cuando Urano se alejó de su solsticio , el Hubble y los telescopios terrestres revelaron que el casquete polar sur se oscureció notablemente (excepto el collar sur, que permaneció brillante), [8] mientras que el hemisferio norte demostró una actividad creciente, [4] como formaciones de nubes y vientos más fuertes, habiendo reforzado las expectativas de que brillaría pronto. [11] En particular, se esperaba que apareciera en su parte norte un análogo del brillante collar polar presente en su hemisferio sur a −45°. [20] Esto sucedió de hecho en 2007 cuando Urano pasó un equinoccio: surgió un débil collar polar norte, mientras que el collar sur se volvió casi invisible, aunque el perfil del viento zonal permaneció asimétrico, con los vientos del norte siendo ligeramente más lentos que los del sur. [9]
El mecanismo de los cambios físicos aún no está claro. [20] Cerca de los solsticios de verano e invierno , los hemisferios de Urano se encuentran alternativamente en pleno resplandor de los rayos del Sol o de cara al espacio profundo. Se cree que el brillo del hemisferio iluminado por el Sol es el resultado del engrosamiento local de las nubes de metano y las capas de neblina ubicadas en la troposfera . [8] El collar brillante en la latitud −45° también está relacionado con las nubes de metano. [8] Otros cambios en la región polar sur pueden explicarse por cambios en las capas de nubes inferiores. [8] La variación de la emisión de microondas de Urano probablemente esté causada por cambios en la circulación troposférica profunda , porque las nubes polares espesas y la neblina pueden inhibir la convección. [19]
Durante un breve período en la segunda mitad de 2004, aparecieron varias nubes grandes en la atmósfera de Urano, dándole una apariencia similar a la de Neptuno . [11] [21] Las observaciones incluyeron velocidades de viento récord de 824 km/h y una tormenta eléctrica persistente conocida como "fuegos artificiales del 4 de julio". [4] No se sabe con certeza por qué se produjo este aumento repentino de la actividad, pero parece que la inclinación extrema del eje de Urano produce variaciones estacionales extremas en su clima. [12] [20]
Se han propuesto varias soluciones para explicar el clima tranquilo en Urano. Una explicación propuesta para esta escasez de características nubosas es que el calor interno de Urano parece notablemente menor que el de los otros planetas gigantes; en términos astronómicos, tiene un flujo térmico interno bajo . [1] [13] Todavía no se entiende por qué el flujo de calor de Urano es tan bajo. Neptuno , que es el gemelo cercano de Urano en tamaño y composición, irradia 2,61 veces más energía al espacio que la que recibe del Sol. [1] Urano, por el contrario, casi no irradia calor en exceso. La potencia total irradiada por Urano en la parte infrarroja lejana (es decir, calor ) del espectro es 1,06 ± 0,08 veces la energía solar absorbida en su atmósfera . [22] [23] De hecho, el flujo de calor de Urano es de solo 0,042 ± 0,047 W/m 2 , que es inferior al flujo de calor interno de la Tierra de aproximadamente 0,075 W/m 2 . [22] La temperatura más baja registrada en la tropopausa de Urano es de 49 K (−224 °C), lo que convierte a Urano en el planeta más frío del Sistema Solar, más frío que Neptuno . [22] [23]
Otra hipótesis sostiene que cuando Urano fue "derribado" por el impacto supermasivo que provocó su inclinación axial extrema, el evento también provocó que expulsara la mayor parte de su calor primordial, dejándolo con una temperatura central reducida. Otra hipótesis es que existe algún tipo de barrera en las capas superiores de Urano que impide que el calor del núcleo llegue a la superficie. [24] Por ejemplo, la convección puede tener lugar en un conjunto de capas de composición diferente, lo que puede inhibir el transporte de calor hacia arriba . [22] [23]
El planeta Urano completa su revolución alrededor del Sol en 84 años.
Fuentes