Neptuno: octavo planeta del Sistema Solar, gigante gaseoso y azul

Historia

Descubrimiento

Se cree que el primer avistamiento posible de Neptuno fue realizado por Galileo, ya que sus dibujos mostraban a Neptuno cerca de Júpiter. Sin embargo, no se atribuye a Galileo el descubrimiento, ya que pensaba que Neptuno era una "estrella fija" en lugar de un planeta. Debido al lento movimiento de Neptuno en el cielo, el pequeño telescopio de Galileo no era lo suficientemente potente como para detectar a Neptuno como planeta.

En 1821, Alexis Bouvard publicó las tablas astronómicas de la órbita de Urano. Observaciones posteriores mostraron que Urano se movía de forma irregular en su órbita, lo que hizo pensar a algunos astrónomos en la existencia de otro gran cuerpo como causa de los movimientos irregulares de Urano. En 1843, John Couch Adams calculó la órbita de un octavo planeta que posiblemente estaría influyendo en la órbita de Urano. Envió sus cálculos a Sir George Airy, el Astrónomo Real, quien pidió a Adams una explicación. Adams empezó a hacer una copia de la respuesta, pero nunca la envió.

En 1846, Urbain Le Verrier, que no trabajaba con Adams, realizó sus propios cálculos, pero tampoco obtuvo mucha atención de los astrónomos franceses. Sin embargo, ese mismo año, John Herschel empezó a apoyar el método matemático y animó a James Challis a buscar el planeta. Después de muchos retrasos, Challis comenzó su búsqueda a regañadientes en julio de 1846. Mientras tanto, Le Verrier había convencido a Johann Gottfried Galle para que buscara el planeta.

Aunque Heinrich d'Arrest todavía era estudiante en el Observatorio de Berlín, sugirió que un mapa del cielo recién dibujado, en la región de la zona predicha por Le Verrier, podría compararse con el cielo actual para buscar el cambio de posición de un planeta, en comparación con una estrella fija. Neptuno fue descubierto esa misma noche del 23 de septiembre de 1846, a menos de 1° (un grado (ángulo) de donde Le Verrier había predicho que estaría, y a unos 10° de la predicción de Adams. Challis descubrió más tarde que había visto el planeta dos veces en agosto, sin reconocerlo debido a su descuido en el trabajo.

Acreditar y nombrar

Tras la difusión de la noticia del descubrimiento de Neptuno, también hubo muchas discusiones entre franceses y británicos sobre quién debía merecer el crédito por el descubrimiento. Más tarde, un acuerdo internacional decidió que tanto Le Verrier como Adams merecían el crédito. Sin embargo, los historiadores revisaron el tema tras el redescubrimiento en 1998 de los "papeles de Neptuno" (documentos históricos del Real Observatorio de Greenwich), que aparentemente habían sido robados y guardados por el astrónomo Olin Eggen durante casi tres décadas y sólo fueron redescubiertos (en su propiedad) poco después de su muerte. Tras revisar los documentos, algunos historiadores piensan ahora que Adams no merece el mismo crédito que Le Verrier.

Poco después de su descubrimiento, Neptuno fue llamado temporalmente "el planeta exterior a Urano" o "el planeta de Le Verrier". La primera sugerencia de nombre provino de Galle. Propuso el nombre de Jano. En Inglaterra, Challis sugirió el nombre de Oceanus. En Francia, Arago sugirió que el nuevo planeta se llamara Leverrier, una sugerencia que fue recibida con mucha oposición fuera de Francia. Los almanaques franceses reintrodujeron rápidamente el nombre de Herschel para Urano y el de Leverrier para el nuevo planeta.

Mientras tanto, por razones distintas y separadas, Adams sugirió cambiar el nombre de Georgia por el de Urano, mientras que Leverrier (a través de la Junta de Longitudes) sugirió Neptuno para el nuevo planeta. Struve apoyó ese nombre el 29 de diciembre de 1846 ante la Academia de Ciencias de San Petersburgo. Pronto Neptuno fue acordado internacionalmente entre muchas personas y fue entonces el nombre oficial para el nuevo planeta. En la mitología romana, Neptuno era el dios del mar, identificado con el dios griego Poseidón.

Estructura

Masa y composición

Con 10,243×10²⁵ kg, la masa de Neptuno sitúa al planeta entre la Tierra y los mayores gigantes gaseosos; Neptuno tiene diecisiete masas terrestres pero sólo 1/18 de la masa de Júpiter. A menudo se considera que Neptuno y Urano forman parte de una subclase de gigantes gaseosos conocida como "gigantes de hielo", dado su menor tamaño y sus grandes diferencias de composición en comparación con Júpiter y Saturno. En la búsqueda de planetas extrasolares, Neptuno se ha utilizado como referencia para determinar el tamaño y la estructura del planeta descubierto. Algunos planetas descubiertos que tienen masas similares a las de Neptuno suelen llamarse "Neptunos", al igual que los astrónomos se refieren a varios "Júpiter" extrasolares.

La atmósfera de Neptuno se compone principalmente de hidrógeno, con una cantidad menor de helio. También se detecta una pequeña cantidad de metano en la atmósfera. Importantes bandas de absorción del metano se producen en longitudes de onda superiores a 600 nm, en la parte roja e infrarroja del espectro. Esta absorción de luz roja por parte del metano atmosférico da a Neptuno su tonalidad azul.

Debido a que Neptuno orbita tan lejos del Sol, recibe muy poco calor con las regiones más altas de la atmósfera a -218 °C (55 K). Sin embargo, a mayor profundidad de las capas de gas, la temperatura aumenta lentamente. Al igual que Urano, se desconoce la fuente de este calentamiento, pero las diferencias son mayores: Neptuno es el planeta más alejado del Sol y, sin embargo, su energía interna es lo suficientemente fuerte como para crear los vientos más rápidos vistos en el Sistema Solar. Se han sugerido varias explicaciones posibles, como el calentamiento radiogénico del núcleo del planeta, la radiación continua hacia el espacio del calor sobrante producido por la materia infalible durante el nacimiento del planeta y las ondas gravitatorias que se producen por encima de la tropopausa.

Se cree que la estructura del interior de Neptuno es muy similar a la del interior de Urano. Es probable que haya un núcleo, que se cree que tiene unas 15 masas terrestres, formado por roca fundida y metal rodeado por una mezcla de roca, agua, amoníaco y metano. Las fuertes presiones mantienen la parte helada de esta mezcla circundante como sólidos, a pesar de las grandes temperaturas cerca del núcleo. La atmósfera, que se extiende entre un 10 y un 20% hacia el centro, es mayoritariamente de hidrógeno y helio a gran altura. En las zonas más bajas de la atmósfera se encuentran más mezclas de metano, amoníaco y agua. Muy lentamente, esta zona más oscura y caliente se mezcla con el interior líquido sobrecalentado. La presión en el centro de Neptuno es millones de veces superior a la de la superficie de la Tierra. La comparación de su velocidad de rotación con su grado de oblación muestra que tiene su masa menos concentrada hacia el centro, a diferencia de Urano.

El tiempo y el campo magnético

Una diferencia entre Neptuno y Urano es el nivel de actividad meteorológica que se ha observado (visto o medido). Cuando la nave Voyager pasó por Urano en 1986, se observó que los vientos en ese planeta eran suaves. Cuando la Voyager pasó por Neptuno en 1989, se observaron potentes fenómenos meteorológicos. El clima de Neptuno tiene sistemas de tormentas extremadamente activos. Su atmósfera tiene las velocidades de viento más altas del sistema solar, que se cree que son impulsadas por el flujo de calor interno. Los vientos regulares en la región ecuatorial tienen velocidades de alrededor de 1.200 km/h, mientras que los vientos en los sistemas de tormentas pueden alcanzar hasta 2.100 km/h, velocidades casi supersónicas.

En 1989, la nave espacial Voyager 2 de la NASA descubrió la Gran Mancha Oscura, un sistema de tormentas ciclónicas del tamaño de Eurasia. La tormenta se parecía a la Gran Mancha Roja de Júpiter. Sin embargo, el 2 de noviembre de 1994, el telescopio espacial Hubble no vio la Gran Mancha Oscura en el planeta. En su lugar, se encontró una nueva tormenta similar a la Gran Mancha Oscura en el hemisferio norte del planeta. Se desconoce la razón por la que la Gran Mancha Oscura ha desaparecido. Una posible teoría es que la transferencia de calor desde el núcleo del planeta alteró el equilibrio atmosférico y los patrones de circulación existentes. La Scooter es otra tormenta, un grupo de nubes blancas más al sur que la Gran Mancha Oscura. Su apodo fue dado cuando se observó por primera vez en los meses previos al encuentro con las Voyager en 1989: se movía más rápido que la Gran Mancha Oscura. Imágenes posteriores mostraron nubes que se movían aún más rápido que Scooter. El Ojo del Mago/Punto Oscuro 2 es otra tormenta ciclónica del sur, la segunda más fuerte vista durante el encuentro de 1989. Originalmente era completamente oscura, pero a medida que la Voyager se acercaba al planeta, se desarrolló un núcleo brillante que se ve en la mayoría de las imágenes de mayor resolución.

A diferencia de otros gigantes gaseosos, la atmósfera de Neptuno muestra la presencia de nubes altas que crean sombras sobre una espesa cubierta de nubes inferior. Aunque la atmósfera de Neptuno es mucho más activa que la de Urano, ambos planetas están formados por los mismos gases y hielos. Urano y Neptuno no son exactamente el mismo tipo de gigantes gaseosos que Júpiter y Saturno, sino que son más bien gigantes de hielo, lo que significa que tienen un núcleo sólido más grande y también están hechos de hielos. Neptuno es muy frío, con temperaturas tan bajas como -224 °C (-372 °F o 49 K) registradas en las cimas de las nubes en 1989.

Neptuno también presenta similitudes con Urano en su magnetosfera, con un campo magnético fuertemente inclinado en comparación con su eje de rotación a 47° y desplazado al menos 0,55 radios (unos 13.500 kilómetros) del centro físico del planeta. Comparando los campos magnéticos de los dos planetas, los científicos creen que el rumbo extremo puede ser característico de los flujos en el interior del planeta y no el resultado del movimiento de rotación lateral de Urano. ^[]

Anillos de Neptuno

Se han descubierto anillos muy pequeños de color azul alrededor del planeta azul, pero no son tan conocidos como los anillos de Saturno. Cuando estos anillos fueron descubiertos por un equipo dirigido por Edward Guinan, originalmente pensaron que los anillos podrían no estar completos. Sin embargo, el Voyager 2 demostró que esto era un error. Los anillos planetarios de Neptuno tienen una extraña disposición "grumosa". Aunque actualmente se desconoce la causa, algunos científicos piensan que puede deberse al contacto gravitatorio con las pequeñas lunas que orbitan cerca de ellos. ^[]

Las pruebas de que los anillos están incompletos comenzaron a mediados de la década de 1980, cuando se descubrió que las ocultaciones estelares rara vez mostraban un "parpadeo" adicional justo antes o después de que el planeta ocultara la estrella. Las imágenes del Voyager 2 en 1989 resolvieron el problema, cuando se descubrió que el sistema de anillos tenía varios anillos débiles. El anillo más lejano, Adams, tiene tres famosos arcos que ahora se llaman Liberté, Egalité y Fraternité (Libertad, Igualdad y Fraternidad).

La existencia de los arcos es muy difícil de entender porque las leyes del movimiento predecirían que los arcos se extenderían en un solo anillo en un tiempo muy corto. Ahora se cree que los efectos gravitatorios de Galatea, una luna situada justo en el interior del anillo, han creado los arcos.

Otros anillos fueron descubiertos por las cámaras de las Voyager. Además del delgado anillo Adams, situado a unos 63.000 km del centro de Neptuno, el anillo Leverrier se encuentra a 53.000 km y el anillo Galle, más ancho y pequeño, a 42.000 km. Una pequeña expansión hacia el exterior del Anillo Leverrier ha sido denominada Lassell; está rodeada en su borde exterior por el Anillo Arago a 57.000 km.

Nuevas observaciones realizadas desde la Tierra y publicadas en 2005 parecen demostrar que los anillos de Neptuno son mucho más inestables de lo que se pensaba. Para ser exactos, parece que el anillo Liberté podría desaparecer rápidamente en menos de 100 años. Las nuevas observaciones parecen confundir nuestra comprensión de los anillos de Neptuno.

Lunas de Neptuno

Neptuno tiene un total de 14 lunas conocidas. Como Neptuno era el dios romano del mar, las lunas del planeta recibieron nombres de dioses o diosas marinas menores. La más grande, y la única con forma de esfera, es Tritón, descubierta por William Lassell sólo 17 días después del descubrimiento de Neptuno. A diferencia de todas las demás lunas planetarias grandes, Tritón tiene una órbita retrógrada, lo que demuestra que la luna fue probablemente capturada, y tal vez fue una vez un objeto del cinturón de Kuiper. Está lo suficientemente cerca de Neptuno como para estar encerrado en una órbita sincrónica, y se está moviendo lentamente hacia Neptuno y un día se desgarrará cuando pase el límite de Roche. Tritón es el objeto más frío que se ha medido en el sistema solar, con temperaturas de -235 °C (38 K, -392 °F). Su diámetro es de 2.700 km, (el 80% de la Luna de la Tierra, Luna), su masa es de 2,15×1022 kg (el 30% de Luna), su diámetro orbital es de 354.800 km (el 90% de Luna) y su período orbital es de 5,877 días (el 20% de Luna).

La segunda luna conocida de Neptuno (por orden de distancia), la extraña luna Nereida, tiene una de las órbitas más inusuales de cualquier satélite del sistema solar.

Entre julio y septiembre de 1989, Voyager 2 descubrió seis nuevas lunas de Neptuno. De ellas, Proteus, de forma abultada, es el mayor objeto conocido que no ha sido moldeado en forma de esfera por su propia gravedad. Aunque es la segunda luna neptuniana más masiva, sólo tiene una cuarta parte de la masa de Tritón. Las cuatro lunas más cercanas a Neptuno, Náyade, Talasa, Despina y Galatea, orbitan lo suficientemente cerca como para estar dentro de los anillos de Neptuno.

La siguiente más lejana, Larissa, fue descubierta originalmente en 1981 cuando había ocultado una estrella. Se le atribuyó el mérito de haber provocado los arcos anulares de Neptuno cuando el Voyager 2 observó a Neptuno en 1989. En 2004 se anunciaron cinco nuevas lunas inusuales descubiertas entre 2002 y 2003. La última luna fue descubierta a partir del examen de las imágenes del telescopio Hubble el 16 de julio de 2013. Tiene sólo 12 millas de diámetro, lo que le permite evadir la detección incluso de la nave espacial Voyager 2.

Observación

Neptuno no puede verse a simple vista, ya que su brillo normal se sitúa entre las magnitudes +7,7 y +8,0, que pueden ser superadas por las lunas galileanas de Júpiter, el planeta enano Ceres y los asteroides 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno y 6 Hebe. Un telescopio o unos prismáticos potentes mostrarán a Neptuno como un pequeño punto azul, de aspecto similar a Urano. El color azul proviene del metano de su atmósfera. Su pequeño tamaño evidente ha dificultado su estudio visual; la mayoría de los datos telescópicos eran bastante limitados hasta la llegada del telescopio espacial Hubble y de los grandes telescopios terrestres con óptica adaptativa.

Con un período orbital (período sideral) de 164,88 años julianos, Neptuno volverá pronto (para ser descubierto) al mismo lugar del cielo donde fue descubierto en 1846. Esto ocurrirá en tres ocasiones diferentes, también con una cuarta en la que estará muy cerca de estar en esa posición. Son el 11 de abril de 2009, cuando estará en movimiento retrógrado; el 17 de julio de 2009, cuando estará en movimiento retrógrado; y el 7 de febrero de 2010, cuando estará en movimiento retrógrado. También estará muy cerca de estar en el mismo punto desde el descubrimiento de 1846 a finales de octubre hasta principios-mediados de noviembre de 2010, cuando Neptuno pasará de movimiento retrógrado a directo en el grado exacto del descubrimiento de Neptuno y luego se detendrá por un momento a lo largo de la eclíptica dentro de 2 minutos de arco en ese punto (el más cercano el 7 de noviembre de 2010). Esta será la última vez durante los próximos 165 años que Neptuno estará en su punto de descubrimiento.

Esto se explica por la idea de retrogradación. Como todos los planetas y asteroides del Sistema Solar más allá de la Tierra, Neptuno pasa por una retrogradación en ciertos momentos de su período sinódico. Además del inicio de la retrogradación, otros eventos dentro del período sinódico incluyen la oposición astronómica, el retorno al movimiento retrógrado y la conjunción con el Sol.

En su órbita alrededor del Sol, Neptuno volvió a su punto original de descubrimiento en agosto de 2011.

Exploración

Actualmente, sólo una nave espacial ha visitado Neptuno. La sonda Voyager 2 de la NASA realizó un rápido sobrevuelo del planeta con su encuentro más cercano el 25 de agosto de 1989, y fue el último planeta que ha sido visitado por al menos una nave espacial.

Uno de los descubrimientos más importantes de la Voyager 2 fue su paso muy cercano por Tritón, donde tomó imágenes de varias partes de la luna. La sonda también descubrió la Gran Mancha Oscura, aunque ya ha desaparecido después de que el telescopio espacial Hubble tomara imágenes de Neptuno en 1994. En un principio se pensó que era una gran nube o un sistema de tormentas ciclónicas, pero más tarde se adivinó que sólo era un agujero en la cubierta de nubes visible.

Neptuno resultó tener los vientos más fuertes de todos los gigantes gaseosos del sistema solar. En las regiones exteriores del sistema solar, donde el Sol brilla más de 1.000 veces más débil que en la Tierra (todavía muy brillante con una magnitud de -21), el último de los cuatro gigantes ocurrió como los científicos esperaban. Se podría pensar que cuanto más lejos esté un planeta del Sol, menos energía y calor habría para crear y hacer funcionar los fortísimos vientos que lo rodean. Los vientos en Júpiter ya eran de cientos de kilómetros por hora. En lugar de ver vientos más lentos, los científicos encontraron vientos más rápidos (más de 1600 km/h) en el más lejano Neptuno.

Una posible hipótesis sobre la causa de la mayor velocidad de los vientos es que, si se produce suficiente energía, se crean turbulencias que ralentizan los vientos (como los de Júpiter). En Neptuno, sin embargo, hay tan poca energía solar que una vez que los vientos se ponen en marcha encuentran muy poca resistencia, y son capaces de mantener velocidades muy altas. En cualquier caso, Neptuno emite más energía de la que recibe del Sol, y la fuente de energía interna de estos vientos sigue siendo indeterminada.

Las imágenes enviadas a la Tierra desde la Voyager 2 en 1989 se convirtieron en la base de un programa nocturno de la PBS llamado Neptune All Night.