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Lunas de Urano

Una imagen actualizada de las seis lunas más grandes y las ocho lunas interiores de Urano capturada 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 ellas llevan el nombre de personajes que aparecen o son mencionados 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 aún pueden estar 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 más grande 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 Oberón , 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] Estas 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 avanzados basados ​​en la Tierra . [2] [3]

Descubrimiento

Las dos primeras lunas que se descubrieron fueron Titania y Oberón , que fueron avistadas por Sir William Herschel el 11 de enero de 1787, seis años después de haber descubierto el planeta en sí. Más tarde, Herschel pensó que había 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 Oberón. 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 las de William Lassell (donde a veces son I y II). [6] Con la confirmación de Ariel y Umbriel, Lassell numeró las lunas I a IV desde Urano hacia afuera, y esto finalmente se mantuvo. [7] En 1852, el hijo de Herschel, John Herschel, dio a las cuatro lunas conocidas en ese momento sus nombres. [8]

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

Urano fue el último planeta gigante sin lunas irregulares conocidas hasta 1997, cuando los astrónomos que usaban telescopios terrestres descubrieron Sycorax y Caliban . 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 uranianas más. [3] Además, dos pequeñas lunas interiores, Cupido y Mab , fueron descubiertas usando el Telescopio Espacial Hubble en 2003. [12] No se hicieron 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) usando 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 que había 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, durante muchas décadas se creyó 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 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 Oberón, no se correspondían con ninguno de los cuatro satélites adicionales de Herschel en características orbitales. Se pensaba que los cuatro satélites espurios de Herschel tenían períodos siderales de 5,89 días (en el interior de Titania), 10,96 días (entre Titania y Oberón), 38,08 días y 107,69 días (en el exterior de Oberón). [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 lunas en 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 de nombrarlas fue asumida por 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 del mechón de Alexander Pope (Ariel también es un duendecillo en La tempestad de Shakespeare ). El razonamiento fue presumiblemente que Urano, como dios del cielo y el aire, estaría acompañado por espíritus del aire. [18] No se sabe con certeza si John Herschel fue el creador de los nombres, o si fue en cambio 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 aéreos (solo Puck y Mab continuaron la tendencia), se han centrado en el material de origen de Herschel. En 1949, la quinta luna, Miranda , fue bautizada 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 a las lunas en honor a personajes de las obras de Shakespeare y El rapto del mechón (aunque en la actualidad solo Ariel, Umbriel y Belinda tienen nombres extraídos de esta última; todas las demás son de Shakespeare). Las lunas retrógradas externas reciben todos nombres de personajes de una obra, La tempestad ; la única luna prograda externa conocida, Margaret , recibe su nombre de Mucho ruido y pocas nueces . [19]

Algunos asteroides , que también llevan el nombre de los mismos personajes de Shakespeare, comparten nombres con las 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 planetas gigantes . De hecho, la masa combinada de los cinco satélites principales es menos de la mitad de la de Tritón (la séptima luna más grande del Sistema Solar) por sí 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 ligeramente 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 aproximadamente 10.000 veces más masivo que sus lunas. [b]

Lunas interiores

Esquema del sistema de anillos y lunas de Urano

A partir de 2024, se sabe que Urano tiene 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 , que probablemente resultaron de la fragmentación de una o varias lunas interiores pequeñas. [23] Las dos lunas más internas, Cordelia y Ophelia , son pastoras del anillo ε de Urano, mientras que la pequeña luna Mab es una fuente del anillo μ más externo de Urano. [12] Puede haber dos lunas pastoras pequeñas adicionales (de 2 a 7 km de radio) no descubiertas ubicadas a unos 100 km en el exterior 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 con cierto detalle por la Voyager 2. Puck y Mab son los dos satélites interiores más externos de Urano. Todas las lunas interiores son objetos oscuros; su albedo geométrico es inferior al 10%. [25] Están compuestas de hielo de agua contaminado con un material oscuro, probablemente compuestos orgánicos procesados ​​por radiación. [26]

Las lunas interiores se perturban constantemente entre sí, especialmente dentro de los grupos Portia y Belinda, que están muy juntos. El sistema es caótico y aparentemente inestable. [27] Las simulaciones muestran que las lunas pueden perturbarse entre sí y cruzar sus órbitas, lo que puede acabar provocando colisiones entre ellas. [12] Desdémona puede colisionar con Crésida en el próximo millón de años, [28] y Cupido probablemente colisionará con Belinda en los próximos 10 millones de años; Perdita y Julieta pueden estar implicadas en colisiones posteriores. [29] Debido a esto, los anillos y las lunas interiores pueden estar en constante cambio, con lunas colisionando y reacreciéndose en escalas de tiempo cortas. [29]

Lunas grandes

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

Urano tiene cinco lunas principales : Miranda , Ariel , Umbriel , Titania y Oberón . Su diámetro varía desde los 472 km de Miranda hasta los 1578 km de 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 varían de 6,7 × 10 19  kg (Miranda) a 3,5 × 10 21  kg (Titania). A modo de 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 visión está respaldada por su gran inercia térmica , una propiedad superficial que comparten con planetas enanos como Plutón y Haumea . [33] Difiere fuertemente del comportamiento térmico de las lunas irregulares de Urano que es comparable a los objetos transneptunianos clásicos . [34] Esto sugiere un origen separado.

Modelado de lunas (Ariel, Umbriel, Titania, Oberón, Miranda)
(4 de mayo de 2023)

Todas las lunas principales comprenden cantidades aproximadamente iguales de roca y hielo, excepto Miranda, que está hecha principalmente de hielo. [35] El componente de hielo puede incluir amoníaco y dióxido de carbono . [36] Sus superficies están muy llenas de cráteres, aunque todas ellas (excepto Umbriel) muestran signos de resurgimiento endógeno en forma de lineamientos (cañones) y, en el caso de Miranda, estructuras similares a pistas de carreras ovoides llamadas coronas . [2] Los procesos extensionales asociados con diapiros ascendentes 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 la más antigua. [2] Se cree que una resonancia orbital pasada de 3:1 entre Miranda y Umbriel y una resonancia pasada 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 esta resonancia pasada es la inclinación orbital inusualmente alta de Miranda (4,34°) para un cuerpo tan cercano al planeta. [40] [41] Las lunas más grandes de Urano pueden estar diferenciadas internamente, con núcleos rocosos en sus centros rodeados de mantos de hielo . [35] Titania y Oberón 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 mayor que 10–20 nanobar. [42]

La trayectoria del Sol en el cielo local a lo largo de un día local durante el solsticio de verano de Urano y sus lunas principales es bastante diferente de la que se observa 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, a unos 7 grados de él en su punto más cercano, [c] durante el verano hemisférico. Cerca del ecuador, se vería casi exactamente al norte o al sur (según la estación). 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 distancia desde su planeta ( semieje mayor ) en el eje horizontal e inclinación orbital en el eje vertical. Los valores del semieje mayor se expresan como una fracción del radio de la esfera de Hill del planeta , mientras que la inclinación se expresa en grados desde la eclíptica . El radio de la esfera de Hill de Urano es de aproximadamente 73 millones de km. [3] Los tamaños relativos de las lunas se indican mediante 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 se agrupa a distancias orbitales entre 6 y 7 millones de km (3,7 y 4,3 millones de mi) e inclinaciones entre 141° y 144°. [14] El grupo Caliban incluye tres lunas retrógradas, que son Caliban , S/2023 U 1 y 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 conducen a colisiones con satélites interiores 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 prograda irregular conocida de Urano, y tiene una de las órbitas más excéntricas de cualquier luna en el Sistema Solar.

Lista

Diagrama orbital de la inclinación y las distancias orbitales del sistema de anillos y lunas de Urano a distintas escalas. Abra la imagen para verla en resolución completa.

Las lunas de Urano se enumeran aquí por período orbital, desde la más corta hasta la más larga. Las lunas lo suficientemente masivas como para que sus superficies hayan colapsado en un esferoide se resaltan en azul claro y en negrita. Las lunas interiores y principales tienen órbitas progradas. 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, los elementos orbitales enumerados de todas las lunas irregulares son promedios de una integración numérica de 8000 años por Brozović y Jacobson (2009). Estos pueden diferir de los elementos orbitales osculadores proporcionados por otras fuentes. [44] Los elementos orbitales de las principales lunas 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]

Véase 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 el orden de su descubrimiento. [1]
  5. ^ Los diámetros con múltiples entradas 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 se tomaron 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 se tomaron de Showalter, 2006. [12] Los radios de las lunas exteriores excepto Sycorax y Caliban se tomaron 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 French, 2024. [49] Las masas de todas las demás lunas se calcularon asumiendo una densidad de 1 g/cm 3 y utilizando radios dados.
  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. ^ En el caso de los satélites regulares, la inclinación mide el ángulo entre el plano orbital de la Luna y el plano definido por el ecuador de Urano. En el caso de los satélites irregulares, la inclinación mide el ángulo entre el plano orbital de la Luna y la eclíptica.

Referencias

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