Misión al Misterioso Urano

 

El Voyager 2 tomó esta fotografía de Urano en 1986. Crédito: NASA

A principios de este año el Informe Decenal de Ciencia Planetaria (“Planetary Science Decadal Survey”) recomendaba que la NASA considerara el envío de una misión al planeta Urano. Con toda la atención en Marte, Júpiter e incluso el pequeño Plutón, ¿qué tiene de atractivo ir a Urano?

Mucho, dice Mark Hofstadter del Jet Propulsion Laboratory.

“Urano es un tipo de planeta del que sabemos muy poco”, dice. “Hace treinta años pensábamos que Urano y Neptuno eran simplemente versiones más pequeñas de Júpiter y Saturno.”

Ahora sabemos que los planetas exteriores en nuestro vecindario solar no son gigantes de gas llenos de hidrógeno y helio, sino más bien “gigantes de hielo” que contienen una gran mezcla de agua, metano, amoníaco y dióxido de carbono.

Los conteos actuales de exoplanetas sugieren que los gigantes de hielo son más comunes en nuestra galaxia que los gigantes gaseosos más grandes.

“Nos gustaría estudiar los ejemplos locales de este tipo común de planeta”, dice Hofstadter.

Si se tuviera que elegir uno, Urano es probablemente un mejor destino que Neptuno. Desafía los modelos científicos con su rotación única y una estructura interna desconcertante. Por otra parte, es más fácil llegar al planeta número 7 que al planeta número 8.

Hofstadter es uno de los científicos que exploran el potencial de enviar un orbitador a Urano. Una propuesta concreta, llamada “Uranus Pathfinder”, fue considerada recientemente por la Agencia Espacial Europea (ESA).

“Ambos, Europa y América, están convencidos de que se necesita un orbitador más que un vuelo de paso,” dice Chris Arridge del University College London e investigador principal del “Uranus Pathfinder”. “Pero entonces los costos son horriblemente altos”.

La misión “Uranus Pathfinder” llegó lejos en el proceso de selección de la ESA para el próximo turno de misiones de clase media, pero al final no fue aceptada.

“El proyecto no está muerto”, dice Arridge. “Hay un creciente interés en volver a Urano.”

Urano único

El Interior de Urano plantea muchas preguntas a los científicos. Crédito: Chris Arridge/UCL/UP Consortium

Volver, por cierto.

En 1986, la nave espacial Voyager 2 voló a Urano en su camino hacia el borde del sistema solar. Las imágenes que envió a la Tierra mostraron una bola uniforme azul que casi parecía aburrida en comparación con las superficies ricas y coloreadas de Júpiter y Saturno. Pero la fachada sin rasgos distintivos de Urano esconde el interior más extraño del sistema solar.

El primer aspecto notable de Urano es la forma en que está inclinado sobre su costado, con su eje de rotación tendido en el disco del sistema solar. Los científicos especulan que una colisión gigante volcó hace mucho tiempo a Urano.

La extraña orientación de rotación puede tener algún efecto sobre la dinámica interna. Urano es el único planeta que conocemos que no puede describirse con un modelo simple de tres capas conteniendo un núcleo rocoso, un manto rico en agua, y una atmósfera de gas. En el interior de Urano, estas distintas fases de materia deben mezclarse de alguna manera compleja.

El telescopio Keck capturó algunas imágenes del mal tiempo en Urano en 2004, lo que demuestra que el planeta no es simplemente una aburrida bola azul. Crédito: Lawrence Sromovsky, Space Science and Engineering Center

Para entender esta estructura interna, Hofstadter y Arridge y sus colegas quieren enviar un orbitador para mapear el campo gravitacional alrededor de Urano. Además, mediciones remotas en el microondas e infrarrojo pueden completar los detalles de la composición de la atmósfera, al igual que la abundancia de diferentes tipos de hielo.

[Cabe señalar que “hielo” aquí se utiliza para describir moléculas como el agua y el metano que se congelan en la órbita de Urano. Sin embargo, es probable que estos compuestos estén en un estado líquido denso en las bajas profundidades del planeta donde la presión es muy alta.]

Una mejor comprensión de la estructura interna puede ayudar a explicar el extraño campo magnético de Urano, que está inclinado 60 grados con respecto al eje de rotación. Esto sería como tener el polo magnético de la Tierra pasando por Nueva Orleans.

“No es algo que entendamos muy bien”, dice Arridge. “Si somos capaces de estudiarlo más de cerca con mediciones del campo magnético, podemos aprender algo sobre cómo los planetas producen campos magnéticos en general”.

Más frío que el frío

Debido a la extraña orientación rotacional de Urano, los inviernos y los veranos son, literalmente, como el día y la noche. Durante un cuarto de los 84 años de la órbita del planeta, uno de los hemisferios acapara toda la luz solar, mientras que el otro está completamente a oscuras. Así fue como el Voyager 2 vio a Urano, con el hemisferio sur en pleno sol de verano. Y esto podría explicar por qué el planeta se veía tan soso.

Las imágenes más recientes tomadas con telescopios en tierra durante la temporada de otoño del sur han descubierto nubes y grandes tormentas de viento que viajan hasta velocidades de 900 km / h (500 mph).

Urano y sus cinco lunas principales se muestran en este montaje de imágenes tomadas por la nave Voyager 2. Urano aparece como un mundo uniforme azul, similar a la forma en que el ojo lo vería de forma natural; sólo con el procesamiento de imágenes por ordenador aparecen las bandas sutiles en la atmósfera alta del planeta. Las lunas, de mayor a menor, tal como aparecen aquí, son Ariel, Miranda, Titania, Oberón y Umbriel. El Voyager 2 también descubrió 10 lunas más pequeñas y transmitió imágenes del sistema de anillos de Urano durante el encuentro planetario a casi 2 mil millones de millas de la Tierra. Crédito: NASA/JPL

“Urano es más activo de lo que las imágenes del Voyager indicaban”, dice Hofstadter.

La actividad climática de Urano puede tener un origen muy diferente al de los conocidos sistemas meteorológicos de Júpiter y Saturno. Las impresionantes tormentas y nubes que adornan las fachadas de los gigantes de gas son alimentadas principalmente por el calor interno subiendo a la superficie, pero esta fuente de calor está en gran medida ausente en Urano.

Los científicos están intrigados en estudiar esto con más detalle. ¿Podría ser que la extraña estructura interna de Urano esté bloqueando el flujo de calor a la superficie de forma continuada o estacionalmente? ¿O tal vez el calor fue “eliminado” durante la supuesta colisión que volcó el planeta? Una misión podría llegar a esclarecerlo mediante la medición de las variaciones de temperatura en la superficie que se relacionan con el transporte de calor.

La falta de calor desde abajo hace que Urano sea el planeta más frío del sistema solar, con una temperatura media de -224 grados Celsius. (Plutón podría ser más frío, pero no es un planeta – si usted no lo ha oído.)

Irónicamente, la termodinámica en el súper frío Urano podría decirnos algo acerca de “Júpiteres calientes“, que son exoplanetas en órbitas muy apretadas alrededor de su estrella anfitriona. La temperatura exterior de un Júpiter caliente se supone que está controlada por la radiación estelar entrante.

“Del mismo modo, Urano puede estar recibiendo toda su energía de la luz solar”, explica Hofstadter.

¿Qué importa el nombre? Aquello que llamamos luna

El planeta no es lo único a visitar. Los científicos también están interesados en los satélites y anillos alrededor de Urano.

Esta ilustración compara el océano interior de la luna de Júpiter, Europa, a lo que se cree un océano similar de la luna de Urano, Titania. Crédito: Chris Arridge/UCL/UP Consortium

Las 27 lunas conocidas fueron nombradas, no por los dioses y los héroes de la mitología antiguas, sino a partir de personajes de las obras de Shakespeare y los poemas de Alexander Pope.

En 2005, el telescopio espacial Hubble descubrió dos nuevas lunas y dos nuevos anillos alrededor de Urano. Crédito: NASA, ESA, and M. Showalter (SETI Institute)

El Voyager 2 solo vio un lado de estas lunas, ya que todas estaban orientadas como Urano, con sus polos hacia el sol. Una misión daría una imagen mucho más completa de los satélites de Urano.

“La misión Cassini ha revelado mucho acerca de las lunas de Saturno, y creo que algo tan interesante nos espera en Urano”, dice Arridge.

Una de las lunas más intrigantes se llama Miranda. Su superficie está esculpida con cañones que sugieren una actividad geológica intensa. “Parece como si fueran piezas pegadas de diferentes puzles”, dice Hofstadter. La luna también cuenta con el acantilado más alto del sistema solar, Verona Rupes, que tiene una bajada de más de 5 kilómetros.

Los científicos han sugerido que las dos lunas más grandes, Titania y Oberón, podrían tener océanos líquidos bajo su corteza. Solo observaciones más cercanas serían capaces de decirlo con seguridad.

Entremezcladas con las lunas hay 13 anillos estrechos que son tan débiles que sólo se detectaron por accidente en 1977. Los anillos de Urano son distintos de los anillos grandes y brillantes de Saturno, por lo que ofrecen un buen contraste para tratar de entender la física general de la formación de anillos, dice Hofstadter.

“El Modelo de Niza” para la astrobiología

Aunque las posibilidades de que la vida tenga un nicho en algún lugar alrededor de Urano es poco probable, los astrobiólogos están interesados en el papel que Urano y Neptuno podrían haber jugado en la formación de los planetas terrestres.

El llamado “modelo de Niza” (nombrado a partir de la ciudad de Francia donde se discutió por primera vez) dice que el bombardeo intenso tardío pudo haber sido iniciado alrededor de hace 4 mil millones de años por una migración de Urano y Neptuno lejos del sol. Tal cambio planetario podría haber dispersado cometas en el sistema solar exterior, poniendo a algunos de ellos en las trayectorias de colisión con la Tierra y otros planetas terrestres.

Si el bombardeo intenso tardío se originó de esta manera, entonces podría explicar de donde gran parte de nuestra agua y atmósfera pueden haber venido.

“¿ Ayudó la llegada de estos cometas helados a hacer la Tierra habitable?” se pregunta Hofstadter.

Una misión de Urano podría poner a prueba el modelo de Niza llevando una sonda que podría lanzarse a la atmósfera de Urano. La sonda podría medir la abundancia de ciertos gases nobles que puede decir a los científicos a qué distancia del Sol se formó Urano.

Una variedad de objetivos científicos fueron considerados para el proyecto de la misión “Uranus Pathfinder”. Crédito: Chris Arridge/UCL/UP Consortium

Si estos datos dijeran que Urano nació en una posición más cercana al Sol que la actual, eso apoyaría una migración anterior. También ayudaría a explicar por qué Urano y Neptuno son más grandes de lo que algunos modelos planetarios predicen.

Hacia dónde

Una visión de Urano por el Voyager 2, cuando la nave dejó el planeta por detrás y se dirigió a Neptuno. Incluso con este ángulo extremo, Urano mantiene su pálido color verde-azul visto por los astrónomos en tierra y registrado por el Voyager durante su encuentro histórico. Este color es el resultado de la presencia de metano en la atmósfera de Urano; el gas absorbe las longitudes de onda roja, dejando el tono predominante que se ve aquí. Crédito de la imagen: NASA

El mejor momento para lanzar una misión a Urano sería en algún momento de la década de 2020, cuando la alineación planeta sería ideal para un viaje tan largo. Dependiendo de la tecnología de propulsión elegida, el viaje tomaría aproximadamente de 10 a 15 años.

Aunque la mayor parte de la tecnología existe, Arridge dice que hay dudas acerca de cómo suministrar energía eléctrica a la nave cuando está a 3 mil millones de kilómetros del Sol. Se necesitarían paneles solares muy pesados, de 400 metros cuadrados de tamaño. La energía radioactiva es la alternativa, pero el plutonio es cada vez más difícil de conseguir.

Un problema mayor es el costo. El cálculo aproximado para una misión a Urano es de entre 1,500 y 2,700 millones de dólares, según Hofstadter, autor principal del estudio sobre la misión. Este precio se sitúa en el rango de una misión de buque insignia, las misiones más grandes y más caras de la NASA.

En marzo de 2011, el Consejo Nacional de Investigaciones (“National Research Council”) dio a conocer su visión para la Ciencia Planetaria en la próxima década de 2013 hasta 2022. Este informe decenal clasificó las prioridades para las misiones de buque insignia y le dio los dos primeros lugares a una misión de retorno de muestras de Marte (MAX-C) y al Jupiter Europa Orbiter (JEO). Para el tercer puesto eligieron el “Orbitador de Urano con sonda”.

Al final de este pasado mes de julio, la NASA respondió a las recomendaciones del informe decenal. Hubo acuerdo sobre la prioridad de las misiones de buque insignia, pero debido a los problemas económicos, “es poco probable que la NASA pueda ejecutar la recomendación del informe de iniciar la misión del Orbitador de Urano con sonda, junto con MAX-C y JEO en esta década”, citando la respuesta oficial. La NASA continuará estudiando una misión a Urano en el futuro.

Se habla de tal vez una colaboración entre la NASA y la ESA para sumar recursos, dice Hofstadter. Si es no esta década, tal vez sea la próxima. Urano va a esperar, aunque los científicos tienen problemas para hacerlo.

“Tengo 48 años de edad, por lo que el reloj no se detiene”, dice Hofstadter.

This story was originally published in English.

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