Urano es el séptimo planeta descubierto en el Sistema Solar que también condujo al descubrimiento del último planeta, Neptuno, ambos son conocidos como gigantes de hielo. Reconocido oficialmente en 1781 después de muchas observaciones en el pasado, es el tercer planeta más grande del Sistema Solar.
Aunque es visible a simple vista, Urano escapó a una clasificación clara durante décadas. Generalmente confundido con una estrella, se especula que Hiparco pudo haberlo registrado por primera vez en el año 128 A.C. en su catálogo de estrellas. Más tarde se incorporó en el Almagro de Ptolomeo.
Sin embargo, el primer avistamiento definitivo fue en 1690. John Flamsteed lo observó seis veces, catalogándolo como 34 Tauri. Más tarde fue observada unas catorce veces por Charles Le Monnier entre 1750 y 1769. El hombre que finalmente resolvió este esquivo objeto fue William Herschel, quien lo observó el 13 de marzo de 1781 con un telescopio.
Aunque primero lo clasificó como un cometa, poco después de reportar su descubrimiento a otros astrónomos famosos, se concluyó que en realidad era un planeta. Para 1783, Herschel reconoció esto y más tarde fue recompensado por el entonces rey de Inglaterra Jorge III, con la condición de que se trasladara a Windsor, para que la familia real también lo viera.
Sin embargo, otro problema se planteó ahora, el nombre. Tomó alrededor de 70 años después de que el planeta fue descubierto para que los astrónomos llegaran a un consenso. Inicialmente Herschel quería honrar al rey y nombrar al nuevo planeta Georgium Sidus o «Planeta Georgiano». Esta decisión no fue popular fuera de Gran Bretaña, y se propusieron alternativas como el propio nombre de Herschel, incluso al de Neptuno que no fue descubierto en ese momento. Neptuno era bastante popular ya que habría honrado las victorias de la Marina Real Británica en el curso de la Guerra Revolucionaria Americana, pero pronto fue abandonado.
En 1782 Johann Bode propuso el nombre de Urano, la versión latinizada del dios griego del cielo, Ouranos. Su argumento era que el nuevo planeta se destacaría de los demás si no seguía la mitología. Así como Saturno fue el padre de Júpiter, el nuevo planeta debería llamarse como el padre de Saturno. En 1789, un conocido de Bode, Martin Klaproth nombró su recién descubierto elemento uranio en apoyo a la elección de Bode. El nombre se hizo universal en 1850.
En otros idiomas como el chino, japonés, coreano y vietnamita, Urano se traduce como «estrella rey del cielo». Su nombre oficial en tailandés es Dao Yurenat, en mongol Tengeriin Van significa «Rey del Cielo» pero en hawaiano su nombre es Hele’ekala, una palabra prestada por el descubridor de Urano, Herschel.
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Formación
A través de simulaciones según el modelo de Niza, se ha sugerido que tanto Urano como Neptuno se formaron más cerca del sol y más tarde se alejaron. La hipótesis es que el Sistema Solar se formó a partir de una gigantesca bola giratoria de gas y polvo conocida como la nebulosa pre-solar. Gran parte de ella formó el Sol, mientras que la mayor parte de su polvo se fusionó para crear los primeros protoplanetas. A medida que crecían, algunos acumulaban suficiente materia para que su gravedad se aferrara al gas sobrante de la nebulosa. Las estimaciones sugieren que la creación tuvo lugar hace unos 4.500 millones de años, y la deriva unos 4.000 millones.
Distancia, tamaño y masa
Desde su descubrimiento, el planeta se ha desplazado 1° al oeste cada 72 años, sin embargo, su distancia media al sol sigue siendo de unos 20 UA o 2.000 millones de kilómetros – 2.000 millones de millas. La diferencia entre su punto más lejano y más cercano al sol es de alrededor de 1,8 UA, mayor que la de cualquier otro planeta con la excepción del planeta enano Plutón.
Aunque su masa es aproximadamente 14,5 veces la de la Tierra, es el menos masivo comparado con los otros planetas gigantes, teniendo una masa de 8.681 × 10^25 kg. Sin embargo, su diámetro es ligeramente mayor que el de Neptuno, y es unas cuatro veces mayor que el de la Tierra: unos 51.118 kilómetros o 31.763 millas.
La densidad de Urano 1,27 g/cm3 lo convierte en el segundo planeta menos denso, después de Saturno. Este valor indica que está compuesto principalmente de varios hielos como el agua, el amoníaco y el metano. La masa de su interior es sin embargo discutible, se especula que está alrededor de 9,3 y 13,5 masas terrestres.
Tiene el tercer radio planetario más grande: 25.362 kilómetros o 15.759 millas, y su volumen es unas 63 veces mayor que el de la Tierra, lo que significa que 63 Tierras pueden caber en su interior.
Órbita y rotación
A Urano le toma alrededor de 7 años pasar por cada constelación del zodíaco, y un total de 84 años para hacer un viaje completo alrededor del sol. Su interesante orbitar llamó la atención de los astrónomos porque el planeta escapó a su ubicación prevista, y así condujo al descubrimiento del último planeta en 1846 que más tarde se llamaría Neptuno.
La rotación interior de Urano se completa en unas 17 horas, 14 minutos, y como en el caso de todos los gigantes gaseosos su atmósfera superior experimenta fuertes vientos en la dirección de la rotación, haciendo así una rotación completa más rápida, en unas 14 horas.
La inclinación axial
El eje de rotación es aproximadamente paralelo al plano del Sistema Solar, con una inclinación de 97,77°. Esta característica le da a Urano cambios estacionales completamente diferentes a los de otros planetas.
Cerca del solsticio, un polo mira continuamente al sol mientras que el otro está cubierto de una completa oscuridad. Al otro lado de la órbita de Urano la orientación de los polos hacia el Sol se invierte con cada polo obteniendo alrededor de 42 años de luz continua, y el otro de oscuridad. Justo en el momento de los equinoccios, el Sol está orientado hacia el ecuador de Urano dando un período de ciclos día-noche similares a los que se ven en la mayoría de los otros planetas.
Urano es más caliente en su ecuador que en sus polos. No sabemos por qué es así, ni sabemos exactamente por qué Urano tiene una inclinación axial tan inusual. Sin embargo, las especulaciones sugieren que Urano sufrió hace unos 3 o 4 mil millones de años, una colisión con un protoplaneta del tamaño de la Tierra mientras se formaba el sistema solar.
Estructura
La estructura del modelo estándar de Urano consiste en tres capas: un núcleo rocoso de silicato/hierro-níquel en el centro, un manto helado en el medio y una envoltura exterior gaseosa de hidrógeno/helio.
Se estima que la masa del núcleo es de alrededor del 0,55% de las masas terrestres con un radio inferior al 20% de todo Urano. El manto comprende su masa, con alrededor de 13,4 masas terrestres. La atmósfera superior es relativamente insustancial, pesa alrededor de 0,5 masas terrestres y se expande en el último 20% del radio de Urano. La densidad del núcleo es de alrededor de 9 g/cm3, con una presión en el medio de unos 8 millones de bares, y una temperatura de alrededor de 5.000 K. Lo que se conoce como el manto de hielo no está de hecho compuesto de hielo en el sentido convencional, sino de un fluido caliente y denso que consiste en agua, amoníaco y otros volátiles.
Se cree que las temperaturas extremas y la presión condensan los átomos de carbono en cristales de diamante. Se cree que estas lluvias de diamantes sólidos también ocurren en Júpiter, Saturno y Neptuno. El factor principal que justifica la diferencia entre Urano y Neptuno con respecto a Saturno y Júpiter es el hecho de que el hielo domina sobre los gases, de ahí la clasificación separada como «gigantes de hielo». Se cree que los gigantes de hielo tienen océanos líquidos y los gigantes gaseosos cerca de un 85% sólo de gas.
Urano no tiene una superficie sólida debido a su estructura interior fluida. La atmósfera compuesta de gases se transforma gradualmente en las capas líquidas internas. Pero para facilitar la comprensión, un esferoide oblicuo giratorio situado en el punto en el que la presión atmosférica es igual a 1 bar se designa condicionalmente como «superficie».
Aunque es el planeta más frío del sistema solar, no se sabe por qué. Algo impide que el calor del núcleo de Urano llegue a la superficie. Se cree que existe una forma de barrera en las capas superiores del planeta que detiene el calor. Otra teoría sugiere que después de una colisión masiva, Urano expulsó la mayor parte de su calor primordial, dejando su temperatura central agotada.
Atmósfera
Urano carece de una superficie sólida bien definida en su interior. Sin embargo, la parte más exterior del planeta envuelta por gases que es accesible a la teledetección se llama su atmósfera. La capacidad de la teledetección se extiende hasta unos 300 kilómetros o 186 millas por debajo del nivel de 1 bar, con una presión correspondiente de 100 bares y una temperatura de 320 K (47 °C; 116 °F). Su atmósfera es mayormente consistente en hidrógeno molecular, helio, metano, amoníaco, agua, sulfuro de hidrógeno, varios hidrocarburos y vapor de agua, monóxido de carbono y dióxido de carbono, posiblemente debido a una fuente externa como en el polvo que cae y los cometas.
Urano no tiene mesosfera, pero su atmósfera puede dividirse en tres capas:
* La troposfera, entre las altitudes de -300 y 50 km, con presiones de 100 a 0,1 bar. Es la parte más baja y densa de la atmósfera, la temperatura disminuye con la altitud. Cae desde aproximadamente 320 K (47 °C; 116 °F) en la base de la troposfera nominal a -300 km o 186 millas hasta 53 K (-220 °C; -364 °F) a 50 km o 31 millas. Se cree que la troposfera tiene estructuras de nubes muy complejas y es una parte dinámica de la atmósfera, exhibiendo fuertes vientos, nubes brillantes y cambios estacionales.
* Estratosfera, que abarca altitudes entre 50 y 4.000 km, con presiones entre 0,1 y 10-10 bar. Las temperaturas aumentan gradualmente con la altitud desde 53 K (-220 °C; -364 °F) en el límite de la troposfera hasta entre 800 y 850 K (527 y 577 °C; 980 y 1.070 °F) en la base de la termosfera. El calentamiento es causado por la absorción de la radiación solar UV e IR por el metano y otros hidrocarburos.
* Termosfera, que se extiende desde 4.000 Km. hasta 50.000 Km. Es la capa más externa de la atmósfera y la corona, con una temperatura uniforme alrededor de 800 a 850 K.
Magnetosfera
El campo magnético de Urano es peculiar, no se origina desde su centro geométrico, y está inclinado a 59° del eje de rotación. El polo magnético se desplaza desde el centro hacia el polo sur de rotación hasta un tercio del radio del planeta.
Esta magnetosfera asimétrica da como resultado una intensidad de campo magnético en la superficie en el hemisferio sur de aproximadamente 0,1 gauss o 10 µT, mientras que en el hemisferio norte puede llegar a ser de 1,1 gauss o 110 µT. El campo promedio en la «superficie» es de 0,23 gauss o 23 µT. Los estudios de la fecha de la nave espacial Voyager 2, sugieren que la asimetría causa que la magnetosfera de Urano se conecte con el viento solar una vez al día de Urano, abriendo el planeta a las partículas del Sol.
El momento del dipolo de Urano es 50 veces el de la Tierra. Se cree que esta es una característica común de los gigantes de hielo ya que Neptuno también tiene un campo magnético similarmente desplazado e inclinado.
Una posible explicación de esta peculiar alineación de la magnetosfera podría deberse a los océanos de diamante líquido de Urano en el interior, que impedirían el campo magnético. Sin embargo, los otros aspectos de la magnetosfera son similares a los de otros planetas pero en general, la estructura es diferente a la de Júpiter y más similar a la de Saturno.
Las auroras de Urano estan relativamente bien desarrolladas. Se ven como arcos brillantes alrededor de ambos polos magnéticos pero parecen insignificantes dado el balance energético de la termosfera planetaria.
Clima
La atmósfera de Urano parece bastante insulsa en comparación con los otros planetas gigantes, especialmente con Neptuno, a quien por otra parte se parece mucho.
Un total de 10 características de las nubes fueron observadas en todo el planeta por la nave Voyager 2 cuando voló por Urano en 1986. Una explicación para esta gran falta de características es que el calor interno aparece marcadamente más bajo que el de los otros planetas gigantes.
Pero todo esto cambió cuando el Telescopio Espacial Hubble observó el gigante de hielo. Los análisis revelaron que el planeta tenía un clima dinámico, caracterizado por tormentas la mitad de grandes que las de Estados Unidos o incluso el doble de grandes.
En 2006, una nube oscura fue vista en el planeta. Esta tormenta era gigantesca, dos tercios del tamaño de los Estados Unidos. La temperatura media de las nubes era de -315 grados Fahrenheit. Las velocidades del viento pueden alcanzar hasta 560 millas o 900 kilómetros por hora soplando en el retrógrado en el ecuador, en la dirección inversa de la rotación del planeta.
Lunas
Como otros planetas gigantes, Urano tiene muchas lunas. Hasta ahora se han descubierto 27 satélites, y fueron nombrados en honor a personajes de las obras de Shakespeare y Alexander Pope. Aunque el sistema de satélites de Urano es el menos masivo de los planetas gigantes. Hay cinco satélites principales que destacan: Miranda, Ariel, Umbriel, Titania y Oberon.
Sin embargo, son pequeños, incluso con las masas combinadas de los cinco, aún serían menos de la mitad de Tritón, la luna más grande de Neptuno. Cada una de ellas tiene una superficie menor que el continente de Australia y la mayoría de ellas carecen de atmósfera.
Miranda
Miranda es una luna esférica y uno de los lugares más extraños del sistema solar. Tiene una superficie similar a la de Chile: 700.000 km2 mientras que Chile tiene 750.000 km2. El paisaje está muy deformado con extraños y difíciles de explicar patrones que ocurren en toda la superficie.
Es el satélite más pequeño e interior de Urano. Fue descubierto en 1948 y nombrado en honor a Miranda de la obra de Shakespeare La Tempestad. Tiene un diámetro de 470 kilómetros o 292 millas, y es uno de los objetos más pequeños y observados de cerca en el Sistema Solar.
Comparte el ciclo estacional extremo de Urano, ya que la órbita de Miranda es perpendicular a la eclíptica. Su acantilado más alto, llamado Verona Rupes, es una escarpa de 20 kilómetros de altura que es el acantilado más alto del sistema solar. Los cañones y las montañas son también una característica común de Miranda que es peculiar ya que no hay actividad geológica.
Miranda y Urano están a 130.000 kilómetros o 80.700 millas de distancia, tres veces más cerca de la Luna que de la Tierra. Miranda tiene una baja densidad de 1,2 g/cm3, es el satélite menos denso de los cinco. Esto sugiere que está compuesto por un 60% de hielo de agua. Se cree que en el pasado el satélite fue destrozado por un objeto gigante y los pedazos restantes fueron juntados por la gravedad, formándolo como es ahora.
Ariel
Es la cuarta mayor de las lunas conocidas de Urano, la segunda más pequeña después de Miranda, y orbita y rota en el plano ecuatorial de su planeta padre. Es casi perpendicular a la órbita de Urano, lo que da lugar a ciclos estacionales extremos. Tiene un diámetro estimado de 1.157 kilómetros o 718 millas.
Descubierto en 1851 por William Lassell y nombrado en honor a dos personajes: el espíritu del cielo en «La violación de la cerradura» de Alexander Pope y el espíritu que sirve a Próspero en «La Tempestad» de Shakespeare.
Está en el puesto 14 de las 19 lunas esféricas más pequeñas conocidas en el Sistema Solar. Se estima que está compuesta por partes iguales de roca y hielo. Muestra más actividad geológica que las otras lunas, probablemente debido al calentamiento de las mareas. También se cree que se formó a partir de un disco de acreción que rodeó al planeta poco después de su formación. Su núcleo interno está compuesto de roca rodeada por un manto de hielo. Su masa es equivalente en magnitud a la hidrosfera de la Tierra. Es la segunda más cercana a Urano, orbitando a una distancia de unos 190.000 kilómetros.
Completa una órbita en 2,5 días con un lado siempre de cara al planeta. Su órbita se encuentra completamente en la magnetosfera de Urano. Este bombardeo puede llevar al oscurecimiento de los hemisferios de seguimiento observados en todas las lunas de Urano. Puede tener la tercera masa más grande con una densidad de 1,66 g/cm3.
Umbriel
También descubierta por William Lassell en 1851, la luna está compuesta principalmente de hielo y sólo una fracción de roca. Tiene la superficie más oscura de las lunas urantianas y parece haber sido formada por impactos.
Es la segunda luna urantiana con más cráteres después de Oberon, con cráteres que alcanzan hasta 210 kilómetros o 130 millas. Un rasgo prominente de la superficie es un anillo de material brillante en el suelo del cráter de Wunda. Esta luna fue nombrada en honor al duende oscuro y melancólico de «La violación de la cerradura» de Alexander Pope.
El nombre sugiere la palabra latina umbra, que significa sombra. Es la tercera luna más lejana que orbita el planeta a una distancia de 266.000 kilómetros o 165.000 millas. Su período orbital es el mismo que su período de rotación, 4,1 días terrestres. Esto significa que Umbriel también tiene un lado siempre de cara a Urano. Su órbita también es capturada en la magnetosfera de Urano. Tiene una densidad de 1,39 g/cm3 y refleja menos de la mitad de la luz que Ariel. Tiene un diámetro estimado de 1.169 kilómetros o 726 millas.
Titania
La luna más grande de Urano, y la octava luna más grande del Sistema Solar con un diámetro de 1.578 kilómetros o 981 millas. Fue descubierta en 1787 por William Herschel, el descubridor de Urano. Fue nombrada en honor a la reina de las hadas en «El sueño de una noche de verano» de Shakespeare.
Tiene aproximadamente la mitad del radio de la luna de la Tierra, unos 788,9 kilómetros o 490 millas. En 2005, la espectroscopia infrarroja reveló la presencia de hielo de agua así como de dióxido de carbono congelado en su superficie. Tiene una densidad de 1,71 g/cm³ que indica una consistencia igual de hielo de agua y componentes densos no helados. Es la más masiva de las lunas urantianas, y la octava luna más masiva del Sistema Solar.
Al igual que las tres lunas mencionadas anteriormente, su órbita también está atrapada en la magnetosfera de Urano. Orbita Urano a una distancia aproximada de 436.000 kilómetros o 271.000 millas siendo la segunda más alejada del planeta entre las otras cuatro lunas.
El período orbital se completa en 8,7 días. También es un satélite con mareas fijas, teniendo sólo un lado de él permanentemente orientado hacia Urano. Su superficie está cortada por un sistema de enormes cañones, escarpas y parece un poco rojiza. Numerosos cráteres de impacto pueden alcanzar hasta 326 kilómetros o 203 millas de diámetro pero es menos pesado que Oberon.
Oberon
Oberon es la mayor luna exterior de Urano. Fue descubierta en 1787 por William Herschel quien también descubrió Titania. Es la segunda más grande y la segunda más masiva de las cinco lunas mayores de Urano.
También es la novena luna más masiva del Sistema Solar, Oberon fue nombrada en honor al mítico rey de las hadas de Shakespeare, «El sueño de una noche de verano».
Mientras que las otras lunas orbitan dentro de la magnetosfera de Urano, la órbita de Oberon está parcialmente fuera. Su superficie es oscura y un poco roja, cubierta por impactos de asteroides y cometas con cráteres de hasta 210 kilómetros o 130 millas de diámetro.
Oberon puede ser visto desde la Tierra con un telescopio de aficionado relativamente bueno. Orbita alrededor de Urano a una distancia de unos 584.000 kilómetros siendo la luna más lejana, y completando un ciclo en unos 13,5 días. Como las otras lunas de Urano, también tiene un lado permanentemente orientado hacia su planeta padre.
La diferencia entre él y los otros planetas es que Oberon pasa la mayoría de su órbita fuera de la magnetosfera de Urano, y como resultado es golpeado directamente por el viento solar. Una vez cada 42 años durante el equinoccio de Urano, y su plano ecuatorial se cruza con la Tierra, la ocultación mutua ocurre entre las lunas de Urano.
Oberón tiene una densidad de 1,63 g/cm³. Esta es más alta que la densidad típica de los satélites de Saturno. Titania también tiene esta característica. Las observaciones espectroscópicas han revelado la presencia de hielo de agua cristalina en la superficie. Se especula que Oberon puede poseer una capa oceánica líquida en el límite entre el núcleo y el manto. Oberon es la luna urantiana más rojiza, y la que tiene más cráteres, lo que implica que tiene la superficie más antigua entre los satélites.
Anillos planetarios
Urano tiene trece sistemas de anillos distintos que se cree que se formaron hace unos 600 millones de años a partir de la colisión de otras posibles lunas u objetos grandes. Los anillos alrededor de Urano son únicos ya que no son brillantes como los de Saturno. Con este albedo bajo aparecen oscuros como el carbón y otra característica única es que son extremadamente estrechos. El más ancho de los anillos se llama anillo épsilon, extendiéndose de 20 a 100 kilómetros de ancho.
En 1978, se descubrieron nueve anillos distintos, dos más en 1986 y en 2003-2005 otros dos. La mayoría de ellos son opacos y consisten en grandes cuerpos de 0,2 a 20 m de diámetro formados por hielo de agua con la adición de algunos elementos orgánicos oscuros procesados por radiación. Su radio de acción se extiende desde unos 38.000 kilómetros a 98.000 o 23.612 a 60.894 millas.
Habitabilidad de la vida
Como no tiene una verdadera superficie, sino más bien fluidos arremolinados, no es propicio para la vida tal como la conocemos.
Los planes futuros para Urano
Con la llegada de nuevas tecnologías, Urano es definitivamente un objetivo para futuros estudios y ya se han anunciado algunas misiones, aunque queda por ver si se llevarán a cabo.