Descubren por qué Urano y Neptuno son de diferentes colores, pese a ser casi idénticos

Los planetas más alejados de nuestro Sistema Solar son Neptuno y Urano. Ambos tienen mucho en común: masas, tamaños y composiciones atmosféricas similares.Pero sus apariencias, sus colores, 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 astronómica presentada en el artículo “Mundos azules nebulosos: un modelo de aerosol holístico para Urano y Neptuno, incluidas las manchas oscuras” a publicarse en el Journal of Geophysical Research: Planets, sugiere que una capa de neblina concentrada que existe en ambos planetas es más gruesa en Urano que una capa similar en Neptuno y ‘blanquea’ la apariencia de Urano más que la de Neptuno. 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. Si no hubiera neblina en las atmósferas de Neptuno y Urano, ambos aparecerían casi igualmente azules.

Los colores rojos de la luz solar dispersados por la neblina y las moléculas de aire son más absorbidos por las moléculas de metano en la atmósfera de los planetas. Este proceso, conocido como dispersión de Rayleigh, es lo que hace que los cielos sean azules aquí en la Tierra (aunque en la atmósfera de la Tierra, la luz solar se dispersa principalmente por moléculas de nitrógeno en lugar de moléculas de hidrógeno). La dispersión de Rayleigh ocurre predominantemente en longitudes de onda más cortas y azules. En Neptuno y Urano, las partículas producidas por la luz solar que interactúa con los elementos de la atmósfera (reacciones fotoquímicas) son responsables de las neblinas de aerosoles en las atmósferas de estos planetas.

Esta conclusión proviene de un modelo que un equipo internacional dirigido por Patrick Irwin, profesor de Física Planetaria en la Universidad de Oxford, desarrolló para describir las capas de aerosoles en las atmósferas de Neptuno y Urano. Un modelo científico es una herramienta computacional utilizada por los científicos para probar predicciones sobre un fenómeno que sería imposible de hacer en el mundo real. Las 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 que anteriormente se pensaba que contenían solo 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 del infrarrojo cercano”, explicó Irwin, quien es el autor principal de un artículo que presenta este resultado en el Journal of Geophysical Research: Planets. “También es el primero en explicar la diferencia en el color visible entre Urano y Neptuno”. El modelo del equipo consta de tres capas de aerosoles a diferentes alturas. 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.

La capa clave que afecta a los colores es la capa intermedia, que es una capa de partículas de neblina (denominada en el artículo capa de Aerosol-2) que es más gruesa en Urano que en Neptuno. El equipo sospecha que, en ambos planetas, el hielo de metano se condensa en las partículas de esta capa, arrastrando las partículas más profundamente hacia la atmósfera en una lluvia de nieve de metano. Debido a que Neptuno tiene una atmósfera más activa y turbulenta que la de Urano, el equipo cree que la atmósfera de Neptuno es más eficiente para agitar partículas de metano en la capa de neblina y producir esta nieve. Esto elimina más neblina y mantiene la capa de neblina de Neptuno más delgada que en Urano, lo que significa que el color azul de Neptuno se ve más fuerte.

“Esperábamos que el desarrollo de este modelo nos ayudara a comprender las nubes y las 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 este resultado. “¡Explicar la diferencia de color entre Urano y Neptuno fue una ventaja inesperada!” Para crear este modelo, el equipo de Irwin analizó un conjunto de observaciones de los planetas que abarcan longitudes de onda ultravioleta, visible e infrarroja cercana (de 0,3 a 2,5 micrómetros) tomadas con el espectrómetro de campo integral de infrarrojo cercano (NIFS) en el telescopio Gemini North cerca de la cumbre de Maunakea en Hawái, que forma parte del Observatorio internacional Gemini, un programa de NOIRLab de la NSF, así como datos de archivo de la Instalación del Telescopio Infrarrojo de la NASA, también ubicada en Hawái, y el telescopio Hubble Space de la NASA.

El instrumento NIFS en Gemini North fue particularmente importante para este resultado, ya que puede proporcionar espectros (mediciones de qué tan brillante es un objeto en diferentes longitudes de onda) para cada punto en su campo de visión. Esto proporcionó al equipo mediciones detalladas de cuán reflectantes son las atmósferas de ambos planetas tanto en el disco completo del planeta como en un rango de longitudes de onda del infrarrojo cercano. “Los observatorios Gemini continúan brindando nuevos conocimientos sobre la naturaleza de nuestros vecinos planetarios”, dijo Martin Still, Oficial del Programa Gemini en la Fundación Nacional de Ciencias. “En este experimento, Gemini North proporcionó un componente dentro de un conjunto de instalaciones terrestres y espaciales críticas para la detección y caracterización de neblinas atmosféricas”.

El modelo también ayuda a explicar las manchas oscuras que ocasionalmente son visibles en Neptuno y menos comúnmente detectadas en Urano. Si bien los astrónomos ya eran conscientes de la presencia de manchas oscuras en las atmósferas de ambos planetas, no sabían qué capa de aerosol causaba estas manchas oscuras o por qué los aerosoles en esas capas eran menos reflectantes. La investigación del equipo arroja luz sobre estas preguntas al mostrar que un oscurecimiento de la capa más profunda de su modelo produciría manchas oscuras similares a las que se ven en Neptuno y quizás en Urano.

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