Urano (Planeta): concepto y características
Urano es el séptimo planeta en el Sistema Solar, ubicado entre las órbitas de Saturno y Neptuno. Su observación a simple vista es difícil debido a que tiene una magnitud de sexta, lo que lo hace débilmente visible. Fue descubierto de manera fortuita en 1781 por el astrónomo británico William Herschel, quien inicialmente lo nombró Georgium Sidus en honor al rey Jorge III, su patrocinador. Posteriormente, se utilizó el nombre de Herschel durante un tiempo, hasta que el astrónomo alemán Johann Elert Bode sugirió la denominación de Urano, que comenzó a adoptarse a finales del siglo XIX.
Este gigante helado tiene un diámetro de 52.200 km y se encuentra a una distancia media del Sol de aproximadamente 2.870 millones de kilómetros. Urano tarda 84 años en completar una órbita y su rotación sobre su eje dura 17 horas y 15 minutos. La inclinación de su eje de rotación es de 8° respecto al plano de su órbita. Su atmósfera está compuesta principalmente de hidrógeno y helio, con trazas de metano, y, a través de un telescopio, se puede observar como un disco de color verde azulado con un contorno más pálido.
En términos de masa, Urano es 14,5 veces más grande que la Tierra, tiene un volumen 67 veces mayor y una gravedad 1,17 veces superior. Sin embargo, su campo magnético es solo un 10% más fuerte que el de nuestro planeta, y su eje magnético está inclinado 55° con respecto al de su rotación. La densidad de Urano es aproximadamente 1,2 veces la de la agua.
Índice de contenidos
Introducción
Urano, el séptimo planeta del Sistema Solar, es el tercer planeta en tamaño y el cuarto en masa. Su nombre proviene de Urano, el dios griego del cielo, quien era el padre de Crono (Saturno) y abuelo de Zeus (Júpiter). Aunque puede ser visto a simple vista, no fue reconocido como planeta por los astrónomos antiguos debido a su débil brillo y a su lenta órbita. Fue William Herschel quien, el 13 de marzo de 1781, anunció su descubrimiento, ampliando así las fronteras del Sistema Solar por primera vez en la historia moderna. Además, Urano es el primer planeta identificado con un telescopio.
En cuanto a su composición, Urano es muy similar a Neptuno, lo que lo diferencia de los otros gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno. Esta diferencia lleva a los astrónomos a clasificar a Urano y Neptuno como “gigantes helados”. Aunque su atmósfera comparte características con la de Júpiter y Saturno, principalmente formada por hidrógeno y helio, contiene una mayor proporción de “hielos” como agua, amoníaco y metano, junto con pequeñas cantidades de hidrocarburos.
La temperatura en su atmósfera es la más baja del Sistema Solar, alcanzando los 49 K (−224 °C). Su estructura nubosa es compleja, con diferentes capas, y se cree que las nubes más cercanas al interior están compuestas de agua, mientras que las superiores son de metano. En contraste, el núcleo de Urano está formado principalmente por hielo y roca.
Al igual que otros planetas gigantes, Urano posee un sistema de anillos, una magnetosfera y varios satélites. Sin embargo, su inclinación axial es única, ya que su eje de rotación está casi paralelo a su órbita alrededor del Sol, lo que provoca que sus polos estén ubicados donde otros planetas tienen el ecuador.
Desde la Tierra, sus anillos parecen rodear el planeta como una diana, y los satélites orbitan en dirección similar a las agujas de un reloj. En 2007 y 2008, los anillos aparecieron de lado. En 1986, las imágenes enviadas por la sonda Voyager 2 mostraron a Urano como un planeta sin características evidentes de luz o tormentas visibles. Sin embargo, más recientemente, se han observado cambios en su clima, como un aumento en la actividad meteorológica a medida que el planeta se acerca a su equinoccio. Los vientos en Urano pueden alcanzar o superar los 250 m/s (900 km/h).
Descubrimiento
Urano había sido observado en varias ocasiones antes de su reconocimiento oficial como planeta, pero generalmente se confundió con una estrella. La primera observación registrada se remonta a 1690, cuando John Flamsteed observó el objeto al menos seis veces, catalogándolo como “34 Tauri”. Entre 1750 y 1769, el astrónomo francés Pierre Charles Le Monnier realizó al menos doce observaciones, incluyendo varias noches consecutivas.
En 1738, el astrónomo inglés John Bevis representó a Urano como tres estrellas en posiciones sucesivas en su atlas Uranographia Britannica, aunque no identificó sus características planetarias. Estas observaciones previas al descubrimiento se conocen en la astronomía como la era de los “predescubrimientos”.
El 13 de marzo de 1781, Sir William Herschel observó Urano desde su jardín en la ciudad de Bath, Inglaterra. Inicialmente, el 26 de abril de ese mismo año, Herschel lo describió como un “cometa”. Estaba llevando a cabo una serie de observaciones sobre el paralaje de las estrellas fijas, utilizando su propio telescopio. En su diario escribió: “Cerca de ζ Tauri… o bien una estrella nebulosa o quizá un cometa”. El 17 de marzo, tras más observaciones, anotó: “Busqué el cometa o estrella nebulosa y he descubierto que es un cometa, ya que ha cambiado de lugar”.
Aunque siguió describiéndolo como un cometa, sus observaciones no fueron concluyentes y, al presentar su descubrimiento a la Royal Society, lo comparó implícitamente con un planeta. Al informar sobre su hallazgo, Herschel se dirigió a Nevil Maskelyne, quien, confundido, respondió: “No sé cómo llamarlo. Es igual de posible que sea un planeta moviéndose en una órbita casi circular alrededor del sol, como un cometa moviéndose en una elipse muy excéntrica. Aún no he visto ninguna cola”.
Mientras Herschel seguía considerando su hallazgo como un cometa, otros astrónomos comenzaron a sospechar que en realidad no lo era. El astrónomo ruso Anders Johan Lexell calculó que la distancia del objeto era 18 veces la distancia entre la Tierra y el Sol, y ningún cometa conocido se acercaba tanto al perihelio. Johann Elert Bode, astrónomo de Berlín, consideró que el objeto descubierto por Herschel era “una estrella móvil que podría ser un planeta desconocido, más allá de la órbita de Saturno”. Bode concluyó que su órbita casi circular era característica de un planeta, no de un cometa.
Finalmente, se aceptó que el objeto descubierto por Herschel era un nuevo planeta. En 1783, Herschel reconoció este hecho en una carta al presidente de la Royal Society, Joseph Banks: “Según la observación de los astrónomos más eminentes de Europa, parece que la nueva estrella que señalé en marzo de 1781 es un planeta primario de nuestro sistema solar”.
En agradecimiento por su descubrimiento, el rey Jorge III le otorgó a Herschel una renta anual de doscientas libras, con la condición de que se mudara a Windsor para que la familia real pudiera observar el planeta a través de sus telescopios.
Órbita y rotación
Urano completa una órbita alrededor del Sol cada 84.01 años terrestres, a una distancia media de aproximadamente 3000 millones de kilómetros (unas 20 unidades astronómicas o UA). La intensidad de la luz solar que llega a Urano es solo una fracción de la que llega a la Tierra, alrededor de 1/400. En 1783, Pierre-Simon Laplace calculó por primera vez los elementos orbitales de Urano.
Con el tiempo, comenzaron a aparecer discrepancias entre las órbitas observadas y las predicciones anteriores. En 1841, John Couch Adams sugirió que estas diferencias podrían ser causadas por la atracción gravitacional de un planeta desconocido. En 1845, Urbain Le Verrier inició su propia investigación sobre las perturbaciones orbitales de Urano, y el 23 de septiembre de 1846, Johann Gottfried Galle descubrió Neptuno, casi en la misma posición que Le Verrier había predicho.
El período sinódico de Urano es de 370 días, por lo que su oposición se produce aproximadamente 5 días más tarde cada año. Desde la Tierra, Urano se mueve directamente en el cielo, salvo cerca de la oposición, cuando entra en movimiento retrógrado durante un período de unos 152 días. La rotación interna de Urano dura 17 horas y 14 minutos, pero su atmósfera superior experimenta vientos muy fuertes que giran en la misma dirección que la rotación, moviéndose mucho más rápido en algunas latitudes, con una rotación completa en tan solo 14 horas.
La inclinación axial de Urano es de 97.77°, lo que provoca un comportamiento estacional muy diferente al de otros planetas del sistema solar. Los polos del planeta están casi alineados con su órbita, lo que hace que un polo esté constantemente apuntando hacia el Sol durante un largo período de 42 años, seguido por 42 años de oscuridad. Solo una franja estrecha alrededor del ecuador experimenta ciclos de día y noche rápidos, con el Sol bajo en el horizonte. El equinoccio más reciente de Urano fue el 7 de diciembre de 2007.
Curiosamente, aunque las regiones polares reciben más energía solar durante el año, la temperatura en el ecuador de Urano es más alta que en sus polos. Este fenómeno aún no tiene una explicación clara, aunque se especula que puede ser debido a una colisión con un protoplaneta o perturbaciones gravitacionales de otros planetas gigantes. Durante el sobrevuelo de Voyager 2 en 1986, el polo sur de Urano apuntaba casi directamente hacia el Sol.
En términos de visibilidad, Urano es generalmente visible a simple vista en cielos oscuros, sin contaminación lumínica, con una magnitud aparente fluctuante entre +5.6 y +5.9 desde 1995 hasta 2006. Su diámetro angular es de entre 3.4 y 3.7 arcosegundos, lo que lo coloca en el límite de la visibilidad a simple vista. Con telescopios más grandes, Urano se muestra como un disco pálido de color cian, y en telescopios de mayor diámetro se pueden distinguir algunas nubes y satélites como Titania y Oberon.
Anillos y satélites
En 1977, el astrónomo estadounidense James L. Elliot descubrió la presencia de cinco anillos alrededor de Urano durante la observación de la ocultación de una estrella detrás del planeta. Estos anillos fueron denominados Alpha, Beta, Gamma, Delta y Epsilon, comenzando desde el anillo más cercano al planeta. Juntos, forman un cinturón de 9.400 km de ancho, extendiéndose hasta 51.300 km desde el centro de Urano.
Posteriormente, las imágenes obtenidas por el Voyager 2 revelaron la existencia de seis anillos adicionales, alcanzando un total de once. En diciembre de 2005, se anunciaron dos nuevos anillos de polvo mucho más alejados, descubiertos gracias al telescopio espacial Hubble, formando lo que algunos científicos han denominado el “segundo sistema de anillos de Urano”.
Además de los trece anillos, Urano tiene 27 lunas. Las dos lunas más grandes, Oberon y Titania, fueron descubiertas por William Herschel en 1787. Las lunas Umbriel y Ariel fueron identificadas por William Lassell en 1851. Miranda, el satélite más cercano a Urano conocido antes del paso del Voyager, fue descubierto por Gerard Pieter Kuiper en 1948.
Durante el paso del Voyager 2 por Urano en 1985 y 1986, los científicos descubrieron once lunas más, todas con diámetros menores a los 100 kilómetros. En noviembre de 1997, un equipo de astrónomos trabajando con el telescopio Hale en el Observatorio Monte Palomar descubrió dos lunas más, las cuales son las más distantes de Urano. En 1999, se hallaron otras tres lunas, y en 2001, dos más, una de las cuales no pudo ser observada de nuevo hasta un año después. En 2003, la Unión Astronómica Internacional (IAU) anunció el descubrimiento de cuatro lunas adicionales de Urano.
Características Físicas y Composición de Urano
Estructura Interna del Planeta
Urano es el planeta más liviano de los gigantes gaseosos, con una masa que equivale a 14.5 veces la de la Tierra. A pesar de tener un diámetro mayor al de Neptuno (aproximadamente cuatro veces el de la Tierra), su menor masa implica que su densidad es más baja, alcanzando solo 1.27 g/cm³.
Este valor lo convierte en el segundo planeta menos denso del sistema solar, solo superado por Saturno. Su composición está dominada por diversos “hielos”, como agua, amoníaco y metano. La cantidad total de hielo en el interior de Urano varía entre 9.3 y 13.5 masas terrestres, mientras que el hidrógeno y helio juntos representan entre 0.5 y 1.5 masas terrestres. El resto de la masa está constituido por material rocoso.
El modelo estándar de su estructura interna sugiere que Urano tiene un núcleo rocoso pequeño, compuesto de 0.55 masas terrestres, rodeado por un manto de hielos que constituye la mayor parte de su masa, con unas 13.4 masas terrestres. La atmósfera, que es relativamente tenue, contiene solo unas 0.5 masas terrestres, formando el 20% del radio planetario. Se cree que el núcleo de Urano es extremadamente denso, alcanzando 9 g/cm³, con una presión central de 8 millones de bares y una temperatura cercana a los 5000 K.
Sin embargo, el manto helado no es simplemente hielo convencional, sino un fluido caliente y denso que consiste en una mezcla de agua, amoníaco y otros volátiles. Este fluido se comporta como un “océano de agua-amoniaco” con alta conductividad eléctrica. La principal diferencia con Júpiter y Saturno radica en que Urano y Neptuno están principalmente formados por hielo, mientras que los otros dos gigantes gaseosos son predominantemente compuestos por gases.
Calor Interno
El flujo térmico de Urano es bajo en comparación con los otros planetas gigantes. A pesar de que Neptuno, muy similar en tamaño y composición, irradia más energía de la que recibe del Sol, Urano apenas emite calor. La energía irradiada por Urano en el espectro infrarrojo distante es solo un pequeño porcentaje de la energía solar que recibe.
Este flujo térmico es tan bajo que es incluso inferior al de la Tierra. Una de las teorías para explicar este fenómeno es que, tras un impacto que alteró su inclinación axial, Urano habría perdido gran parte de su calor primigenio, lo que redujo la temperatura de su núcleo. Otra hipótesis sugiere que hay una barrera en sus capas superiores que impide la transferencia de calor desde el núcleo hacia la atmósfera, probablemente debido a un fenómeno de convección en las capas internas.
Atmósfera de Urano
La atmósfera de Urano, aunque no tiene una superficie sólida definida, es la capa gaseosa más externa del planeta. Esta capa se extiende hasta unos 300 km por debajo del nivel de 1 bar, y la presión que se alcanza en esa región es de unos 100 bares. Se puede dividir en tres secciones: la troposfera, la estratosfera y la termosfera/corona.
La troposfera es la capa más baja, donde las temperaturas disminuyen con la altitud, con temperaturas que oscilan entre 320 K y 53 K. En la estratosfera, que se encuentra entre 50 km y 4000 km de altura, la temperatura aumenta con la altitud debido a la absorción de radiación ultravioleta e infrarroja. La termosfera, la capa más externa, alcanza temperaturas de entre 800 y 850 K.
La atmósfera de Urano está compuesta principalmente de hidrógeno y helio, aunque en menor medida contiene metano, que es responsable de su característico color aguamarina. El metano, en una proporción de 2.3%, se encuentra en la troposfera superior, mientras que en las capas más profundas se encuentran trazas de otros compuestos como amoníaco, agua y ácido sulfhídrico, aunque estos se encuentran en menores cantidades que en otros planetas. Los hidrocarburos como el etano y el acetileno también se forman en la atmósfera de Urano debido a la fotólisis del metano por la radiación solar.
Troposfera y Estratósfera
La troposfera, la capa más baja de la atmósfera de Urano, es la más densa y dinámica, con vientos fuertes y cambios estacionales significativos. Se cree que en esta capa existen nubes de agua, amoníaco y metano, con diferentes composiciones dependiendo de la presión a la que se encuentren. En la estratósfera, el calor se genera por la absorción de radiación solar por los hidrocarburos y otros compuestos.
Aunque la concentración de hidrocarburos en esta capa es más baja que en los otros gigantes gaseosos, se cree que estos compuestos contribuyen al aspecto liso y difuso del planeta, formando capas de niebla a gran altitud.
Termosfera y Corona
La termosfera y la corona, las capas más externas de la atmósfera de Urano, tienen una temperatura de alrededor de 800-850 K, pero los mecanismos que mantienen esta temperatura aún no están claros. Se cree que la actividad auroral y la débil eficiencia en el enfriamiento debido a la falta de hidrocarburos en la estratósfera superior pueden jugar un papel en este fenómeno, aunque todavía se necesitan más estudios para comprender completamente su origen.
