Urano y Neptuno
Con Saturno acaba la lista de todos los astros del Sistema Solar conocidos por la Humanidad durante milenios, desde la más remota antigüedad. Pero esto cambió con la invención del telescopio. Además de los satélites de Júpiter y Saturno descubiertos por Galileo y otros astrónomos, resultó que aún quedaban planetas desconocidos en sistema solar. Y no pequeños, si no dos gigantes gaseosos que, si bien menores que Saturno, eran varias veces más grandes que la Tierra, pero que dada la gran distancia que los separa de nosotros son invisibles a simple vista. Nos referimos a Urano y Neptuno1.
URANO
DESCUBRIMIENTO
En marzo de 1781, el astrónomo alemán William Herschel realizó mediciones de las posiciones de las estrellas y, en la constelación de Géminis, se encontró mirando a un objeto que no era un punto de luz, sino que en vez de ello presentaba un pequeño disco. Al principio dio por supuesto que se trataba de un cometa distante, puesto que los cometas eran los únicos objetos, aparte de los planetas, que se mostraban en forma de disco bajo la observación telescópica. Además se movía contra el fondo de estrellas más lentamente que Saturno e incluso estaba más alejado. Observándolo noche tras noche, Herschel llegó a la conclusión de que había descubierto el séptimo planeta del Sistema Solar2.
Herschel bautizó al planeta con el curioso nombre de Georgium Sidus («Planeta Jorge»), en homenaje al rey Jorge III de Inglaterra. El «Planeta Jorge» siguió llamándose así hasta bien entrado el siglo XIX, a pesar de la oposición del astrónomo Johan Bode, que insistía en que Herschel debía continuar con la tradición mitológica. Si los nombres de los planetas contiguos eran Marte, Júpiter y Saturno, el recién llegado debía bautizarse Urano. Bode justificaba su punto de vista en que se debía continuar la secuencia genealógica: nieto, padre, abuelo. El bisabuelo (padre de Saturno) era Urano, que adecuadamente personificaba al cielo estrellado.
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA
Urano es, al igual que Júpiter y Saturno, un gigante gaseoso compuesto principalmente por hidrógeno y helio. Sin embargo contiene también cantidades considerables de elementos más pesados, como oxígeno, nitrógeno, carbono, hierro y silicio.
Tiene un núcleo rocoso relativamente pequeño, rodeado de un manto de metano, amoniaco y agua que supone la mayor parte de la masa del planeta y rodeándolo todo una atmósfera de hidrógeno y helio. La superficie gaseosa de Urano es la más fría de los planetas del Sistema Solar, de entre -210ºC y casi -220ºC, y la que menos rasgos distintivos tiene, presentando un aspecto muy uniforme de bola de color azul verdoso.
El rasgo más singular de Urano es su eje de rotación. El eje está inclinado 98º respecto a la vertical, y gira alrededor del Sol tumbado hacia un lado. Como el planeta tarda 84 años en completar su órbita, los polos están 42 años expuestos al Sol y otros 42 años en la oscuridad. A la distancia de Urano al Sol, esto significa una escasa diferencia. 
No obstante, si la Tierra girase de esta forma, las estaciones serían tan extremadas que es dudoso que la vida hubiera llegado a desarrollarse alguna vez en nuestro planeta3. Una consecuencia de la orientación del eje es que las regiones polares reciben durante el transcurso del año más energía solar que las regiones ecuatoriales, sin embargo, la temperatura de Urano es más elevada en su ecuador que en sus polos. El mecanismo que causa esta circunstancia es aún desconocido. Tampoco se sabe por qué el planeta está tan inclinado, aunque se especula que en los inicios de su formación recibiera el impacto de un gran objeto que le ocasionara el vuelco del eje. Otra posibilidad es que las perturbaciones gravitatorias ejercidas por los otros planetas gigantes del sistema solar lo hayan forzado a inclinarse de esta manera.
ANILLOS
Los astrónomos calcularon que el 10 de marzo de 1977 se produciría la ocultación de una estrella por parte de Urano. La ocultación consiste en el paso de un planeta por delante de una determinada estrella, y hay un periodo de tiempo, poco antes de que la estrella quede oscurecida, en el que su luz atraviesa la atmósfera superior del planeta. Esto puede proporcionar abundante información sobre la composición y características de dicha atmósfera, y los astrónomos se prepararon para estudiar detenidamente el fenómeno.
Antes de que Urano alcanzase la estrella, la luz de ésta se debilitó de repente durante unos segundos, y luego se iluminó de nuevo. Mientras Urano continuaba aproximándose, ocurrieron cuatro breves períodos de atenuación de la luz. Cuando la estrella emergió por el otro lado, se produjeron los mismos episodios de apagamiento, aunque en orden inverso. La única forma de explicar este fenómeno era suponer que existían unos tenues anillos de material en torno a Urano; anillos no visibles desde la Tierra por demasiado tenues y oscuros.
Actualmente se conocen trece anillos. Todos los anillos (menos dos) son extremadamente estrechos, teniendo algunos anillos tan sólo unos cuantos kilómetros de anchura. El origen más aceptado es que son restos de un satélite que fue destrozado por impactos con otros objetos.
SATÉLITES DE URANO
Urano tiene 27 satélites conocidos y. Los más importantes son Titania, Oberón, Umbriel, Ariel y Miranda. Estas son las llamadas «lunas clásicas» y eran las únicas conocidas antes de la era espacial (Titania y Oberón ya fueron descubiertos por Herschel). Los nombres de los satélites de Urano proceden de los personajes de las obras de William Shakespeare y Alexander Pope.
El mayor de los satélites es Titania. Se piensa que Titania se formó a partir de un disco de acreción de gas y polvo que existió alrededor de Urano durante un tiempo después de su formación o que fue creado a partir de un impacto gigantesco sobre Urano que probablemente además fue el causante de la gran inclinación de su eje. El interior de Titania puede dividirse en un núcleo rocoso rodeado por un manto helado y existe la hipótesis de la existencia de un océano líquido de amoniaco –que actuaría como anticongelante- y agua en el límite entre ambos.
Miranda, aunque mide menos de 500 km. de diámetro, posee una “torturada” superficie con barrancos diez veces más profundos que el Cañón del Colorado. Se cree que fue despedazado por un enorme impacto, y que luego se recompuso.
La superficie de Ariel presenta pruebas de tectónica global con estrechos valles y cañones de hasta 30 km. de profundidad. Su formación puede deberse a que Ariel se enfrió desde fuera hacia dentro. El agua se congeló en su interior, aumentó su tamaño y la superficie entera del satélite tuvo que dilatarse, causando en la superficie una red de fallas de expansión.
NEPTUNO
DESCUBRIMIENTO
Al estudiar en detalle el movimiento de Urano, los astrónomos se percataron que no se ajustaba exactamente a lo esperado, y que debía existir alguna fuerza que lo perturbaba y lo apartaba de la órbita correcta. Varios astrónomos insinuaron que podría tratarse de la fuerza gravitatoria de otro planeta desconocido. Hacia finales de la década de 1830, pensaron que los datos reunidos les permitirían calcular la posición aproximada del planeta fantasma. Dos hombres pusieron manos a la obra de manera independiente. Uno de ellos era John Adams, inglés; el otro Jean Joseph Le Verrier, francés.
En septiembre de 1845, Adams había hallado la posición teórica de hipotético planeta, y con esos datos en las manos solicitó al director del observatorio de Greenwich un programa de investigación. Lamentablemente, el director de hallaba ausente en dos de las ocasiones en que Adams lo visitó. Adams era entonces un estudiante de matemáticas de 25 años en la universidad de Cambridge. En su tercer intento, el mayordomo prohibió que un simple licenciado interrumpiera la cena del famoso sabio.
Mientras tanto en Francia, Le Verrier se veía igualmente obstaculizado por una situación ridícula. Aunque también poseía datos correctos, no logró convencer a ningún director de observatorio prestigioso para que le permitiera llevar a cabo la confirmación telescópica. Frustrado, Le Verrier escribió a Johan Galle, colega del observatorio de Berlín. Galle recibió la carta el 23 de septiembre de 1846 y, esa misma noche, convenció al director del observatorio para que le permitiera usar el telescopio. Cuando Galle dirigió el instrumento a la posición calculada por Le Verrier, divisó un objeto brillante que no figuraba en los mapas estelares. El octavo planeta había sido encontrado a un grado de distancia del lugar previsto por Le Verrier a quien se suele atribuir el mérito del descubrimiento y que intentó que se diera su nombre al planeta. Pero nuevamente se impuso un nombre mitológico: Neptuno, el dios del mar, a causa de su color azulado.
Es importante remarcar que Neptuno no fue descubierto por una observación, si no que primero lo fue sobre el papel, de forma empírica basada en las leyes de Kepler y Newton, lo que es un una extraordinaria demostración de la validez de las leyes físicas y de la potencia de las matemáticas para hacer predicciones sobre el mundo real.
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA INTERNA
Neptuno es el gemelo de Urano, tanto en su composición como en su tamaño, sólo ligeramente inferior, aunque dada su mayor densidad, también su masa es algo superior a la de Urano.
La estructura interna de Neptuno se parece a la de Urano: un núcleo rocoso cubierto por una costra helada, oculto bajo una atmósfera gruesa y espesa de hidrógeno, helio y gas metano. Neptuno está mucho más lejos del Sol que Urano, sin embargo su temperatura superficial es prácticamente la misma por lo que debe tener una fuente interna de calor, seguramente remanente de la contracción en su formación a partir de la nube de gas y polvo original. Otra de las teorías apunta a que en las profundidades de Neptuno se dan las condiciones idóneas para que los átomos de carbono se combinen en cristales, liberando calor en el proceso. Esta hipótesis plantea pues la posibilidad de que en Neptuno lluevan literalmente los diamantes.
También tiene una superficie con más rasgos visibles que Urano. Destaca la Gran Mancha Oscura, un huracán similar a la Gran Mancha Roja de Júpiter, pero con vientos supersónicos de más de 2.000 km/h, los más violentos del Sistema Solar. En la Tierra la energía de los vientos procede del Sol; en Neptuno, dada su lejanía, debe tener otro origen, seguramente el mismo que iguala su temperatura superficial a la de Urano, aunque el proceso aún no se comprende totalmente.
ANILLOS
La sonda Voyager 2 descubrió que Neptuno tiene cuatro anillos, dos de ellos estrechos y dos anchos, formados por un material sumamente oscuro que refleja muy poca de la luz que reciben, haciendo por tanto su detección desde la Tierra.
El anillo más externo contiene cinco prominentes arcos, llamados Coraje, Libertad, Igualdad 1, Igualdad 2 y Fraternidad. Estos arcos podrían formarse por la influencia gravitacional de Galatea, uno de los satélites de Neptuno. Las últimas observaciones realizadas desde la Tierra evidencian que los anillos de Neptuno son mucho más inestables de lo que se creía, algunas partes se han deteriorado dramáticamente. Todos los arcos parecen haber sufrido una desintegración, mientras que uno en especial, llamado Libertad, se ha desvanecido considerablemente desde las observaciones de la Voyager. Si esta tendencia continua, Libertad habrá desaparecido dentro de 100 años.
Ha quedado comprobado pues que todos los gigantes gaseosos del Sistema Solar tienen anillos, por lo que el caso de Saturno que se consideraba al principio una singularidad extraña, ha resultado ser la norma habitual.
SATÉLITES DE NEPTUNO
Neptuno tiene 14 satélites conocidos, la mayoría pequeños e irregulares. El mayor de todos es Tritón, y tiene unas características peculiares que merecen que detallemos.
TRITÓN
El mayor satélite de Neptuno, representa por sí sólo más del 99% del total de masas de todos los satélites de Neptuno y es, además, el séptimo mayor satélite del Sistema Solar. Su órbita es retrógrada –caso único entre las grandes lunas del Sistema Solar- y tiene un tamaño y aspecto parecido a Plutón, por lo que puede que sea un objeto del Cinturón de Kuiper que fue capturado por la gravedad de Neptuno. Tiene una débil atmósfera de nitrógeno y metano con una temperatura superficial de -235ºC, la más baja medida en un astro del Sistema Solar, más aún que la de Plutón que está más alejado del Sol. Existe una hipótesis que considera la posibilidad de la existencia de un océano de nitrógeno líquido con icebergs de metano sólido flotantes.
La Voyager 2 detectó lo que parecían unos géiseres de nitrógeno líquido y 8 km de altura, lo que indica que Tritón es geológicamente activo, pese a que se suponía que los objetos helados no pueden serlo. Sea como sea, el caso es que Tritón es uno de los escasos objetos del Sistema Solar con vulcanismo. Esta actividad geológica ocasiona que tenga una superficie reciente y con pocos cráteres, una parte de la cual presenta un curioso aspecto denominado de “cáscara de melón” cuyo origen se desconoce.
El análisis matemático de la órbita de Tritón muestra que la luna disminuye de velocidad y se está acercando peligrosamente hacía el campo gravitatorio de Neptuno. Los científicos opinas que dentro de muy poco, tal vez en un plazo tan corto como entre 10 y 100 millones de años, la luna se romperá como consecuencia de las cada vez más intensas fuerzas de marea. Cuando esto suceda, los fragmentos pueden dar origen a un nuevo anillo.
NEREIDA
Junto Tritón, son los únicos satélites de Neptuno conocidos antes de la llegada de la Voyager. A parte de eso, tiene la peculiaridad de ser el satélite con la órbita más excéntrica del Sistema Solar: su distancia a Neptuno varía entre 1.353.600 y 9.623.700 kilómetros.
[1] En realidad Urano está dentro del límite de perceptibilidad a simple vista, pero el observador ha de ser alguien con una vista realmente excepcional y en unas condiciones de visibilidad muy favorables. Aun así parece solo como una estrella de brillo sumamente débil.
[2] Entre Galileo y Herschel fueron varios los astrónomos que observaron a Urano con telescopio y anotaron sus observaciones, pero ninguno antes supo identificarlo como lo que era: un nuevo planeta.
[3] Igualmente, si estamos próximos a una estufa o chimenea encendida, notaremos una gran diferencia de temperatura entre la parte de nuestro cuerpo enfrentada al calor y la que le da la espalda. Pero si nos alejamos varios metros, prácticamente no notaremos el contraste de temperaturas.