Urano (planeta): características, composición, órbita, movimiento
Urano es el séptimo planeta del sistema solar y pertenece al grupo de los planetas exteriores. Más allá de la órbita de Saturno, Urano apenas es visible a simple vista bajo condiciones muy excepcionales y es preciso saber dónde buscar.
Por este motivo, para los antiguos Urano era prácticamente invisible, hasta que el astrónomo William Herschel lo descubrió en 1781, con un telescopio que él mismo construyó. El diminuto punto azul verdoso no era precisamente lo que el astrónomo buscaba. Lo que quería Herschel era detectar el paralaje estelar causado por el movimiento de traslación terrestre.
Para ello necesitaba ubicar una estrella lejana (y otra cercana) y observar cómo se veían desde dos lugares distintos. Pero una noche de primavera en 1781, Herschel divisó un pequeño punto que parecía brillar un poco más que los demás.
En breve, él y los demás astrónomos se convencieron de que se trataba de un nuevo planeta y Herschel rápidamente se volvió famoso por expandir el tamaño del universo conocido, elevando el número de planetas.
El nuevo planeta no obtuvo su nombre de inmediato, porque Herschel declinó usar una divinidad griega o romana y en vez de ello lo bautizó como Georgium Sidu o “estrella de Jorge” en honor al entonces monarca inglés Jorge III.
Naturalmente esta opción no fue del agrado de algunos en el continente europeo, pero la cuestión quedó zanjada cuando el astrónomo alemán Johannes Elert Bode sugirió el nombre de Urano, dios del cielo y esposo de Gea, la madre Tierra.
De acuerdo a las antiguas mitologías griega y romana, Urano era el padre de Saturno (Cronos), el cual a su vez era padre de Júpiter (Zeus). La comunidad científica aceptó este nombre finalmente, salvo en Inglaterra, donde el planeta siguió llamándose “estrella de Jorge”, al menos hasta 1850.
Índice del artículo
- 1 Características generales de Urano
- 2 Movimiento de traslación
- 3 Cuándo y cómo observar a Urano
- 4 Los anillos de Urano
- 5 Movimiento de rotación
- 6 Composición
- 7 Estructura interna
- 8 Satélites naturales de Urano
- 9 El campo magnético
- 10 Misiones a Urano
- 11 Referencias
Urano pertenece al grupo de los planetas externos del sistema solar, siendo el tercer planeta en tamaño, después de Saturno y Júpiter. Es, junto a Neptuno, un gigante de hielo, ya que su composición y muchas de sus características los diferencian de los otros dos gigantes Júpìter y Saturno.
Mientras que en Júpiter y Saturno predominan el hidrógeno y el helio, los gigantes helados como Urano contienen elementos más pesados como oxígeno, carbono, nitrógeno y azufre.
Claro que Urano también posee hidrógeno y helio, pero principalmente en su atmósfera. Y además contiene hielos, aunque no todos son de agua: los hay de amoníaco, metano y otros compuestos.
Pero en todo caso, la atmósfera de Urano es de las más helada de todas en el sistema solar. Las temperaturas allí pueden llegar a -224 ºC.
Aunque las imágenes muestran un distante y misterioso disco azul, existen muchas más características sorprendentes. Una de ellas es precisamente el color azul, que se debe al metano de la atmósfera, el cual absorbe la luz roja y refleja el azul.
Además Urano tiene:
-Campo magnético propio con una disposición asimétrica.
-Numerosas lunas.
-Un sistema de anillos más tenues que los de Saturno.
Pero definitivamente lo que más llama la atención es el giro retrógrado sobre un eje de rotación completamente inclinado, tanto así que los polos de Urano se ubican donde está el ecuador de los demás, como si girara de costado.
Por cierto que, contrariamente a lo que sugiere la figura 1, Urano no es un planeta apacible o monótono. El Voyager, la sonda que obtuvo las imágenes, acertó a pasar durante un raro período de clima apacible.
En la siguiente figura se aprecia la inclinación del eje de Urano en 98º en una comparativa global entre todos los planetas. En Urano son los polos los que reciben más calor del distante Sol, en vez del ecuador.
-Masa: 8.69 x 1025 kg.
-Radio: 2.5362 x 104 km
-Forma: achatado.
-Distancia media al Sol: 2.87 x 109 km
–Inclinación de la órbita: 0.77º respecto al plano de la eclíptica.
-Temperatura: entre -220 y -205.2 ºC aproximadamente.
-Gravedad: 8.69 m/s2
-Campo magnético propio: Sí.
-Atmósfera: Sí, de hidrógeno y helio
-Densidad: 1290 kg/m3
-Satélites: 27 con designación hasta la fecha.
-Anillos: Sí, unos 13 descubiertos hasta ahora.
Urano, al igual que los grandes planetas, gira majestuosamente alrededor del Sol, tardando aproximadamente 84 años en completar una órbita.
La órbita de Urano es apreciablemente elíptica y en principio mostró algunas discrepancias con la órbita calculada para él a partir de las leyes de Newton y de Kepler, por el gran matemático Pierre de Laplace en 1783.
Algún tiempo después, en 1841, el astrónomo inglés John Couch Adams sugirió con mucho acierto que estas discrepancias podrían deberse a perturbaciones causadas por otro planeta aún invisible.
En 1846 el matemático francés Urbain Le Verrier refinó los cálculos de la posible órbita del planeta desconocido y los entregó al astrónomo alemán Johann Gottfried Galle en Berlin. De inmediato Neptuno apareció en su telescopio por vez primera, en el lugar indicado por el científico francés.
Urano es difícil de observar a simple vista porque se encuentra sumamente distante de la Tierra. Apenas presenta una magnitud de 6, cuando está más brillante y un diámetro de 4 segundos de arco (Júpiter tiene unos 47º cuando se ve mejor).
Con cielos oscuros muy despejados, sin luces artificiales y conociendo de antemano dónde buscar, posiblemente se consiga verlo con el ojo desnudo.
Sin embargo, los aficionados a la astronomía lo pueden ubicar con ayuda de las cartas celestes que se encuentran en internet y un instrumento, que incluso pueden ser prismáticos de buena calidad. Aun así se verá como un punto azul sin mayores detalles.
Para ver las 5 lunas mayores de Urano sí se requiere de un telescopio grande. Los detalles del planeta podrían observarse con un telescopio de al menos 200 mm. Instrumentos más pequeños solamente revelan un diminuto disco de color azul verdoso, sin embargo vale la pena intentar verlo, sabiendo que allá, tan lejos, esconde tantas maravillas.
En 1977 Urano pasó por delante de una estrella y la ocultó. Durante ese tiempo, la estrella parpadeó unas cuantas veces, antes y después del ocultamiento. El parpadeo era causado por el paso de los anillos y de esta manera, tres astrónomos descubrieron que Urano tenía un sistema de 9 anillos localizados en el plano del ecuador.
Todos los planetas exteriores tienen un sistema de anillos, aunque ninguno sobrepasa la belleza de los anillos de Saturno, sin embargo los de Urano son muy interesantes.
La sonda Voyager 2 encontró más anillos todavía y obtuvo excelentes imágenes. En 2005, el telescopio espacial Hubble también descubrió otros 2 anillos exteriores más.
La materia que compone los anillos de Urano es oscura, posiblemente se trata de rocas con elevado contenido de carbono y solamente los anillos más externos son ricos en polvo.
Los anillos se mantienen en forma gracias a los satélites pastores de Urano, cuya acción gravitatoria determina la forma de aquellos. También son muy delgados, por lo tanto los satélites que los pastorean son lunas bastante pequeñas.
El sistema de anillos es una estructura bastante frágil y poco duradera, al menos desde el punto de vista de los tiempos astronómicos.
Las partículas que componen los anillos colisionan de continuo, el roce con la atmósfera de Urano las desmenuza y además la radiación solar constante las deteriora.
Por lo tanto, la persistencia de los anillos depende de que les llegue nuevo material, proveniente de la fragmentación de los satélites por los impactos con asteroides y cometas. Al igual que sucede con los anillos de Saturno, los astrónomos creen que son recientes y que su origen está precisamente en dichas colisiones.
Entre todas las características de Urano, esta es la más asombrosa, porque este planeta tiene rotación retrógrada; es decir, rota velozmente en sentido contrario a como lo hacen los demás planetas (exceptuando a Venus) tardando poco más de 17 horas en efectuar una vuelta. Tal rapidez contrasta con la mesura de Urano al recorrer su órbita.
Además, el eje de rotación está tan inclinado que parece que el planeta gira acostado, como se aprecia en la animación de la figura 2. Los científicos planetarios creen que un colosal impacto cambió el eje de rotación del planeta a su posición actual.
Es a causa de esta peculiar inclinación que las estaciones en Urano son realmente extremas y dan lugar a grandes variaciones climáticas.
Por ejemplo, durante un solsticio uno de los polos apunta directo al Sol, mientras que el otro lo hace hacia el espacio. Un viajero en el lado iluminado observaría que durante 21 años el Sol no se sale ni se pone, mientras que el polo opuesto está sumido en la oscuridad.
Y al contrario, en un equinoccio el Sol está sobre el ecuador del planeta y entonces sale y se oculta a lo largo del día, que dura aproximadamente 17 horas.
Gracias a la sonda Voyager 2, se sabe que en la actualidad el hemisferio Sur de Urano se dirige hacia el invierno, mientras que el norte va hacia el verano, que tendrá lugar en 2028.
Como Urano tarda 84 años en recorrer su órbita alrededor del Sol y al estar tan lejos de la Tierra, se comprende que muchas de las variaciones climáticas del planeta aún se desconozcan. La mayor parte de los datos disponibles provienen de la mencionada misión Voyager de 1986 y de las observaciones hechas a través del telescopio espacial Hubble.
Urano no es un gigante gaseoso, sino un gigante de hielo. En el apartado dedicado a las características se vio que la densidad de Urano, si bien es menor a la de los planetas rocosos como la Tierra, es mayor que la de Saturno, el cual bien podría flotar en el agua.
En realidad, buena parte de Júpiter y Saturno es más bien líquida que gaseosa, pero Urano y Neptuno contienen gran cantidad de hielos, no solo de agua, sino de otros compuestos.
Y como la masa de Urano es menor, en su interior no se producen las presiones que dan lugar a la formación de hidrógeno líquido, tan características de Júpiter y Saturno. Cuando el hidrógeno se encuentra en este estado, se comporta como un metal, lo cual origina los intensos campos magnéticos de estos dos planetas.
Urano también tiene su propio campo magnético, del cual hay esquema en la figura 12, aunque curiosamente las líneas de campo no pasan por su centro, como en el caso de la Tierra, sino que parecen originarse en otro punto desplazado de allí.
Entonces, en la atmósfera de Urano hay hidrógeno molecular y helio, con un pequeño porcentaje de metano, que es responsable de su color azul, ya que este compuesto absorbe las longitudes de onda del rojo.
El cuerpo del planeta como tal está conformado por hielos, no solamente de agua, sino de amoníaco y metano.
Este es el momento de destacar un detalle importante: cuando los científicos planetarios hablan de “hielo”, no se refieren al agua congelada que ponemos en las bebidas para enfriarlas.
El “hielo” de los planetas gigantes helados se encuentra bajo grandes presiones y elevadas temperaturas, al menos varios miles de grados, así que no tiene nada en común con lo que se guarda en los refrigeradores, excepto la composición.
Diamantes en Urano
¿Es posible producir diamantes a partir del metano? Estudios de laboratorio llevados a cabo en Alemania, en el laboratorio Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf, indican que sí, siempre y cuando se tengan condiciones adecuadas de presión y temperatura.
Y esas condiciones existen en el interior de Urano, así que simulaciones por computadora muestran que el metano CH4 se disocia formando otros compuestos.
El carbono presente en las moléculas del metano se precipita y pasa a transformarse nada menos que en diamante. A medida que se desplazan hacia el interior del planeta, los cristales van desprendiendo calor por fricción y se acumulan sobre el núcleo del planeta (ver el siguiente apartado).
Se estima que los diamantes así formados podrían llegar a alcanzar hasta 200 kg, aunque es improbable confirmarlo, al menos en un futuro cercano.
En diagrama mostrado más abajo tenemos la estructura de Urano y sus capas, cuya composición se mencionó brevemente en la sección anterior:
-Atmósfera superior.
-La capa intermedia rica en hidrógeno molecular y helio, en total el espesor de la atmósfera es de unos 7.500 km.
-El manto a base de hielos (que ya sabemos no es como el hielo común en la Tierra), con un grosor de 10.500 km.
-Un núcleo rocoso hecho de hierro, níquel y silicatos de 7.500 km de radio.
El material “rocoso” del núcleo tampoco es como las rocas de la Tierra, porque en el corazón del planeta la presión y la temperatura son demasiado altas como para que esas “rocas” se parezcan a las que conocemos, pero al menos la composición química no tendría por que ser diferente.
Urano posee 27 satélites designados hasta el momento, nombrados como los personajes de las obras de William Shakespeare y Alexander Pope, gracias a John Herschel, el hijo de William Herschel, descubridor del planeta.
Hay 5 lunas principales que se descubrieron mediante la observación por telescopio, pero ninguna tiene atmósfera, aunque se sabe que sí poseen agua congelada. Todas ellas son bastante pequeñas, pues sus masas combinadas no llegan a la mitad de la de Tritón, una de las lunas de Neptuno, el planeta gemelo de Urano.
La más grande de ellas es Titania, cuyo diámetro es un 46% el de la Luna, seguida de Oberon. Ambos satélites fueron descubiertos por el mismo William Herschel en 1787. Se supo de Ariel y Umbriel a mediados del siglo XIX por William Lassell, un astrónomo aficionado que también construía sus propios telescopios.
Miranda, la quinta luna mayor de Urano, con apenas un 14% del diámetro lunar, fue descubierta en el siglo XX por Gerard Kuiper. Por cierto que con el nombre de este notable astrónomo también se bautizó el cinturón de Kuiper en los confines del sistema solar.
La superficie de Miranda es sumamente accidentada a causa de posibles impactos y de una actividad geológica inusual.
Los demás satélites son más pequeños y se conocen gracias al Voyager 2 y al telescopio espacial Hubble. Estas lunas son muy oscuras, tal vez por causa de numerosos impactos que vaporizaron el material de la superficie y lo concentraron en ella. También por la intensa radiación a la que están sometidas.
En la figura 7 aparecen los nombres de algunas de ellas y su acción para mantener el sistema de anillos.
El movimiento de los satélites de Urano se rige por las fuerzas de marea, al igual que el sistema Tierra-Luna. De esta manera, los períodos de rotación y traslación de los satélites es el mismo, y muestran siempre la misma cara al planeta.
Urano posee un campo magnético con aproximadamente el 75 % de intensidad del terrestre, de acuerdo a la magnetometría de la sonda Voyager 2. Como el interior del planeta no reúne las condiciones necesarias para producir hidrógeno metálico, los científicos creen que hay otro fluido conductor que genera el campo.
En la siguiente figura se representan los campos magnéticos de los planetas jovianos. Todos los campos se asemejan en cierta medida al que produce un imán de barra o dipolo magnético en el centro, también el de la Tierra.
Pero el dipolo en Urano no está en el centro, ni el de Neptuno tampoco, sino desplazado hacia el polo sur y notablemente inclinado respecto al eje de rotación, en el caso de Urano.
Si Urano produce campo magnético, debe existir efecto dínamo gracias a un fluido en movimiento. Los expertos creen que se trata de un cuerpo de agua con metano y amoníaco disueltos, a bastante profundidad.
Con la presión y la temperatura del interior de Urano, este fluido sería un buen conductor de la electricidad. Esta cualidad, junto con la rápida rotación del planeta y la transmisión de calor por convección, son factores capaces de generar un campo magnético.
Urano está sumamente alejado de la Tierra, así que al comienzo la exploración fue solamente a través del telescopio. Afortunadamente la sonda Voyager se acercó lo suficiente, para recabar información invaluable sobre este planeta desconocido hasta hace poco.
Se pensó que la misión Cassini, que había sido lanzada para estudiar a Saturno, pudiera llegar hasta Urano, pero cuando se agotó su combustible los responsables de la misión la hicieron desaparecer en el interior de Saturno en 2017.
La sonda contenía elementos radiactivos, que de estrellarse contra Titán, una de las lunas de Saturno, hubiera podido contaminar este mundo, que tal vez alberga alguna clase de vida primitiva.
El telescopio espacial Hubble también ofrece información importante y reveló la existencia de nuevos anillos en el 2005.
Posteriormente a la misión Voyager se propusieron algunas misiones que no pudieron llevarse a cabo, ya que la exploración de Marte e incluso la de Júpiter se consideran prioritarias para las agencias espaciales de todo el mundo.
Esta misión consistió en el lanzamiento de dos sondas: Voyager 1 y Voyager 2. En principio solamente iban a llegar hasta Júpiter y Saturno, pero después de visitar estos planetas las sondas siguieron rumbo a los planetas helados.
La Voyager 2 llegó hasta Urano en 1986, y muchos de los datos que se tienen hasta ahora provienen de esa sonda.
De esta manera se logró información sobre la composición de la atmósfera y la estructura de las capas descubrió anillos adicionales, estudió las lunas principales de Urano, descubrió 10 lunas más y midió el campo magnético del planeta.
Asimismo envió multitud de imágenes de alta calidad, tanto del planeta como de las superficies de sus lunas, repletas de cráteres de impacto.
La sonda se dirigió después hacia Neptuno y finalmente se internó en el espacio interestelar.
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