Las manchas oscuras de Neptuno

Cuando la Voyager 2 pasó por Neptuno en agosto de 1989 la principal característica que llamó la atención de los investigadores fue una enorme mancha oscura que inmediatamente se convirtió en la seña de identidad del planeta. La Gran Mancha Oscura o GDS (Great Dark Spot), como fue bautizada, parecía ser una versión en azul de la famosa Gran Mancha Roja (GRS, Great Red Spot) de Júpiter. La Mancha Oscura estaba situada en la misma latitud del hemisferio sur que la Mancha Roja y tenía el mismo tamaño en proporción (la Mancha Roja es más grande en términos absolutos, pero pese a todo la Mancha Oscura era tan grande como la Tierra). Y del mismo modo que la Mancha Roja ha existido durante al menos tres siglos, los científicos pensaron que la Mancha Oscura debía ser una tormenta relativamente estable. Por eso la sorpresa fue mayúscula cuando el telescopio espacial Hubble observó el gigante de hielo en 1994 y comprobó que la Mancha Oscura había desaparecido.

Recreación artística de la Gran Mancha Oscura de Neptuno rodeada de cirros altos de hielo de metano (www.shootingstarlogbook.com).
Recreación artística de la Gran Mancha Oscura de Neptuno rodeada de cirros de hielo de metano (www.shootingstarlogbook.com).

Otra mancha oscura —denominada DS2 (Dark Spot 2)— más pequeña descubierta por la Voyager 2 tampoco estaba allí. En su lugar el Hubble descubrió una nueva mancha situada casi en el polo norte que recibió el nombre de GDS-94 (la Gran Mancha Oscura vista por la Voyager 2 fue bautizada retrospectivamente como GDS-89). La nueva mancha, de forma similar a la antigua, estaba rodeada de nubes altas de cristales de hielo de metano formadas al enfriarse los gases empujados hacia las alturas por los fuertes vientos neptunianos. Neptuno pasó oficialmente a ser considerado un planeta mucho más activo de lo esperado, aunque la desaparición de la mancha hizo que exteriormente se asemejase más al de su ‘hermano tranquilo’, Urano.

Neptuno con la Gran Mancha Oscura y la Pequeña Mancha Oscura vistas por la Voyager 2 en 1989 (NASA).
Neptuno con la Gran Mancha Oscura y la Pequeña Mancha Oscura vistas por la Voyager 2 en 1989. Se aprecian los blancos cirros de metano (NASA).
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Neptuno visto por el telescopio Hubble en junio de 1994. Ni rastro de la Gran Mancha Oscura, aunque se ven numerosas nubes de metano (NASA/STScI/ESA).
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La mancha oscura de Neptuno de 1994 o GDS-94, también conocida como la Gran Mancha Oscura del Norte (NASA/STScI/ESA).

Pero, ¿qué son estas manchas? Los investigadores saben muy poco sobre estas estructuras, más allá de que se trata de vórtices en la atmósfera que actúan como obstáculos con respecto al aire circundante. Es decir, son una especie de montañas gaseosas. Se sospecha que son zonas de aire claro libre de nubes que permiten ver directamente regiones que se hallan a mayor profundidad que los alrededores, pero incluso esto no está nada claro, como tampoco lo está el que sean ‘tormentas’, no importa las veces que hayas podido leer semejante información en los libros de texto. En 1996 el Hubble volvió a observar Neptuno y comprobó que la nueva mancha septentrional seguía activa y además descubrió nubes muy elevadas de color amarillo rojizo. Se desconoce de qué están compuestas estas formaciones nubosas, situadas a mayor altitud que los blancos cirros de metano, un misterio más que añadir a la larga lista de enigmas que encierra Neptuno. La mancha GDS-94 desapareció al cabo de unos cinco años, de ahí que este sea el valor estimado para la vida media de una mancha oscura.

Vídeo de Neptuno visto por el Hubble durante una rotación (16,11 horas) en 1996:

 

Dos años más tarde, en 1996, Neptuno seguía ofreciendo un patrón climático muy activo, con vientos de hasta 2400 km/h, los más rápidos medidos en el sistema solar. ¿Cómo es posible que un mundo más pequeño que Júpiter o Saturno sea capaz de generar vientos tan brutales? No tenemos ni idea, pero con toda seguridad tiene que ver con el hecho de que Neptuno es el planeta que presenta una mayor diferencia entre el calor interno y la energía recibida del Sol. En concreto, la energía interna de Neptuno es 2,6 veces superior a la energía procedente de la luz solar, una cifra con la que solo puede rivalizar Saturno, con una proporción de 1,8 y que también presenta fuertes vientos. Por contra, Urano es el planeta con la proporción de energía interna/externa más baja del sistema solar (diez veces menos que Neptuno), lo que en teoría explica su menor actividad atmosférica. ¿A qué se debe la extraordinaria actividad interna de Neptuno comparada con la de Urano? Una vez más, la respuesta es que no lo sabemos. Es probable que la baja turbulencia atmosférica de ambos planetas, provocada por las bajas temperaturas, juegue un papel relevante a la hora de explicar estos vientos tan veloces, pero por el momento no es más que una hipótesis.

Debido a su extrema distancia del Sol todo parece apuntar a que la luz solar no juega un papel esencial en el clima de Neptuno y que solo depende de la energía emitida desde su interior, ¿no? Pues no está tan claro. El eje de Neptuno está inclinado 29º, por lo que tiene estaciones —con una duración de 40 años cada una— y, a pesar de que pueda parecer sorprendente, la actividad atmosférica del planeta —al menos la de ciertas latitudes— ha variado en función de las mismas. Entre 1994 y 2002 Neptuno presentó un incremento de la actividad nubosa en algunas bandas situadas a latitudes fijas por encima y debajo del ecuador. Las bandas nubosas se hicieron más amplias y brillantes siguiendo un patrón posiblemente estacional. No obstante, de haber sido así los modelos predecían que las nubes del hemisferio sur deberían haber aumentado su brillo y extensión durante los últimos años, pero en 2004 Neptuno había vuelto a una relativa normalidad. Tampoco se ha logrado explicar cómo es posible que la atmósfera superior de Neptuno se haya calentado en las dos últimas décadas a pesar de que el planeta se ha ido alejando del Sol progresivamente.

 

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Aumento de la actividad nubosa de Neptuno entre 1996 y 2002, quizá debido a un patrón estacional. No hay rastros de manchas oscuras, pero se aprecian claramente distintos cinturones en la atmósfera (NASA/STScI/ESA).

Para entender mejor la actividad de Neptuno debemos recordar que este planeta, junto con Urano, forma parte de la categoría de gigantes de hielo del sistema solar, en oposición a los gigantes gaseosos Júpiter y Saturno. Este término hace referencia al mayor contenido de volátiles en su composición, es decir, agua, metano y amoniaco principalmente. Pero es un nombre un tanto engañoso, ya que a las altas presiones del interior de Urano y Neptuno es poco probable que existan ‘hielos’ y seguramente la mayor parte del agua esté en forma de un exótico fluido supercrítico. En cualquier caso, se trata de un término adecuado para distinguir este tipo de planetas, quizás los más comunes en el Universo, de los gigantes gaseosos, compuestos principalmente por hidrógeno y helio (en realidad este término es igual de incorrecto, pues la mayor parte del hidrógeno de Júpiter y Saturno no se halla en estado gaseoso, sino líquido o metálico. Pero supongo que hablar de ‘gigantes de hidrógeno líquido’ es un tanto confuso).

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Neptuno visto en infrarrojo por el telescopio Keck II en 2003 (Keck Observatory).

En un principio se pensaba que las atmósferas de Urano y Neptuno estaban dominadas por nubes de metano exclusivamente. Este compuesto, el tercero en abundancia en las atmósferas de Neptuno tras el hidrógeno y el helio, absorbe fuertemente la luz roja, dotando a estos planetas de su característico color verde azulado. Pero las cosas no son tan simples. Neptuno es más azulado que Urano y nadie sabe exactamente por qué. Debe haber algún tipo de sustancia capaz de dar a este planeta su bello color azul profundo, pero, para variar, no sabemos cuál podría ser. Por otro lado, y como hemos visto, el metano al congelarse puede formar cirros de color blanco a alturas del orden de cincuenta kilómetros sobre la capa principal de nubes. Cubriendo todo el planeta, tenemos una neblina de sustancias orgánicas formadas al interactuar el metano con la luz ultravioleta del Sol y los rayos cósmicos.

Ahora sabemos que Urano y Neptuno también tienen varias capas de nubes como Júpiter y Saturno. Las más elevadas son de metano, pero en las profundidades deben existir nubes de sulfuro de hidrógeno (H2S, a 1,5 atmósferas de presión) e hidrógeno sulfuro de amonio (NH4SH, a diez atmósferas). Estas nubes exóticas se caracterizan por ser de color amarillo o marrón. Más adentro aún, a presiones superiores a las cien atmósferas, deberían existir nubes de agua. La presencia de nubes de amoniaco, muy comunes en Júpiter y Saturno, es objeto de debate. Los dos planetas presentan una menor proporción de metano en las regiones polares que en el ecuador, un dato que quizás esté relacionado con algún tipo de patrón circulatorio global.

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Posible estructura nubosa de Urano y Neptuno en función de la presión. Llama la atención la falta de nubes de amoniaco (NASA).
Recreación artística de una futura sonda descendiendo por la atmósfera de Neptuno atravesando una lluvia de enormes gotas de metano (Michael Carroll).
Recreación artística de una futura sonda descendiendo por la atmósfera de Neptuno atravesando una lluvia de enormes gotas de metano (Michael Carroll).

Las similitudes entre Urano y Neptuno aumentaron a medida que el séptimo planeta del sistema solar se acercó al equinoccio en 2007. Con una inclinación de 98º, Urano gira ‘tumbado’ sobre su eje y sus cambios estacionales son dramáticos. Aunque la Voyager 2 vio una atmósfera muy tranquila en 1986, a lo largo de los últimos años la actividad atmosférica del planeta ha aumentado de forma espectacular. Además de numerosas bandas de nubes y posibles tormentas, el telescopio Hubble descubrió en 2006 una mancha oscura en Urano que recibió el poco original nombre de UDS (Uranus Dark Spot, situada en la latitud 28º norte) y que hasta la fecha es la única mancha oscura descubierta en este planeta. Es lógico pensar que las manchas oscuras de Urano son similares a las de Neptuno, pero no estamos seguros. Se trata de formaciones pasajeras con una vida media de unos pocos años, pero lamentablemente no tenemos ninguna nave orbitando los gigantes de hielo, así que no podemos saber con precisión cuándo aparecen ni cuándo desaparecen. Solo sabemos que, de vez en cuando, hacen acto de presencia.

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La mancha oscura de Urano de 2006, la única descubierta hasta la fecha (NASA/STScI/ESA).
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Urano y Neptuno vistos por el Hubble en 2004 (NASA/STScI/ESA).
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Actividad nubosa de Neptuno en 2011 (NASA/STScI/ESA).

Neptuno parecía estar libre de manchas oscuras desde 1994, pero la semana pasada el equipo del telescopio Hubble publicó nuevas imágenes del planeta tomadas en mayo de este año en las que se aprecia claramente una nueva mancha, la primera descubierta en el siglo XXI. Como en 1989, la mancha aparece rodeada de cirros de metano. En esta ocasión se sabe que las nubes aparecieron antes que la mancha gracias a las numerosas observaciones de Neptuno realizadas dentro del marco del programa OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy). OPAL es un intento de transformar el Hubble en una especie de sonda espacial mediante el incremento en el número de observaciones de los planetas exteriores. Al menos hasta que el venerable telescopio deje de funcionar.

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La nueva mancha oscura de Neptuno, la primera descubierta en el siglo XXI (NASA/STScI/ESA).
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Neptuno visto por el Hubble en mayo de 2016 con la nueva mancha (NASA/STScI/ESA).

Por lo que sabemos, Neptuno podría tener un interior repleto de diamantes del tamaño de continentes o lluvia formada por gotas de metano del tamaño de balones de fútbol. Es casi sonrojante lo poco lo que sabemos sobre los gigantes de hielo comparado con los planetas del sistema solar interior. No es de extrañar que su exploración sea una de las prioridades de la comunidad científica. Precisamente, el año pasado el Congreso de los EEUU ordenó a la NASA comenzar a desarrollar una misión a los gigantes de hielo que debería despegar no antes de 2030, así que llegaría a su objetivo alrededor de 2040, y eso con suerte. Algo me dice que de aquí a entonces tendremos tiempo de ver más de una mancha oscura aparecer y desaparecer en Urano y Neptuno.

Representación artística del cielo de Neptuno (http://jek2004.com/new_page_18.htm).
Representación artística del cielo de Neptuno (http://jek2004.com/new_page_18.htm).

Referencias:

  • http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/solar-system/neptune/


25 Comentarios

  1. Una sonda a Urano y Neptuno… No podria ser un sobrevuelo tipo New Horizons o Voyager. O ponemos unos paneles de la leche o mandamos RTG con Plutonio del nuevo de la NASA que para entonces ya estará listo… Aún asi, necesitamos un orbitador, a ser posible con una capsula de descenso… Y ya puestos a soñar que la susodicha capsula tuviera un globo y se pasara dias estudiando la atmósfera y descendiendo lentamente, obteniendo datos mientras se aproxima a su apoteosico final, comprimida al tamaño de un melón.

  2. Ciertamente espero, o esperamos todos los espacio trastornados, que la próxima misión a los gigantes de hielo sean orbitadores, uno para cada uno. De hecho merecen orbitadores de las características de Cassini-Hyugens, porque de otra manera seria tirar a la basura el tiempo y dinero invertido en investigación y desarrollo. Con suerte muchos de los seguidores de este blog estaremos aun con vida para ver estas misiones hechas realidad.
    Saludos a todos

    1. Un par gemelo de orbitadores con sonda de descenso sería ideal, reduciendo un poco los costos de desarrollo. No nos olvidemos lo interesante que son sus lunas tambien! En especial Tritón que es un KBO capturado con fuerte actividad geológica y atmosfera.

  3. Son sus tectónicas de placas particulares y hay que respetarlas.

    Unos mundos de este estilo más cerca de su estrella (es decir, donde el calor de su sol sea determinante) tienen que ser algo de alucinar por colores, segurísimo que nunca mejor dicho.

    Otro dos contra uno que los chinos ponen una sonda en cada planeta antes de 2030. Sí, sí, ya sé que volar hasta allí es un huevo y medio (Power Point fijo que ya tienen, deben tener cienes de ingenieros pariendo cosas), pero algo me dice que esta gente cuando se pone a algo es que lo rompe (lo de los telescopios que van a poner en la Antártida es absolutamente acojonante). Es que no se trata sólo de hacer más y mejor lo que ya hicieron otros, se trata de dejar bien claro quien es aquí el más chulo. Cfr. lo del tío de Alibaba el otro día, más chulo que un 8 y con dos pelotas y un palito.

    1. Hombre Stewie, me parece muy arriesgado decir que vayan a poner una sonda en cada uno de estos planetas antes de 2030. Mas que nada porque los chinos no tienen ni puta idea de sondas a espacio profundo, ni experiencia en ellas. Y de orbitadores ya ni hablamos. Vale que la NASA entre presupuestos que menguan escandalosamente y buitres contratistas esperando pillar su trozo de tarta están perdiendo bastante terreno, no hay que olvidar que son los únicos que realmente tienen esperiencia en misiones más allá del campo de asteroides ( pioneer, voyager, galileo, cassini y ahora new horizons). Por mucho que se ponga las pilas China, está a años-luz de USA en ese aspecto. Que sí, que su programa espacial ahora es acojonante, telescopios, nuevos cohetes,estaciones orbitales…Que seguramente vuelvan a la luna antes que nadie, y además sin decir nada antes ( y a los demás se les quedará cara de gilipollas, ya verás). Pero lo de las sondas y orbitadores todavía les queda mucha tela que cortar.

      1. Haciendo analogía, las sondas son como arrojar guijarros muy lejos en un lago y una nave espacial tripulada es como tirar un tronco a ese lago para navegar, los chinos parecen ir por la segunda opción, tirar ese tronco es mucho mas caro que tirar guijarros.

      2. Cuando la NASA y sus contratistas empiecen a despedir gente a decenas de miles, por recortes como nunca se han visto, ¿tú crees que muchos no irán a trabajar a China?

        Para todo lo demás, ya hemos visto ad nauseam adelantamientos productivos por doquier. El único problema es que para llegar antes de 2030 con los procedimientos actuales tendrían que ir saliendo ya, y desde luego aún falta para eso. Así que tendrán que usar otros procedimientos.

        Los chinos han entendido el cotarro perfectamente. Y el potencial del espacio, más perfectamente aún.

    1. ¿Y qué es un “forocochero”? ¿Una especie de subnormal de Menéame?

      El programa espacial chino es el que es. La progresión que tiene puede ser extrapolable o no, y aunque yo tuviese razón aún así las cosas pueden torcerse de muchas maneras. Pero me parece que tiene una ignorancia bastante crítica de los sistemas y métodos que se gastan por otros lados (son sus costumbres…)

      Los otros programas espaciales son los que son, y también están a la vista de todo el mundo. Yo no tengo la culpa si el consumidor se traga la publicidad sin más.

      Y este tipo de peloteos no tienen sentido ni aportan nada. Si me quiere dar argumentos, perfecto, y si no, no pienso consumir más bytes de servidor.

  4. Otro artículo para enmarcar y releer de vez en cuando, y ya van… A ver para cuando la recopilación en forma de libro (enciclopedia?)

    Gracias Daniel!

  5. Daniel,
    Una pregunta que siempre me hice y si puedes me gustaría saber un poco más:
    Cómo se define el uso del Hubble? O sea, quien decide hacia donde mirar, en que momento y por cuantos tiempo? Existe alguna especie de sistema de turnos, y prioridades? Y por último, el telescopio está funcionando (observando) en forma continua las 24 hs del día o tiene períodos de tiempo sin actividad? Gracias!

  6. Ola, “diamantes del tamaño de continentes”, “gotas de metano del tamaño de balones de fútbol”, “agua en forma de un exótico fluido supercrítico”…Física y Química se retuercen en estos entornos hasta límites que no alcanzamos a imaginar, avanzar en su estudio va a ser una tarea de muchos años y seguramente a ciertas profundidades en la atmósfera de estos planetas ningún artefacto podrá llegar jamás…Pensemos en la sonda que se lanzò en la atmósfera de Júpiter, no aguantó mucho antes de resultar destruida.

    1. Sep, el interior es básicamente inalcanzable, pero pon un par de sensores del tipo adecuado en órbita, y mucho podemos aprender, por muy poco relativamente hablando. Al fin y al cabo, nadie ha alcanzado el manto terrestre tampoco, y sabemos bastante sobre lo que pasa bajo nuestros pies.
      Es increíble lo que se puede llegar a inferir gracias a que las leyes de la física se cumplen en cualquier parte, incluyendo el exótico interior de estos gigantes (exótico para los habitantes de un pequeño planeta rocoso, claro, por lo que sabemos puede que sean más habituales los neptunos y minineptunos, IIRC).

      1. Estudiando las perturbaciones en la órbita de la sonda se podría saber como es su interior. Cassini y Galileo han sido capaces de ello, y Juno si todo va bien lo va a intentar con Júpiter.

  7. Estupendo artículo sobre estos planetas tan desconocidos como fascinantes.

    En cuanto a las manchas e irregularidades visibles en los planetas, mi opinión es que tienen causas externas.
    Un planeta que no tenga objetos cercanos creo que perdería su calor de manera uniforme sin dejar huellas en su superficie. En cambio, si hay satélites cerca que produzcan fuerzas de marea, aunque sean pequeñas, o si tiene variaciones de radiación solar debido a su órbita, se provocan cambios que, aunque fueran pequeños, pienso que pueden ser amplificados por la energía interna del planeta, hasta hacerlos visibles.
    En el caso de Neptuno, este tiene un satélite bastante grande y una gran mancha, mientras que Urano sólo tiene satélites pequeños y su superficie es mucho más uniforme que la de Neptuno.

    Sobre las causas de las manchas en los planetas gigantes, escribí una de mis elucubraciones. Os dejo el enlace para quien tenga la paciencia de leerme (o para hacerse unas risas a cuenta de mis ocurrencias)
    ”Origen de las manchas de los planetas gaseosos”
    https://fisivi.blogspot.com.es/2015/08/origen-de-las-manchas-de-los-planetas.html

    1. A ver.. yo no es por por hurgar, pero esas “explicaciones comunmente aceptadas” no vienen de alguien que se hace un blog y escribe lo que le parece según su criterio o su lógica. Viene de estudios que llevan en muchos casos años, años de analisis de todo tipo de datos, un mínimo de analisis visual compañado de cientos de analisis de de miriadas de datos, de simulaciones, de modelos atmosféricos que tienen en cuenta miles de factores , química, física, metereología… etc. Todas esas conclusiones se presentan a publicación y se desangran por gente que lleva años en los mismos estudios sacandole todas las pegas que puedan encontrar. Al final es un resultado como nos comenta aqui el Sr Marín, “no lo sabemos, pero con los datos que tenemos podemos inferir que posiblemente……”

      Y lo dicho, no es por hurgar, pero en mi humilde opinión es un insulto a toda esa gente.

      Saludetes

      1. Opinar sobre fenómenos naturales, no sobre personas, no es insultar a la inteligencia de nadie. La inteligencia, en general, no es un dios autoritario que se pueda ofender, ni lanzar rayos y truenos sobre sus ofensores.
        Si tuvieramos que ser sabios antes de opinar, nadie opinaría, ni siquiera sobre política.

        1. Por opinar se puede opinar de lo que se quiera pero una opinión desde el desconocimiento y la irreflexión solo denota ignorancia.

          Me he parado a echarle un ojo a tu blog; me resulta increible que pretendas parecer científicamente creible sin realizar ni una sola operación matemática…

          Me alegra que te guste elucubrar y en ese sentido no engañas a nadie y dejas bien claro que son tus idas de olla… pero la mayor parte de usuarios del blog de Daniel estamos acostumbrados a algo más de rigor. A mi personalmente me molesta que le des publicidad en este foro a un blog que en el mejor de los casos es pseudocientífico.

          Opino lo mismo que ZX. Aunque no te lo parezca, opinar sobre el trabajo de alguien sin habértelo leido es un insulto y a ti en particular no te deja en muy buen lugar.

    2. fisivi, la hipótesis de tu post es interesante, y a las perturbaciones gravitatorias yo agregaría las magnéticas.

      Nótese que dije “hipótesis”, y nótese que dije “interesante”. Hasta ahí.

      PERO, esta otra hipótesis…
      “Un planeta que no tenga objetos cercanos creo que perdería su calor de manera uniforme sin dejar huellas en su superficie.”

      lo siento, es errónea. No sólo para una superficie gaseosa o líquida…
      https://es.wikipedia.org/wiki/Convecci%C3%B3n

      sino también para una superficie sólida.
      https://es.wikipedia.org/wiki/Tect%C3%B3nica_de_placas

      Saludos.

      1. Hasta las opiniones de los geofísicos han cambiado mucho desde los primeros que imaginaron la convección del manto con la simplicidad del agua calentada desde abajo en una cazuela.
        Hay quien opina que los movimientos de la litosfera se inician desde fuera, con la subducción de las placas, y que la heterogeneidad de la corteza tiene origen externo, no interno.

  8. Resulta fascinante lo poco que sabemos de Urano y Neptuno. Por no saber no estamos ni seguros de a qué se debe exactamente el color… No digamos ya por qué uno de los dos tiene el eje tan inclinado y carece de bandas nubosas dignas de mención (me da a mí que las dos cosas van a ir ligadas aunque no entiendo la relación) . Va siendo hora de preparar unas sondas gemelas para allí.

  9. Yo pienso que las ‘rarezas’ que vemos en la atmósfera de Neptuno podrían estar relacionadas con el peculiar campo magnético del planeta, bastante inclinado y desplazado respecto a su eje y centro de rotación, y con una geometría muy compleja.

    1. Podría ser. Pero Urano y Neptuno son muy parecidos en ese aspecto, y sin embargo Urano luce mucho más “tranquilo” que Neptuno.

      De hecho, la inclinación del eje magnético respecto al eje de rotación es mayor en Urano (59°) que en Neptuno (47°).

      Claro que Urano tiene la particularidad de rotar “tumbado” (inclinación axial 97,77°) y eso ES una diferencia (grande) con Neptuno (inclinación axial 28,32°, muy similar a la de la Tierra).

      Así pues, quién sabe. Podrías tener razón.

      Saludos.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 28 junio, 2016
Categoría(s): ✓ Astronomía • Sistema Solar