Cuando la Voyager 2 llegó a Neptuno en 1989, solo 12 años después de emprender su histórico viaje a través del sistema solar, descubrió seis lunas nuevas, tomó las primeras imágenes de los anillos del planeta y notó una tormenta particularmente violenta.

El La tormenta fue una sorpresa. En el hemisferio sur había un viento arremolinado en sentido antihorario de hasta 1.500 mph (2.414 km / h), el más fuerte jamás registrado. Los astrónomos lo llamaron la Gran Mancha Oscura, y aunque ya había desaparecido cuando el Telescopio Espacial Hubble miró el planeta cinco años después, estaban ansiosos por saber por qué los vientos eran tan extremos.

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También estaban perplejos por otro problema: la Voyager 2 reveló que Neptuno es más cálido que Urano, a pesar de estar más lejos del sol. Como comentó el físico Brian Cox en su documental de la BBC, The Planets: «La fuente de este calor adicional sigue siendo un misterio». ¿Pero eso significa que tenemos un doble acertijo en nuestras manos, y puede un misterio ayudar a explicar el otro de alguna manera?

Antes de comenzar a abordar los dos problemas en cuestión, primero debemos mirar qué se entiende realmente por «más cálido». Dado que Neptuno es un gigante gaseoso, no podemos probar la temperatura promedio global a nivel del suelo de la forma en que lo haríamos en la superficie sólida de la Tierra. En cambio, como el núcleo de Neptuno probablemente sea pequeño, las mediciones de temperatura deben tomarse a una altitud . El problema es, ¿cuál?

El problema con la temperatura

«Solo podemos medir temperaturas en las capas más externas», dijo Michael Wong, científico planetario de la Universidad de California en Berkeley, por correo electrónico. Al hacerlo, encontramos que Neptuno no es en realidad más caliente que Urano en términos reales, están esencialmente a la misma temperatura. Pero dado que Neptuno recibe menos iluminación solar porque está más lejos del sol, este no debería ser el caso.

Lo que sugiere esta similitud en la temperatura es que Neptuno es más cálido en términos de la cantidad de calor que emite. en comparación con la cantidad de calor que absorbe del sol. «Las mediciones de la Voyager muestran que Neptuno emite más del doble de calor que el que absorbe del sol, mientras que Urano no», dijo Anthony Del Genio, del Instituto Goddard de Estudios Espaciales (GISS) de la NASA, a All About Space. Y aquí es donde las cosas se vuelven bastante intrigantes.

Eso se debe a que Neptune no es inusual en este caso. «Júpiter y Saturno también emiten casi el doble de calor del que absorben, pero Urano no», dijo Del Genio. «Urano es el bicho raro».

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«La progresión de la temperatura a medida que te alejas del sol muestra que Júpiter es el más cálido de los gigantes gaseosos, Saturno a continuación, luego Neptuno. Urano es el que está fuera de lugar «, dijo Del Genio. «Sin embargo, ese resultado inusual está asociado con el hecho de que Urano no tiene una fuente de calor interna significativa». Neptuno está encontrando una manera de calentarse hasta el nivel de Urano, mientras que este último no puede generar ningún calor adicional que no sea el obtenido por el sol.

Pero, ¿qué es una fuente de calor interna? En términos simples, es el calor que quedó del nacimiento del sistema solar cuando se formaron estos planetas. El calor se contrae fuera de la nebulosa solar primitiva, un efecto conocido como la contracción Kelvin-Helmholtz.

«La fuente de calor adicional en Neptuno se debe en gran parte a la contracción gravitacional», dijo Joshua Tollefson, también de la Universidad. de California, Berkeley. «A medida que el planeta se contrae lentamente gravitacionalmente, el material que cae hacia adentro cambia su energía potencial en energía térmica, que luego se libera hacia arriba fuera del planeta».

Sin embargo, no hay una razón clara por la que Urano no tenga mucho de una fuente de calor interna, o cualquiera. «Algo debe haber retrasado este proceso en Urano, quizás debido a una colisión en su historia temprana que golpeó al planeta de lado», dijo Tollefson. «La pregunta es, ¿por qué Neptuno tiene una fuente de calor interna y Urano no?»

Planetas congelados a los que les encanta eructar

Existe la posibilidad de que el calor no se libere del interior de manera constante pero en cambio viene en «eructos». «Es posible que estemos viendo a Urano en un período de inactividad, mientras que Neptuno eructó más recientemente», dijo Tollefson. «Los eructos son por convección, que pueden ocurrir en episodios discretos separados por períodos de tiempo prolongados, pero es posible que no sepamos con certeza si funciona de esta manera a menos que veamos que tiene lugar uno de estos episodios convectivos «.

También podría deberse a que Urano sea un veterano y Neptuno un cachorro más joven. «La cantidad de calor que irradia un planeta depende principalmente de su antigüedad y de la rapidez o lentitud con la que libera ese calor», dijo Amy Simon, científica senior de la NASA para la Investigación de la Atmósfera Planetaria en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. ser más frío. La rapidez con la que se liberan depende de la estructura y composición interior, las capas de nubes, la convección, etc., y eso puede ser bastante complicado «.

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» En el gigantes gaseosos, puede haber cantidades significativas de lluvia de helio, lo que cambia la cantidad de calor liberado. En el caso de Urano y Neptuno, es posible que tengan diferentes edades o, más probablemente, el evento que puso a Urano de lado puede haber revuelto su estructura interior y / o liberado calor más rápido «, dijo Simon.

Entonces ¿Qué hay de esos vientos? Son innegablemente feroces, y esto puede tener algo que ver con la temperatura.

«Hemos especulado durante mucho tiempo que la frialdad de Neptuno y Urano podría conducir a condiciones casi sin fricción y así permitir vientos más rápidos «, dijo Heidi Hammel, una astrónoma planetaria que ha estudiado ambos planetas extensamente y que formó parte del equipo de imágenes de Neptuno de la Voyager 2.

Con esto quiere decir que no hay montañas, colinas u otras formas en el paisaje neptuniano que ralentizan los vientos. Pero, ¿existe alguna relación entre las tormentas y la fuente de calor interna? «Probablemente», dijo Hammel, «pero también existe un delicado equilibrio entre el calor interno y la luz solar entrante».

Es difícil cuantificar estos efectos debido a las largas escalas de tiempo involucradas. “Un año en Neptuno equivale a 165 años terrestres, por lo que no hemos tenido la oportunidad de estudiar el planeta con herramientas modernas durante gran parte de su ciclo estacional”, dijo Hammel. «Se necesita mucha paciencia, y confianza en las generaciones pasadas y futuras de científicos planetarios, para estudiar las atmósferas de los planetas exteriores».

«Supongo que se suponía que la teoría era la mayor cantidad de energía solar , más energía eólica, pero en la Tierra «sabemos desde hace mucho tiempo que la cantidad de energía que recibe el sol y se convierte en energía cinética en la atmósfera – es decir, viento – es una fracción minúscula», dijo Del Genio.

La Tierra es un motor térmico muy ineficiente y no da mucho por el dinero. Una razón es que tiene una superficie sólida que disipa la energía eólica por fricción, mientras que los gigantes gaseosos no lo hacen. , por lo que esa es una razón por la que todos los planetas gigantes tienen vientos mucho más fuertes que la Tierra.

¿Por qué los vientos de Neptuno son o ¿fuerte?

«Los vientos probablemente se generan más profundamente de lo que la luz solar puede penetrar, por lo que es probable que una combinación de calor interno y rotación los produzca», dijo Simon, planteando la cuestión de por qué los vientos de Urano y Neptuno «no» t coinciden, dado que tienen tasas de rotación similares. «Nos dice que algo es diferente entre ellos: calor parcialmente interno o algo más», dijo Simon.

Los vientos de Urano «pueden soplar hasta 560 mph y Neptuno» de 1,500 mph. «Ambos son extremadamente rápidos y alcanzan velocidades máximas más rápidas que Júpiter», dijo Tollefson. La NASA dice que la Gran Mancha Roja de Júpiter puede volar a 384 mph. Pero él también dice que el calor interno por sí solo no puede explicar las velocidades, dado que Urano no genera calor adicional.

La estructura interior de los planetas – sus masas, tamaños de núcleos y perfiles de densidad radial – es extremadamente importante para comprender la vientos como los vemos. La forma en que se forman los vientos y la profundidad a la que llegan son preguntas que actualmente están siendo respondidas para Júpiter y Saturno gracias a las naves espaciales Juno y Cassini de la NASA. Esto se debe a los datos gravitacionales extremadamente buenos que han obtenido, lo que significa que se pueden hacer buenos modelos para la estructura interior.

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Las simulaciones por computadora sugieren que los vientos de los gigantes de hielo están confinados a profundidades poco profundas en las capas superiores de sus atmósferas. Esto puede sugerir que los vientos rápidos que vemos en Urano y Neptuno se deben al menos en parte a la liberación de calor latente de condensación para materiales como el agua.

Del Genio también cuestiona los datos disponibles.Explica que cuando medimos los vientos en Neptuno, observamos una altitud específica. «Los vientos en otras altitudes pueden ser más lentos o más rápidos», dijo Del Genio. «No lo sabemos porque nunca hemos dejado caer sondas en las atmósferas de la mayoría de los planetas exteriores».

Lo que muestran Neptuno y Urano es que los planetas que se forman en condiciones similares pueden proporcionar dos extremos. Simon dice esto nos ayuda a restringir los modelos de cómo se forman estos planetas y dar pistas sobre la formación general del sistema solar. «También deberían ayudarnos a comprender mejor la circulación más profunda, dado que están tan lejos del sol».

«Se suma a nuestro conocimiento de la física y la química en las atmósferas planetarias y nos ayuda a comprender nuestra propia Tierra a un poco mejor, ya que la física y la química operan de la misma manera ya sea aquí en la Tierra o en el lejano Neptuno «, dijo Hammel.