Durante quince horas en enero pasado, el Telescopio Espacial James Webb observó un solo objetivo, observándolo girar, cortando metódicamente su débil brillo infrarrojo, una longitud a la vez. El planeta en cuestión era Urano, el gigante de hielo que incluso los científicos planetarios a veces olvidan, y lo que surgió de esas observaciones fue algo que nadie había logrado antes: un mapa tridimensional adecuado de su atmósfera superior, desde las cimas de las nubes hasta 5.000 kilómetros sobre ellas.
Los resultados, publicados esta semana en Geophysical Research Letters, fueron dirigidos por Paola Tiranti, estudiante de doctorado en la Universidad de Northumbria en Newcastle, lo cual es bastante notable, dado que la ionosfera de Urano se había resistido a este tipo de caracterización durante décadas. “Esta es la primera vez que hemos podido ver la atmósfera superior de Urano en tres dimensiones”, dice Tiranti. “Con la sensibilidad de Webb, podemos rastrear cómo la energía se mueve hacia arriba a través de la atmósfera del planeta e incluso ver la influencia de su campo magnético desequilibrado”.
Ese campo magnético desequilibrado es donde la historia se vuelve interesante. El campo magnético de la Tierra está, en términos generales, alineado con su eje de rotación. La de Urano no lo está: está inclinada casi 60 grados y desplazada del centro del planeta, lo que significa que sus auroras no se ubican claramente alrededor de los polos, sino que barren la superficie en patrones complicados. Las observaciones de Webb detectaron dos bandas brillantes de emisión auroral cerca de los polos magnéticos, junto con una peculiar brecha oscura entre ellos donde tanto la emisión como la densidad de los iones cayeron bruscamente. Algo en la topología magnética aparentemente está desviando por completo las partículas cargadas de esa región. El mismo tipo de mancha oscura se ha visto en Júpiter, donde la geometría del campo magnético controla hacia dónde fluyen las partículas.
El equipo rastreó una molécula llamada H3+, un ion de hidrógeno triatómico que actúa como termómetro de la atmósfera superior. Fundamentalmente, también brilla en el infrarrojo, lo que significa que Webb podría detectarlo incluso a casi tres mil millones de kilómetros de distancia.
La temperatura alcanzó su punto máximo entre 3.000 y 4.000 kilómetros por encima de las cimas de las nubes, alcanzando hasta alrededor de 500 K en las regiones aurorales, mientras que la densidad de iones alcanzó su punto máximo mucho más abajo, cerca de 1.000 kilómetros. Sin embargo, las densidades de iones medidas fueron considerablemente más bajas (aproximadamente en un orden de magnitud) de lo que habían predicho los modelos existentes. Parte de la explicación probablemente radica en la geometría profundamente peculiar del campo magnético de Urano, que interrumpe el transporte vertical de iones en comparación con modelos más simples construidos para Júpiter. Parte de esto también puede deberse a que los modelos asumieron una termosfera más cálida que la que tiene Urano en este momento.
Y eso es otra cosa que confirmaron las observaciones: Urano todavía se está enfriando. La temperatura que midieron Tiranti y sus colegas (426 ± 2 K, promediada a lo largo de la columna) es más baja que los valores registrados por telescopios terrestres que se remontan a principios de la década de 1990. La atmósfera superior del planeta ha estado perdiendo calor durante más de 30 años, una tendencia que los investigadores conocen desde hace tiempo pero que nunca lograron explicar. Una hipótesis lo vincula con una disminución a largo plazo de la energía eólica solar; otro lo cuestiona. Las nuevas mediciones no resuelven el argumento, pero descartan una solución fácil: sea lo que sea que esté causando el enfriamiento, todavía está en curso.
Lo que Webb puede hacer ahora, lo que ningún telescopio terrestre podía lograr antes, es capturar esta información con una resolución espacial genuina, dividiendo la atmósfera en capas de altitud y cortes longitudinales en lugar de promediar todo en una sola lectura integrada en un disco. Los perfiles verticales revelan dónde se deposita realmente la energía y cómo se redistribuye hacia arriba. A bajas altitudes, es la densidad de los iones la que impulsa la variación en el brillo atmosférico; en altitudes elevadas, por encima de los 3.000 kilómetros, la temperatura se convierte en el factor dominante. Lo que sugiere, como dice Tiranti, que el “equilibrio energético del planeta no puede explicarse únicamente mediante la transferencia de calor por colisión”: hay otros procesos en juego, posiblemente ondas de gravedad o conducción térmica, que mantienen la atmósfera superior más caliente de lo que sugeriría la simple física.
Esto es parte de un rompecabezas más amplio que los científicos planetarios llaman la “crisis energética del planeta gigante”. Las atmósferas superiores de los gigantes del sistema solar son mucho más calientes de lo que la radiación solar por sí sola podría explicar. En Júpiter, los vientos impulsados por las auroras parecen transportar energía desde los polos hacia el ecuador, calentando toda la termosfera desde arriba. Si Urano hace algo similar es ahora una cuestión activa: su campo magnético compensado podría impulsar un mecanismo comparable, o algo completamente diferente.
“Al revelar la estructura vertical de Urano con tanto detalle, Webb nos ayuda a comprender el equilibrio energético de los gigantes de hielo”, afirma Tiranti. “Este es un paso crucial hacia la caracterización de planetas gigantes más allá de nuestro Sistema Solar”.
Esa conexión con los exoplanetas importa más de lo que parece. Los gigantes de hielo (planetas aproximadamente del tamaño y composición de Urano y Neptuno) parecen estar entre los tipos de mundos más comunes en la galaxia, sin embargo, sólo tenemos dos en nuestro propio sistema solar para estudiar de cerca, y ninguno ha tenido nunca un orbitador dedicado. La última nave espacial que visitó Urano fue la Voyager 2, que pasó por allí en enero de 1986 y nos dejó sólo dos conjuntos de perfiles verticales de densidad electrónica antes de desaparecer en la oscuridad exterior. Desde entonces todo ha sido terrestre o, ahora, Webb. La comunidad científica planetaria de la NASA ha estado presionando por una misión emblemática a Urano durante años; Estos nuevos resultados dan a los planificadores de misiones limitaciones más estrictas sobre lo que cualquier futuro orbitador o sonda atmosférica realmente encontraría cuando llegue allí.
Por ahora, sin embargo, el panorama es más claro que nunca. Un planeta que era casi anodino en instrumentos anteriores revela, a través del ojo infrarrojo de Webb, una atmósfera dinámica y estratificada esculpida por uno de los entornos magnéticos más extraños del sistema solar. Si ese extraño campo magnético es responsable de la larga tendencia al enfriamiento, o si Urano simplemente ha estado derramando silenciosamente energía al espacio por razones que aún no entendemos, sigue siendo una de las preguntas abiertas más intrigantes en la ciencia planetaria.
Sitio: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1029/2025GL119304
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