Clima de Urano
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El hemisferio sur de Urano en color natural aproximado (izquierda) y en longitudes de onda más altas (derecha), mostrando sus tenues bandas de nubes y su "capucha" atmosférica como lo ve la Voyager 2

El clima de Urano está fuertemente influenciado tanto por su falta de calor interno, que limita la actividad atmosférica, como por su extrema inclinación axial, que induce una intensa variación estacional. La atmósfera de Urano es notablemente sosa en comparación con los otros planetas gigantes a los que, por lo demás, se parece mucho. [1] [2] Cuando la Voyager 2 sobrevoló Urano en 1986, observó un total de diez características de nubes en todo el planeta. [3] [4] Observaciones posteriores desde el suelo o por el Telescopio Espacial Hubble realizadas en las décadas de 1990 y 2000 revelaron nubes brillantes en el hemisferio norte (invierno). En 2006, una mancha oscura similar a la Gran Mancha Oscura enSe detectó Neptuno . [5]

Estructura de bandas, vientos y nubes.

Urano en 2005. Los anillos, el collar sur y una nube ligera en el hemisferio norte son visibles.

Las primeras sugerencias de bandas y clima en Urano llegaron 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). [7] Su límite se encuentra a unos -45 grados de latitud . Una banda estrecha que se extiende a ambos lados del rango latitudinal de -45 a -50 grados es la característica grande más brillante en la superficie visible de Urano. [7] [8] Se llama "collar" del sur. Se cree que la tapa y el collar son una región densa de nubes de metano ubicadas dentro del rango de presión de 1.3 a 2  bar . [9] Desafortunadamente la Voyager 2llegó 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 no observaron inicialmente ni un collar ni un casquete polar en el hemisferio norte. [8] Por lo tanto, Urano parecía ser asimétrico: brillante cerca del polo sur y uniformemente oscuro en la región al norte del collar sur. [8] Sin embargo, en 2007, cuando Urano pasó su equinoccio, el collar del sur casi desapareció, mientras que un débil collar del norte emergió cerca de los 45 grados de latitud . [10] Lo visibleLa estructura latitudinal de Urano es diferente a la de Júpiter y Saturno , que muestran múltiples bandas estrechas y coloridas. [1]

Además de la estructura de bandas a gran escala, la Voyager 2 observó diez pequeñas nubes brillantes, la mayoría de ellas a varios grados al norte del cuello. [7] 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 ellos se encontraron en el hemisferio norte cuando comenzó a hacerse visible. [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. [11] Sin embargo, existen diferencias entre las nubes de cada hemisferio. Las nubes del norte son más pequeñas, nítidas y brillantes.[12] Parece que se encuentran 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 , [12] que es sensible a la absorción de metano , mientras que el norte Se han observado regularmente nubes en esta banda de longitud de onda . La vida útil de las nubes abarca varios órdenes de magnitud. Algunas nubes pequeñas viven durante horas, mientras que al menos una nube del sur ha persistido desde el sobrevuelo de la Voyager. [1] [4] Observaciones recientes también descubrieron 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]

Mancha oscura de Urano

La primera mancha oscura observada en Urano. La imagen fue obtenida por ACS en HST en 2006.

Las manchas oscuras comunes en Neptuno nunca se habían observado en Urano antes de 2006, cuando se tomó la imagen de la primera característica de este tipo. [13] En ese año, las observaciones del Telescopio Espacial Hubble y del Telescopio Keck revelaron una pequeña mancha oscura en el hemisferio norte (invierno) de Urano. Estaba ubicado en la latitud de aproximadamente 28 ± 1 ° y medía aproximadamente 2 ° (1300 km) de latitud y 5 ° (2700 km) de longitud. [5] La característica llamada Uranus Dark Spot (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 rápida que la velocidad de las nubes en la misma latitud. [5]La latitud de UDS fue aproximadamente constante. La característica era variable en tamaño y apariencia y a menudo iba acompañada de nubes blancas brillantes llamadas Bright Companion (BC), que se movían casi con la misma velocidad que el propio UDS. [5]

El comportamiento y la apariencia de UDS y su brillante compañero fueron similares a los de Neptunian Great Dark Spots (GDS) y sus brillantes compañeros, respectivamente, aunque UDS fue significativamente más pequeño. Esta similitud sugiere que tienen el mismo origen. Se planteó la hipótesis de que los GDS eran vórtices anticiclónicos en la atmósfera de Neptuno, mientras que se pensaba que sus compañeros brillantes eran nubes de metano formadas en lugares donde el aire se elevaba ( 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 mayor contraste a 0,47 μm, UDS no fue visible en esta longitud de onda. Por otro lado, UDS demostró el mayor contraste a 1,6 μm, donde no se detectaron GDS. [5] Esto implica que las manchas oscuras en los dos gigantes de hielo están ubicadas a niveles de presión algo diferentes; la característica de Urano probablemente se encuentra cerca de los 4 bar. El color oscuro de UDS (así como GDS) puede ser causado por el adelgazamiento de las nubes de sulfuro de hidrógeno o hidrosulfuro de amonio subyacentes . [5]

Velocidades del viento zonales en Urano. Las áreas sombreadas muestran el collar sur y su futura contraparte norte. La curva roja es un ajuste simétrico a los datos.

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 elevada actividad meteorológica. [5]

Vientos

El seguimiento de numerosas características de las nubes permitió determinar 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 contraria a la rotación planetaria. Sus velocidades son de −100 a −50 m / s. [1] [8] La velocidad del viento aumenta con la distancia desde el ecuador, alcanzando valores cero cerca de ± 20 ° de latitud, donde se encuentra la temperatura mínima de la troposfera. [1] [14] Más cerca de los polos, los vientos cambian a una dirección prograda, fluyendo con su rotación. Las velocidades del viento continúan aumentando alcanzando máximos a ± 60 ° de latitud antes de caer a cero en los polos. [1]Las velocidades del viento en una latitud de -40 ° oscilan entre 150 y 200 m / s. Debido a que el collar oscurece todas las nubes por debajo de ese paralelo, las velocidades entre él y el polo sur son imposibles de medir. [1] En contraste, en el hemisferio norte se observan velocidades máximas de hasta 240 m / s cerca de los +50 grados de latitud. [1] [8] 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] [8] [15]y no se sabe nada acerca de vientos meridionales mucho más lentos . [1]

Variación estacional

Determinar la naturaleza de esta variación estacional es difícil porque existen buenos datos sobre la atmósfera de Urano durante menos de un año completo de Urano (84 años terrestres). [16] Sin embargo, se han realizado varios descubrimientos. La fotometría en el transcurso de medio año uraniano (a partir de la década de 1950) ha mostrado una variación regular en el brillo en dos bandas espectrales , con máximos en los solsticios y mínimos en los equinoccios . [17] 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. [18] EstratosféricoLas mediciones de temperatura que comenzaron en la década de 1970 también mostraron valores máximos cerca del solsticio de 1986. [19]

Las imágenes del HST muestran cambios en la atmósfera de Urano a medida que se acerca a su equinoccio (imagen de la derecha)

Se cree que la mayor parte de esta variabilidad ocurre debido a cambios en la geometría de visualización . Urano es un esferoide achatado , que hace que su área visible se agrande cuando se ve desde los polos . Esto explica en parte su apariencia más brillante en los solsticios. [17] También se sabe que Urano exhibe fuertes variaciones zonales en el albedo (ver arriba). [11] Por ejemplo, la región del polo sur de Urano es mucho más brillante que las bandas ecuatoriales . [7] Además, ambos polos muestran un brillo elevado en la parte de microondas del espectro, [20]mientras que se sabe que la estratosfera polar es más fría que la ecuatorial. [19] Así que el cambio estacional parece ocurrir de la siguiente manera: los polos, que son brillantes tanto en bandas espectrales visibles como de microondas, aparecen a la vista en los solsticios resultando en un planeta más brillante, mientras que el ecuador oscuro es visible principalmente cerca de los equinoccios y resulta en un planeta más oscuro. [11] Además, las ocultaciones en los solsticios sondean la estratosfera ecuatorial más caliente. [19]

La magnitud visible de Urano en dos bandas espectrales (gráfico superior) [17] ajustada por la distancia, la temperatura de microondas efectiva (gráfico medio) y la temperatura estratosférica (gráfico inferior). [18] La banda azul está centrada a 470 nm, amarilla a 550 nm.

Sin embargo, existen algunas razones para creer que se están produciendo cambios estacionales en Urano. Aunque se sabe que Urano tiene una región polar sur brillante, el polo norte es bastante tenue, lo que es incompatible con el modelo del cambio estacional descrito anteriormente. [21] Durante su anterior solsticio norteño en 1944, Urano mostró niveles elevados de brillo, lo que sugiere que el polo norte no siempre fue tan oscuro. [17] Esta información implica que el polo visible se ilumina algún tiempo antes del solsticio y se oscurece después del equinoccio . [21] Análisis detallado de lo visible y de microondas.Los datos revelaron que los cambios periódicos de brillo no son completamente simétricos alrededor de los solsticios, lo que también indica un cambio en los patrones del albedo . [21] Además, los datos de microondas mostraron aumentos en el contraste polo-ecuador después del solsticio de 1986. [20] 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), [9] mientras que el hemisferio norte demostró un aumento actividad, [4] como formaciones de nubes y vientos más fuertes, habiendo reforzado las expectativas de que brillaría pronto.[12] En particular,se esperaba queun análogo delcollar polar brillantepresente en su hemisferio sur a -45 ° apareciera en su parte norte. [21] De hecho, esto sucedió en 2007 cuando Urano pasó un equinoccio: surgió un débil collar polar del norte, mientras que el collar del sur se volvió casi invisible, aunque el perfil de viento zonal permaneció asimétrico, con vientos del norte ligeramente más lentos que del sur. [10]

El mecanismo de los cambios físicos aún no está claro. [21] Cerca de los solsticios de verano e invierno , los hemisferios de Urano se encuentran alternativamente ya sea a pleno resplandor de los rayos del Sol o mirando hacia el 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 . [9] El collar brillante a -45 ° de latitud también está conectado con nubes de metano. [9] Otros cambios en la región polar sur pueden explicarse por cambios en las capas de nubes más bajas. [9] La variación de la emisión de microondas de Urano probablemente sea causado por cambios en la circulación troposférica profunda , porque las densas nubes polares y la neblina pueden inhibir la convección. [20]

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 . [12] [22] Las observaciones incluyeron velocidades de viento récord de 824 km / hy una tormenta persistente conocida como "fuegos artificiales del 4 de julio". [4] No se sabe completamente por qué debería estar ocurriendo este repentino aumento en la actividad, pero parece que la extrema inclinación axial de Urano da como resultado variaciones estacionales extremas en su clima. [13] [21]

Modelos de circulacion

Imagen HST de Urano tomada en 1998 que muestra nubes en el hemisferio norte
El color verdoso de la atmósfera de Urano se debe al metano y al smog fotoquímico de las grandes altitudes. La Voyager 2 adquirió esta vista del séptimo planeta mientras partía del sistema de Urano a fines de enero de 1986. Esta imagen mira a Urano aproximadamente a lo largo de su polo de rotación.

Se han propuesto varias soluciones para explicar el clima tranquilo en Urano. Una explicación propuesta para esta escasez de características de las nubes es que el calor interno de Urano parece marcadamente más bajo que el de los otros planetas gigantes; en términos astronómicos, tiene un bajo flujo térmico interno . [1] [14] Aún no se comprende por qué el flujo de calor de Urano es tan bajo. Neptuno , que es casi el gemelo 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, apenas irradia un exceso de calor. La potencia total irradiada por Urano en la parte del infrarrojo lejano (es decir, calor ) del espectro es1.06 ± 0.08 veces la energía solar absorbida en su atmósfera . [23] [24] De hecho, el flujo de calor de Urano es de solo 0.042 ± 0.047  W / m 2 , que es menor que el flujo de calor interno de la Tierra de aproximadamente 0.075 W / m 2 . [23] La temperatura más baja registrada en la tropopausa de Urano es 49 K (-224 ° C), lo que convierte a Urano en el planeta más frío del Sistema Solar, más frío que Neptuno . [23] [24]

Otra hipótesis establece que cuando Urano fue "derribado" por el impactador supermasivo que causó su extrema inclinación axial, el evento también hizo que expulsara la mayor parte de su calor primordial, dejándolo con una temperatura central mermada. Otra hipótesis es que existe alguna forma de barrera en las capas superiores de Urano que evita que el calor del núcleo llegue a la superficie. [25] Por ejemplo, la convección puede tener lugar en un conjunto de capas de composición diferente, que pueden inhibir el transporte de calor hacia arriba . [23] [24]

Referencias

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Fuentes

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enlaces externos

  • ¿Cuál es la temperatura de Urano? por Nola Taylor
  • Hechos de Urano
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