¿Por qué Neptuno es más azul que Urano?

Por Daniel Marín, el 1 junio, 2022. Categoría(s): Astronomía • NASA • Sistema Solar ✎ 64

Uno de los grandes misterios del sistema solar es por qué Urano y Neptuno son tan diferentes a pesar de tener una masa muy similar y composiciones extremadamente parecidas. Y una de esas diferencias es el color. Neptuno es notablemente más azulado que su gigante de hielo hermano, pero lo curioso es que nadie sabe exactamente por qué. Hasta tal punto que se ha llegado a especular con que la atmósfera neptuniana posee un compuesto desconocido que lo vuelve más azul. Pero quizás la respuesta a este enigma sea más simple. Una nueva teoría propuesta por un grupo de investigadores liderado por Patrick Gerard Joseph Irwin, de la Universidad de Oxford, explica la diferencia de colores de una forma menos misteriosa y más sencilla: Urano es menos azul que Neptuno porque posee una capa de neblina más densa y blanquecina que la de su planeta vecino. La teoría se basa en un modelo que, además, explica por qué en ambos gigantes de hielos aparecen manchas oscuras de forma ocasional. Estas manchas serían «agujeros» en las capas superiores de la atmósfera a través de los cuales se podría ver la capa inferior de nubes de sulfuro de hidrógeno, más oscura.

Urano (izquierda) y Neptuno vistos por la Voyager 2 en 1986 y 1989 (NASA/JPL_Caltech).

Para llegar a esta conclusión, el equipo de investigadores ha usado un modelo elaborado a partir de observaciones del telescopio espacial Hubble, del observatorio Gémini y del telescopio infrarrojo IRTF de la NASA. Gracias al empleo de diferentes longitudes de onda, desde el ultravioleta hasta el infrarrojo, este modelo es el más preciso que se ha creado para explicar la atmósfera superior de los gigantes de hielo. Las atmósferas de Urano y Neptuno están formadas principalmente por hidrógeno y helio, dos gases transparentes. El color en estos planetas, como en Júpiter y Saturno, se origina por la presencia de otros compuestos y sustancias orgánicas. En el caso de los gigantes de hielo, el responsable de que tengan un tono general azulado es el metano. Este compuesto dispersa preferentemente la luz roja del espectro visible, por lo que nos llegan las longitudes de ondas más cortas, o sea, el azul. Ahora bien, las atmósferas de estos mundos no son una mezcla homogénea de hidrógeno, helio y metano, sino que se hallan divididas en diversas capas. Además, el metano y otros compuestos reaccionan a la luz ultravioleta del Sol produciendo sustancias orgánicas más complejas que permanecen suspendidas como una neblina de aerosoles.

Urano (izquierda) y Neptuno vistos por el Hubble (NASA/ESA/STScI).
Características de Urano (izquierda) y Neptuno (NASA).

Y, precisamente, esta neblina fotoquímica es clave para explicar el color de Urano y Neptuno. La neblina se origina en la parte superior de ambas atmósferas, las más expuestas a la luz solar. Pero según este nuevo modelo, además de la capa de neblina más exterior y difusa existiría una capa de neblina concentrada localizada sobre la zona de condensación del metano, situada a una profundidad con una presión de 1 a 2 bares. Al estar más o menos a esta profundidad crítica, las partículas de la neblina favorecen la condensación del metano, que cae hacia el interior del planeta en forma de nieve. A mayores profundidades el metano se vuelve a evaporar y las partículas orgánicas de la neblina pasan a favorecer la condensación de sulfuro de hidrógeno a una profundidad de 5 a 7 bares. Esta capa de nubes de sulfuro de hidrógeno sería más oscura y formaría las llamativas manchas oscuras que aparecen de tanto en cuanto en los dos planetas. En el caso de Neptuno, el modelo incluye una capa adicional de nubes de hielo de metano —o sea, cirros de metano— situada a gran altitud, a una presión de 0,2 bares.

Diferencias en la atmósfera de Urano y Neptuno según el nuevo modelo (University of Oxford).
Urano (izquierda) y Neptuno vistos por el telescopio espacial Hubble en 2019. Se aprecia una mancha oscura en Neptuno (la cuarta desde que la Voyager 2 vio una grande y otra pequeña en 1989) y la sorprendente capa de nubes brillantes tormentosas que cubre el polo norte de Urano (NASA, ESA, A. Simon (NASA Goddard Space Flight Center), and M.H. Wong and A. Hsu (University of California, Berkeley)).

La diferencia entre Urano y Neptuno, aparte de esta capa superior de nubes de metano, es que la capa de neblina concentrada es mucho más densa debido a la menor turbulencia de la atmósfera de este planeta, que impide una mezcla eficiente de las distintas capas. Al presentar esta neblina un color blanquecino, el resultado final es que Urano aparece más pálido y turquesa que Neptuno, que presenta una atmósfera más azulada. No es la primera vez que se propone un modelo de capas de aerosoles para explicar los diferentes colores de Urano y Neptuno, pero este modelo sí es el primero de explicar la coloración de los dos planetas invocando —en principio— un mismo tipo de neblina y utilizando observaciones de los dos mundos en múltiples longitudes de onda. Ahora solo falta que enviemos una sonda para verificar que es correcto.

Secciones de las atmósferas de los dos planetas según el nuevo modelo (Irwin et al.).

Referencias:

  • https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1029/2022JE007189
  • https://www.ox.ac.uk/news/2022-05-31-scientists-explain-why-uranus-and-neptune-are-different-colours


64 Comentarios

  1. Aproximadamente, Urano tiene 15 veces la masa de la Tierra, y Neptuno tiene 17 veces la masa de la Tierra.
    Urano gira de lado, probablemente porque un mundo con el doble del tamaño de la Tierra choco contra él y le cambio la orientación. y Urano tiene un muy bajo flujo térmico (calor interno).
    Neptuno por su parte, con menor volumen que Urano, tiene los vientos mas rápidos detectados en el sistema solar: 2400 kph. Tiene una atmosfera mas activa
    La composición atmosférica de ambos mundos es casi idéntica: Hidrógeno (en mas del 80%), Helio y Metano (algo mayor en Urano 2.3% vs 1.9%).
    Según entiendo de este estudio, hay tres capas en ambos planetas, y la capa intermedia es la mas responsable de la diferencia de tono entre ambos planetas, así como la que produce las manchas oscuras.
    Todo este estudio esta basado en la información suministrada por la sonda Voyager 2, y la información terrestre de el telescopio Gemini North cerca de la cima de Mauna Kea en Hawái, junto con datos de archivo de la Instalación del Telescopio Infrarrojo de la NASA IRTF con sede en Hawái, y por supuesto el Telescopio espacial Hubble.
    Como hace falta misiones planetarias tipo orbitador en Urano y Neptuno. Quizás algún día.

    1. Y yo que pensaba que era directamente por los distintos elementos que habían e ellos.
      ¿Entonces podría decirse que la diferencia de color la provoca la diferencia de energía recibida por el sol al estar a distintas distancias de éste?

  2. Como dice el amigo Jx es necesario misiones con orbitadores en ambos planetas, y ya que estamos pidiendo… Algún aparato atmosférico que aguante algún tiempo mandando info al orbitador y éste último a la tierra. Pero va a ser que con suerte mis hijos ya adultos (muy adultos) vean algo así.
    Gracias Daniel

  3. Lo elegante de esta explicación es que nos dice que, básicamente, la atmósfera de los dos planetas es igual con la salvedad de que la de Neptuno -al tener vientos más fuertes- dispersa la capa de neblina, dejando ver su azulado interior. Personalmente me gusta. Saludos.

  4. Es curioso ver la infinita variedad de planetas que existen. En este caso dos planetas esencialmente iguales en sus características básicas, al final son bastante diferentes en su aspecto… Lo que tiene que haber por ahí fuera…

  5. Se supone que algo similar pasa en Saturno cuando es invierno en un hemisferio y la temperatura baja por la sombra de los anillos, que se forma niebla en la atmósfera que lo vuelve azul (véanse las imágenes de Cassini durante la misión primaria)

  6. Si el responsable del color azulado es el metano, ¿por qué Titán es naranja, pese a su atmosfera de metano? Entiendo que ese color se lo dan los compuestos orgánicos que produce la luz del Sol, pero eso debería pasar también en Urano, que aunque está más lejos, también tiene una superficie más grande.

      1. Pudiera ser. Quizás a partir de cierta distancia no llega suficiente energía para activar la formación de compuestos orgánicos en la atmosfera. Pero en Plutón si parece que funciona en su superficie.

        1. Es que justamente, lo que en Urano y demás gigantes gaseosos no hay es una superficie sólida o líquida bien definida. En Titán la hay… y no está sepultada bajo una atmósfera de decenas de miles de kilómetros de grosor… ni está sometida a intensa gravedad + presión + temperatura.

          Aunque la composición química atmosférica de Titán y Urano fuese la misma (que no lo es, en Titán reina el nitrógeno), el intercambio de compuestos entre la superficie y la atmósfera sería forzosamente diferente.

          Más justa es la comparación entre los 4 gigantes, porque la proporción de gases (hidrógeno, helio, metano) es grosso modo muy similar… y del amarronado Júpiter, pasando por el ocre Saturno, hay un obvio «azulamiento» cuanto más lejos está el Sol 😉

          1. Pues sí. Es una gran diferencia tener tierra firme debajo. Y los gigantes destiñen no con los lavados, sino con la distancia.

          2. Pues podríamos discutir sobre qué tono de naranja/amarillento tendría un homólogo de Titan con una atmósfera mucho mayor y sin una superficie sólida, pero creo que seguirá siendo similar mientras su atmósfera de nitrógeno siguiese generando ese tipo de tolinas con sus interacciones, que antes de caer y hundirse en lo profundo… estarían en suspensión

            Veo que las tolinas de la superficie de Titan son arrastradas por el viento a altitudes no superiores a los 10 kilómetros, no sé, así por intuición, yo creo que a esa altitud la neblina que hay por encima ya no deja ver nada de lo que hay por debajo en luz visible, así que poco colaborarán esas tormentas de polvo al color que vemos nosotros desde el espacio o desde la Tierra

    1. Tal vez el color naranja de Titan sea por su cercania a Saturno, y la mayor proximidad a la iluminacion (¿ultravioleta?) del Sol. Tal vez tenga que ver con que Titan tiene una densa atmosfera rica en Nitrogeno (97%) y no Hidrogeno (mas transpatente) como en Urano o Neptuno.

    1. Es posible que YA tengamos muestras de ellos aqui en la tierra… de hecho hace muy poco se subasto «una posible muestra» por un precio record.

  7. Estaría genial una sonda espacial para descifrar los secretos de los gigantes de hielo pero no creo que lo veamos hasta que seamos unos gerontes por lo menos por una agencia occidental 😕

  8. Supongo que dentro de poco el JWST nos dará mucha información de estos mundos.

    Está visto que no podemos enviar sondas a todos los objetos interesantes en un tiempo razonable. Así que quizá va siendo hora de multiplicar nuestra capacidad de observación construyendo telescopios gigantes en el espacio. La fabricación en microgravedad permitiría trabajar con tamaños inimaginables en el suelo.

    1. Las casas que hay que hacer por las constelaciones de satélite de los mega millonarios prefiero que se limpie la orbita baja y invertir en grandes teléscopios terrestres 🙄

      1. Los telescopios espaciales no tienen porqué estar en la órbita baja, arriesgándose a colisiones. El JWST, por ejemplo, está a millón y medio de kilómetros.
        El hacer telescopios espaciales no es impedimento para seguir haciendo los terrestres.
        Yo también soy de la opinión de que hay que limpiar la órbita baja, pero lejos de la Tierra sería absurdo ponernos límites en un espacio infinito.

      2. Además trabajar en la zona del espectro que lo va a hacer el Webb en la tierra es directamente imposible aunque no hubiera ni un satelite en LEO…

    1. No tendría sentido esa explicación porque al verlos por telescopio (amateur, visual) lucen con distinto color, Urano distintivamente verdoso y Neptuno azulado.

      1. Ahhh, pero no olvidemos que en Neptuno está Sam «Damien» Neill haciendo de las suyas en «una Notre Dame con alas», agujerillo negro y demás pandemonium, literalmente 😀

        Cualquier semejanza con el «argumento» de DooM (el teletransporte funciona merced a transitar una dimensión paralela mediadora un tanto endemoniada, ni más ni menos que El Infierno tenía que ser) es pura coincidencia fortuita, sin duda 😉

        Y «casualmente» ahí también está Tommy Lee Jones haciendo de las suyas, concretamente un estofado de «reacciones de antimateria» de lo más non sancto, ¡qué Des Astra!

    1. El himno del día. (de esta entrada al menos)

      «Un himno es un canto o un texto lírico que expresa sentimientos positivos, de alegría y celebración».

      La letra es muy estelar y conocida.

      Suave como las atmosferas que tratamos.

    1. no se si es ironico, o realmente un creyente cayo a este blog de sabiduria… como no se si es sarcasmo, solo dire «Si dios existe, es un cabron» 😛

      1. No sé por qué lo dices. Todo tiene su explicación. Incluyendo el darnos mandamientos pero NO un auténtico manual de instrucciones. Bueno, sí, hubo uno. Y bien visible. Eva lo encontró (lo difícil habría sido NO encontrarlo) y se acabó lo que se daba.

        Todo muy lógico. No sea cosa que enterarnos de qué va el jueguito™ nos quite el sentido de la maravilla… WOW, pero qué Plan™ más inescrutable™, macho, te luciste… en esa galera de conejos designios insondables™ cabe literalmente cualquier cosa y más, ¡bravo!

        Por ejemplo, cabe que en el séptimo día (cielo y tierra roncando) se coló el Arquitecto y dejó su impronta verde fluo en Urano… luego con el tiempo la Matrix se fue destiñendo, lógico… tooodo muy lógico.

  9. Entre Urano y Neptuno, entre otras, hay una diferencia que me parece importante, y es que Neptuno tiene un satélite grande, Tritón.
    ¿Podría ser que la gravedad de Tritón, mediante mareas atmosféricas, contribuyese a la diferencia de aspecto entre los dos planetas?
    Se me ocurre que esas mareas podrían provocar variaciones de presión que favoreciesen la formación de las nubes de metano.

    1. Urano también tiene un satélite grande: Titania, la octava luna más grande del Sistema Solar (Tritón es la séptima más grande).
      El rasgo más sobresaliente de Urano es su rotación tumbada. Me extrañaría que ese tipo tan raro de rotación no influyera en su dinámica atmosférica.

      1. No digo que la presencia de Tritón sea decisiva, sino si contribuye. Por lo que veo comparando sus datos en la wikipedia, Tritón tiene una masa unas 6 veces mayor que Titania, y está algo más cerca de su planeta, así que sus efectos sobre la atmósfera deben de ser considerablemente mayores.

        1. Tritón es además la única luna grande con órbita retrógrada, en fija es un «plutoncito» capturado, etc etc etc… Su efecto de marea podría ocasionar «desgarros» en las nubes de Neptuno, influir en las corrientes eólicas planetarias, propiciar la formación de tormentas elípticas como la Gran Mancha Oscura, etc etc etc…

          En definitiva todo influye en mayor o menor medida. Pero ya que estamos tirando de Wikipedia parece claro que lo más influyente en la diferencia de aspecto entre Neptuno y Urano es…

          https://es.wikipedia.org/wiki/Constante_solar
          Ver tabla al final del artículo…
          3,7 W/m² (Urano) versus 1,5 W/m² (Neptuno)

          …más las propias características exóticas de Urano, que probablemente son consecuencias derivadas del presunto impacto que lo dejó «tumbado»…

          en.wikipedia.org/wiki/Uranus#Axial_tilt
          One result of this axis orientation is that, averaged over the Uranian year, the polar regions of Uranus receive a greater energy input from the Sun than its equatorial regions. Nevertheless, Uranus is hotter at its equator than at its poles. The underlying mechanism that causes this is unknown.

          en.wikipedia.org/wiki/Uranus#Internal_heat
          Why Uranus’s internal temperature is so low is still not understood. Neptune, which is Uranus’s near twin in size and composition, radiates 2.61 times as much energy into space as it receives from the Sun, but Uranus radiates hardly any excess heat at all.

          1. Pues si Pelau, parece claro que al estar más cerca del Sol, Urano recibe más calor y eso, más que nada, le hace cambiar de aspecto.

            En cuanto a que Neptuno irradie 2,61 veces más calor del que recibe del Sol:
            ¿podría ser que la menor constante solar de Urano hiciera que el metano precipitara más, disminuyendo así su efecto invernadero?

          2. En el modelo propuesto (primer enlace de las Referencias) no se menciona ni una sola vez el efecto invernadero (greenhouse effect).

            Por otra parte aquí…
            https://es.wikipedia.org/wiki/Constante_solar#Temperatura_efectiva_en_los_distintos_planetas

            …se lee por ejemplo… Se supone que cada planeta ha alcanzado el equilibrio interceptando del Sol la misma energía que irradia por su temperatura… y… Estas temperaturas no deben confundirse con temperaturas superficiales

          3. Es decir, con o sin efecto invernadero, cada planeta ha tenido tiempo de sobra para alcanzar el equilibrio radiativo… de modo que irradia la misma cantidad de energía solar que absorbe… más un plus que depende de su calor interno.

            El «plus» que irradia Neptuno es 2,61 veces la energía que recibe del Sol… mientras que el «plus» de Urano es 1,06 veces la energía solar que absorbe su atmósfera… tal como se lee aquí…

            https://en.wikipedia.org/wiki/Uranus#Internal_heat

            …y la razón de ello es simplemente que el calor interno de Urano es más frío que pipí de pingüino muerto. Como ves, hay varias hipótesis para intentar explicar la bajísima generación térmica interna de Urano, pero vaya uno a saber 🙂

          4. Muchas gracias Pelau por tus respuestas tan trabajadas y esclarecedoras.
            Como siempre, una solución o una hipótesis lleva a nuevas incógnitas. Es lo que da «vidilla» a la ciencia. 🙂

  10. Gran teoría y excelente artículo, muchas gracias..!
    Ahora, como dice Daniel, sólo falta mandar una sonda para comprobar si esa teoría es correcta.
    Saludos cósmicos

    1. Pintan bien. Habrá que husmear. Espero que no hablen muy rápido o con acento muy cerrado, porque mi capacidad de entender inglés hablado es limitada (no así escrito, que lo leo con fluidez… cosas de haberlo hablado muy poco y haberlo leído mucho).

      Gracias por el aporte, Pelau!

    1. 😉 https://twitter.com/Eurekablog/status/1530583921041219584

      El proyecto Talon-A fue anunciado en marzo de 2020…
      https://danielmarin.naukas.com/2020/12/05/ravn-x-y-talon-a-dos-nuevos-sistemas-de-lanzamiento-aereo/

      …y recién a finales de este año van a probar el primer prototipo (TA-0) de los como mínimo tres (TA-0, TA-1 y TA-2) antes de que el Talon-A vea la luz. Se están tomando su tiempo 🙂

      Y contra todo pronóstico 😉 el Ravn X de Aevum parece que sigue adelante…
      https://www.aevumspace.com/autonomousLaunchTechnology

      Y el spaceplane de Radian parece que también…
      https://danielmarin.naukas.com/2020/12/03/la-change-5-despega-de-la-luna-con-muestras-de-la-superficie/#comment-514157

      https://www.radianaerospace.com

      1. Me parece super curioso que el Radian X se parezca tantísimo al nuevo drone militar de Boeing, el MQ-28 «Ghost Bat»… aunque éste último no sea ni de lejos una aeronave con capacidad orbital, claro.

        1. Pues sí, en líneas generales se parecen mucho. El Ravn X es el doble de grande, a pesar de su pinta «Fast & Furious» es subsónico… y tampoco tiene capacidad orbital, el cohetillo bajo su vientre sí 😉

          1. Pues había entendido entonces el sistema de lanzamiento al revés (solo vi la imagen, no profundicé). Creí que el cohetillo de debajo era un acelerador para sacar al Ravn de la atmósfera y que éste sería supersónico.

            O sea, que es un Stratolaunch de juguete: un avión reutilizable que sube a un cohete a cierta altitud para que se encienda allí y alcance LEO, aunque con una carga ridícula (en comparación al Roc, me refiero, porque actualmente con 100 kg se pueden hacer muchas cosas).

  11. OT, porque esto está más muerto que una barbacoa de la UAW para trabajadores de Tesla.

    Elon ha publicado un pequeño resumen del estado de la Nación-X:

    – Los Falcon siguen arrasando.
    – Starlink: casi 500.000 usuarios. Pronto disponible en tierra, mar y aire.
    – Imágenes de una Starship desplegando un cargamento de satélites Starlink 2.0 a través de una boca de buzón.
    – Varios Raptor 2 montados en el booster B7.
    – Imágenes CGI de las futuras factorías Starship en Starbase y Florida.

    https://twitter.com/elonmusk/status/1533408313894912001?s=20&t=4GMWB6ifKMdBkJ9WY_R2NA

    – Entrevista a Hans Koenigsman, ex de SpX y uno de los primeros empleados:

    – El objetivo de Elon al fundar SpX era Marte, desde el primer día.
    – A Hans le impresionó que Elon arriesgara toda la fortuna que había ganado con la venta de sus anteriores empresas, en vez de gastar el dinero de otros como hace la mayoría de emprendedores.

    forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=43154.msg2366994#msg2366994

    1. ¿Te has fijado que la Starship sobre el transportador, que se ve justo tras la CGI del despliegue de Starlinks, parece tener la misma «boca de buzón»?

      1. no parece, sino que es,

        en el video de everyday astronaut de hace unas semana hablan de esto ya que el s24 si todo sale bien llegara a orbita y desplegara un par de satelites v2 y se ve claramente en el video el dispensador tambien dijeron que el satelite mide 7 metros que pesa 1,25 toneladas y que es casi un orden de magnitud superior al actual

      2. Pues claro, porque SpX quiere probar el sistema de despliegue lo antes posible, en cuanto la primera Starship llegue a órbita.
        La nave de la imagen es la S24 que, si Starman quiere, será lanzada sobre el booster B7 en el primer lanzamiento orbital del sistema. Y parece que irá equipada con un dispensador de satélites Starlink para pruebas.

        Una vez que la Starship haya alcanzado la órbita y la rampa de Florida esté disponible, SpX empezará el despliegue masivo de satélites v2.0, con una alta cadencia de lanzamiento, algo nunca visto en cohetes de ese tamaño.
        Esto será posible gracias a que SpX ha construido toda una cadena de producción en serie de cohetes gigantes en paralelo al desarrollo de los prototipos, estableciendo sinergias entre las fases de desarrollo y producción.
        Como comparación, el SLS necesitará 2 años de intervalo entre el primer y el segundo lanzamiento. A partir de ahí, un año o más entre sucesivos lanzamientos.

    2. he visto el video muy chulo y lo mas importante lanza 54 satelites y se va viendo como se vacia por pares ya que ell tamaño es de 7 metros. y creo que es bastante realista de la capacidad. lo malo es que solo llega hasta la mitad de la zona de carga supongo que por el estrechamiento del cono no meten mas.

      54 saelites a 1,25 toneladas son 67.5 toneladas de golpe en el espacio sumale estructura y soporte del dispensador de pez y podemos estar tranquilamente en 75 toneladas

      si los nuevos satelites son segun elon casi un orden de magnitud mejores que los actuales, 0.8 he leido en alguna parte los 54 satelites equivalen a 430 satelites de una tacada puestos en el espacio.

      y los 500.000 usuarios son 50 millones al mes en ingresos eso paga 1 lanzamiento y medio completo. lo que indica que en 2 años amortizarian todo los lanzamientos actuales, si consideramos que en estos tres no ha recuperado nada. asi que seguramnte en un año o asi starllink este dando beneficios o antes si aumentan el numero de usuarios.

      1. Eso son los usuarios particulares «normales».

        Además están los contratos con empresas, instituciones (gubernamentales, científicas, docentes, médicas, etc), líneas aéreas, líneas marítimas y barcos particulares (de todo el planeta). También camiones, autocaravanas, cámpings, etc.
        Y los contratos militares, también con ejércitos de otros países, no sólo con el ejército USA.
        Y los bancos e instituciones financieras.

        Y futuros usos y utilidades que aún no existen.

        Starlink puede convertirse en una máquina de imprimir dinero para SpX.

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