noirlab2211es — Comunicado científico

Telescopio Gemini Norte ayuda a explicar por qué Urano y Neptuno tienen distintos colores

Observaciones del Observatorio Gemini, un Programa de NOIRLab de NSF y AURA, junto a otros telescopios, descubrieron que el exceso de neblina en Urano lo hace más pálido que Neptuno

31 Mayo 2022

Los astrónomos ahora pueden saber por qué motivo Urano y Neptuno tienen distintos colores. Mediante observaciones del telescopio de Gemini Norte, las Instalaciones del Telescopio Infrarrojo de la NASA y el Telescopio Espacial Hubble, los científicos han desarrollado un modelo atmosférico único que coincide con las observaciones en ambos planetas y que revela que el exceso de neblina en Urano se acumula en la atmósfera inactiva y estática del planeta hace que se vea de un tono más claro que el de Neptuno.

Neptuno y Urano tienen mucho en común: tienen una masa, tamaño y composiciones atmosféricas muy similares, a pesar 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 [1]. Si no hubiese neblina en las atmósferas de Neptuno y Urano, ambos se verían casi igualmente azules [2].

Esta conclusión proviene de un modelo [3] 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 [4]. Investigaciones previas de las atmósferas superiores de estos planetas, se habían centrado en la apariencia de la atmósfera sólo 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 y que fue publicado en el Journal of Geophysical Research: Planets. “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 [5]. 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 modelos 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.

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 por sus siglas en inglés). Se trata de un instrumento ubicado en el telescopio de Gemini Norte, que se encuentra cerca de la cima de Maunakea en Hawai‘i, 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 Hawai‘i, 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.

“Los telescopios de Gemini continúan entregando información nueva sobre la naturaleza de nuestros vecinos planetarios”, subrayó el Jefe del Programa de Gemini en la Fundación Nacional de Ciencias, Martin Still. “En este experimento, Gemini Norte proporcionó un componente dentro de un conjunto de instalaciones basadas en tierra y en el espacio que fueron cruciales para la detección e individualización de neblinas atmosféricas”, concluyó.

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.

Notas

[1] Este efecto de blanqueamiento es similar a cómo las nubes en las atmósferas de los exoplanetas opacan o "aplanan" las características en los espectros de los exoplanetas.

[2] Los colores rojos de la luz solar que se dispersan por la neblina y las moléculas de aire, son absorbidos mayoritariamente por las moléculas de metano en la atmósfera de los planetas. Este proceso, conocido como Dispersión de Rayleigh, es lo que le otorga el color azul al cielo aquí en la Tierra (aunque en la atmósfera de la Tierra, la luz solar es dispersada mayormente por moléculas de nitrógeno en lugar de moléculas de hidrógeno). La Dispersión de Rayleigh ocurre preferentemente en longitudes de onda más cortas y azules.

[3] Un aerosol es un conjunto de partículas microscópicas que se encuentran en suspensión en el aire o en un gas. Ejemplos de aerosoles en la Tierra incluyen a la neblina, el hollín, el humo y la niebla. En Neptuno y en Urano, las partículas producidas por la interacción de la luz solar con los elementos de la atmósfera (reacciones fotoquímicas) son responsables de las neblinas de aerosoles en las atmósferas de estos planetas. (reacciones fotoquímicas) son responsables de las neblinas de aerosoles en las atmósferas de estos planetas.

[4] Un modelo científico consiste en una herramienta computacional utilizadas por los científicos para comprobar predicciones sobre fenómenos que serían imposibles de realizar en el mundo real.

[5] La capa más profunda La capa más profunda (referida en el documento como la capa Aerosol-1) es gruesa y está compuesta por una mezcla de hielo de sulfuro de hidrógeno y partículas producidas por la interacción de las atmósferas de los planetas con la luz solar. La capa superior es una capa extendida de neblina (la capa Aerosol-3) similar a la capa intermedia pero más tenue. En Neptuno, también se forman grandes partículas de hielo de metano por encima de esta capa.

Más Información

Esta investigación fue presentada en el artículo científico “Hazy blue worlds: A holistic aerosol model for Uranus and Neptune, including Dark Spots” que será publicado en el Journal of Geophysical Research: Planets.

El equipo está compuesto por: P.G.J. Irwin (Department of Physics, University of Oxford, UK), N.A. Teanby (School of Earth Sciences, University of Bristol, UK), L.N. Fletcher (School of Physics & Astronomy, University of Leicester, UK), D. Toledo (Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial, Spain), G.S. Orton (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, USA), M.H. Wong (Center for Integrative Planetary Science, University of California, Berkeley, USA), M.T. Roman (School of Physics & Astronomy, University of Leicester, UK), S. Perez-Hoyos (University of the Basque Country, Spain), A. James (Department of Physics, University of Oxford, UK), J. Dobinson (Department of Physics, University of Oxford, UK).

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación para la Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE.UU para la astronomía óptica-infrarroja terrestre, opera el Observatorio Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (operado en cooperación con el National Accelerator Laboratory (SLAC) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai‘i, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón, en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai‘i y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.