El James Webb desvela en 3D la extraña atmósfera de Urano

Un equipo internacional de investigadores ha conseguido, por primera vez, mapear en tres dimensiones la zona superior de Urano, una zona llamada ionosfera en la que se producen interacciones entre los gases que forman la atmósfera y el complejo campo magnético del planeta.

En concreto, y gracias a las avanzadas capacidades del telescopio espacial James Webb, los astrónomos han podido obtener datos precisos que permiten conocer cómo varía la abundancia de moléculas de gas y su temperatura con la altura. Esta visión de corte vertical puede ser fundamental para entender cómo se forman las luminosas auroras de Urano y los mecanismos que provocan que la atmósfera del planeta se esté enfriando (un hallazgo realizado hace apenas tres décadas).

En el sistema solar, Urano destaca por ser un mundo con una gran inclinación de su eje de rotación y por tener un campo magnético asimétrico y de geometría muy complicada. Estas características le convierten en un objeto de gran interés para la astronomía, especialmente por lo que se refiere al análisis de su atmósfera alta.

En el nuevo estudio, los investigadores han utilizado el instrumento NIRSpec del telescopio espacial James Webb. Este equipo es capaz de descomponer la luz emitida en el rango del infrarrojo por una atmósfera y, a partir de su examen, conocer no sólo los gases que la componen, sino también los movimientos de sus moléculas y las temperaturas existentes.

Con las prestaciones del Webb, los astrónomos han penetrado en la atmósfera de Urano en cortes verticales. En este sentido, Paola Tiranti, líder del nuevo estudio y perteneciente a la Universidad de Northumbria en el Reino Unido, destaca que “esta es la primera vez que se puede observar la parte superior de Urano en tres dimensiones”.

Urano representa un caso especial por lo que se refiere a la inclinación con la cual gira. Su eje de rotación se encuentra ladeado unos 98 grados, de forma que el planeta orbita prácticamente tumbado.

Pero su campo magnético es aún es más singular. Para empezar, el eje magnético está inclinado 59 grados respecto al eje de rotación, cinco veces más que en la Tierra. Esta gran desalineación hace que los polos magnéticos y los geográficos de Urano se encuentren muy separados.

Además, el eje magnético de Urano no atraviesa su centro: la línea que une los dos polos está separada del núcleo del planeta por una distancia aproximada de 8.500 kilómetros, una cifra que representa unas dos terceras partes del diámetro de la Tierra.

Tal como indica Tiranti, estas características tan particulares convierten la magnetosfera de Urano (la burbuja que envuelve el planeta y que se encuentra dominada por el campo magnético) en la más extraña del sistema solar. Su estructura es muy irregular, está deformada y cambia continuamente su orientación en el espacio.

La nave Voyager 2 es la única misión que ha visitado Urano. Cuando se acercó al planeta, en 1986, detectó emisiones de luz ultravioleta que los científicos identificaron como auroras causadas por el efecto del campo magnético sobre las partículas cargadas de la atmósfera. Más tarde, las auroras de este mundo helado fueron confirmadas con observaciones del telescopio espacial Hubble.

Hoy se sabe que, debido a la asimetría que muestra la magnetosfera de Urano, sus auroras son muy variables e imprevisibles, y pueden aparecer sobre cualquier lugar del planeta.

Con las nuevas observaciones del James Webb, los investigadores han podido penetrar en las capas más altas de la atmósfera de Urano, hasta unos 5.000 kilómetros por encima de las nubes superiores del planeta.

Esta zona se denomina ionosfera, ya que es donde la radiación solar consigue romper las moléculas de gas existentes en la región para generar compuestos eléctricamente cargados (iones). El estudio de la ionosfera es de gran relevancia, ya que es justamente en este lugar donde se dan las interacciones entre las partículas eléctricas y el campo magnético.

Los resultados que se han obtenido revelan un patrón de calor que no está correlacionado con la densidad de iones. Así, mientras que la ionosfera alcanza sus valores máximos de temperatura entre los 3.000 y los 4.000 kilómetros de altura, la abundancia de partículas tiene su pico en los 1.000 kilómetros. Este hecho se interpreta como una consecuencia de la compleja geometría que muestra el campo magnético de Urano.

Las imágenes capturadas por el telescopio Webb también muestran dos bandas atmosféricas en las que se aprecian auroras muy brillantes cerca de los polos magnéticos de Urano. Estas zonas se encuentran separadas por una región con baja densidad de iones.

Precisamente, esta característica había sido observada anteriormente en Júpiter, el planeta con el campo magnético más potente del sistema solar. Los científicos piensan que el patrón de líneas magnéticas controla el flujo y la distribución de partículas en las capas altas de los planetas gaseosos.

Por otro lado, el estudio confirma un fenómeno que ya había sido descubierto anteriormente: la atmósfera superior de Urano se está enfriando, siguiendo la tendencia de pérdida de calor que se detectó por primera vez durante la década de 1990. Así, los nuevos datos arrojan una temperatura media de 150 ºC para la ionosfera, una cifra menor que la registrada por análisis anteriores.

Este comportamiento podría estar relacionado con la estructura tan caótica del campo magnético del planeta, que impediría que la energía proveniente del Sol se concentrase y fuese capaz de calentar suficientemente la ionosfera.