Explicado por qué Urano y Neptuno tienen distintos colores

Urano (izquierda) y Neptuno (derecha) fotografiados durante el sobrevuelo de Voyager 2 en 1986 y 1989, respectivamente. Crédito: NASA/JPL-Caltech/B. Jónsson.

Neptuno y Urano tienen mucho en común: tienen una masa, tamaño y composiciones atmosféricas muy similares, a pesar de que sus apariencias son notablemente diferentes. En longitudes de onda visibles, Neptuno tiene un color claramente más azul, mientras que Urano tiene un tono cian pálido. 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 existe en ambos planetas es más gruesa en Urano que en Neptuno y “blanquea” la apariencia de Urano haciéndolo ver más pálido que Neptuno. Si no hubiese neblina en las atmósferas de Neptuno y Urano, ambos se verían casi igualmente azules.

Esta conclusión proviene de un modelo desarrollado por un equipo internacional dirigido por el profesor de Física Planetaria de la Universidad de Oxford Patrick Irwin, y que fue desarrollado para describir las capas de aerosoles en las atmósferas de Neptuno y Urano. Investigaciones previas de las atmósferas superiores de estos planetas, se habían centrado en la apariencia de la atmósfera solo en longitudes de onda específicas. Sin embargo, este nuevo modelo, que consta de múltiples capas atmosféricas, 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, sobre las cuales anteriormente se pensaba que solo contenían 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 de infrarrojo cercano”, explicó Irwin, quien es el autor principal del artículo científico que presenta los resultados. “Además, es el primer modelo en explicar las diferencias en el color visible entre Urano y Neptuno”, agregó.

El modelo del equipo considera tres capas de aerosoles a diferentes alturas. La capa que afecta los colores es la del medio, que consiste en una capa de partículas de neblina que es más densa en Urano que en Neptuno. El equipo sospecha que, en ambos planetas, el hielo de metano se condensa en las partículas de esta capa, arrastrándolas más profundamente hacia la atmósfera en una lluvia de nieve de metano. Como Neptuno tiene una atmósfera más turbulenta y activa que Urano, el equipo cree que la atmósfera de Neptuno es más eficiente en agitar las partículas de metano en la capa de neblina y en producir este tipo de nieve. Esto elimina más neblina y mantiene esta capa Neptuno más delgada en Neptuno que en Urano, lo que significa que el color azul de Neptuno se ve más intenso.

“Esperábamos que el desarrollo de este modelo ayudaría a comprender las nubes y neblinas en las atmósferas de los gigantes de hielo”, comentó Mike Wong, astrónomo de la Universidad de California, Berkeley, y miembro del equipo detrás de estos resultados. “Pero explicar la diferencia de los colores entre Urano y Neptuno ¡fue un bono extra inesperado!”, sostuvo.

Diagrama de las tres capas de aerosoles en las atmósferas de Urano y Neptuno, como fueron modeladas. La escala de altura en el diagrama representa la presión por encima de 10 bar. Crédito: Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA, J. da Silva/NASA/JPL-Caltech/B. Jónsson.

Para crear este modelo, el equipo de Irwin analizó un conjunto de observaciones en diferentes longitudes de onda de que abarcaron desde el ultravioleta, pasando por el visible, y llegando al infrarrojo cercano (es decir, de 0,3 a 2,5 micrómetros), y que fueron tomadas con el Espectrómetro de Campo Integral en Infrarrojo Cercano (NIFS). Se trata de un instrumento ubicado en el telescopio de Gemini Norte, que se encuentra cerca de la cima de Mauna Kea en Hawái, el cual es parte del Observatorio Gemini, un Programa de NOIRLab de NSF y de Observatorio AURA. El equipo también utilizó datos de archivo de las Instalaciones del Telescopio Infrarrojo de la NASA, también localizado en Hawái, y el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA.

El instrumento NIFS, en Gemini Norte, fue muy importante para la investigación, ya que entregó los espectros (mediciones del brillo de un objeto en distintas longitudes de onda) que permitieron al equipo realizar las mediciones detalladas del grado de reflexión de ambos planetas, tanto en el disco completo del planeta, como en un rango de longitudes de onda del infrarrojo cercano.

El modelo también ayuda a explicar los puntos oscuros que son visibles ocasionalmente en Neptuno y aún menos detectados en Urano. Si bien los astrónomos estaban conscientes de la presencia de esta manchas oscuras en las atmósferas de ambos planetas, no sabían qué capa de aerosol estaba causándolas, ni porque razón los aerosoles en esas capas eran menos reflectivos. La investigación del equipo aportó información para responder estas preguntas, mostrando que un oscurecimiento de la capa más profunda de su modelo producía manchas oscuras similares a las que se ven en Neptuno y tal vez en Urano.

El artículo “Hazy blue worlds: A holistic aerosol model for Uranus and Neptune, including Dark Spots” fue publicado el 23 de mayo de 2022 en Journal of Geophysical Research: Planets.

Fuente: NOIRLab