Atmósfera de Neptuno         

Por Jesús A. Guerrero Ordáz.

Asociación Larense de Astronomía, ALDA.

 

       

Al igual que el planeta Urano, Neptuno tiene una apariencia azulada debido a las trazas de metano que contiene su atmósfera. Esto hace que la atmósfera absorba las longitudes de onda cercanas al rojo y refleje (o emita) las cercanas al azul.

 

 

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Neptuno.

 

        Sin embargo, la coloración azul más intensa de Neptuno, continua siendo un misterio para los científicos y en líneas generales se acepta que la misma se debe a la presencia de componentes, todavía desconocidos para nosotros.

 

 

La atmósfera está compuesta, fundamentalmente, por hidrógeno (h2) 79%, helio (he) 18%, metano (CH4) 1,5%, y trazas de deuterio de hidrógeno (HD) 0,019%, etano (C2H6) 0,00015%, hielo de amoniaco (NH3), agua (H2O) e hidrosulfuro de amoniaco (NH4SH).

 

 

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La atmósfera de Neptuno es el hogar de los vientos más veloces en el Sistema Solar. En ella se desarrollan vientos huracanados que alcanzan los 2.088 Km/h (580 m/s). El 25 de agosto de 1989, con el arribo de la sonda espacial Voyager 2, se descubrió una gran tormenta de figura ovalada y con vientos en contraposición a su entorno – similar a la Gran Mancha Roja (GMR) de Júpiter – que los astrónomos denominaron la Gran Mancha Negra. Mientras la GMR de Júpiter tiene un tamaño equivalente a tres veces el de la Tierra, la GMN (GMN) de Neptuno posee un tamaño similar al de nuestro planeta. Mediciones realizadas por los astrónomos aprovechando las imágenes tomadas por la sonda Voyager han permitido determinar que este sistema posee vientos que alcanzan los 1.120 Km/h, produciendo una rotación de 10 días. Indagaciones en estudios telescópicos han encontrado que una anomalía en la figura del disco de Neptuno fue reportada por T. J. See en 1899 y C. F. Capen en 1974. Inicialmente se pensó que esta anomalía observada en la alta atmósfera del planeta era la misma tormenta, pero ahora se sabe que estos huracanes aparecen y desaparecen en un lapso de unos dos años.

 

 

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Velocidad y dirección de los vientos.

Crédito: NASA/JPL.

 

Sin embargo, el comportamiento de la Gran Mancha Negra es más dinámico que el de la Gran Mancha Roja de Júpiter. Situada en los 20° de latitud Sur planetográfica, desde su detección las observaciones con el Telescopio Espacial Hubble han permitido precisar que la misma ha modificado su apariencia y prácticamente se ha desvanecido. A este fenómeno se agrega el hecho que han aparecido otras manchas similares - más pequeñas - en otras latitudes del planeta. Estos “huracanes” ovalados de figura irregular y muy variable, cuyo vórtice gira en sentido contrario a los vientos que se desplazan en su entorno han aparecido en el hemisferio Norte y hasta los 55° Sur de latitud planetográfica.

 

Durante el sobrevuelo de la sonda espacial Voyager 2 al planeta (1989) se descubrieron dos vórtices oscuros. Desde 1993, el Telescopio Espacial Hubble ha descubierto cuatro nuevas manchas oscuras en Neptuno.

 

La NASA (Centro Goddard de Vuelos Espaciales) y la Universidad de Berkeley dirigen un programa de observación rutinaria de las atmósferas de los planetas gigantes del Sistema Solar. El Legado de Atmósferas Externas de los Planetas (OPAL) detectó en los meses de septiembre y noviembre de 2018, una nueva tormenta oscura en el hemisferio Sur del planeta. La misma se realizó haciendo uso de la Cámara de Amplio Campo 3 del Telescopio Espacial Hubble, HST. Los investigadores Amy Simon (NASA) y Andrew Hsu (Berkeley) concluyeron que estas tormentas pueden surgir cada 4 - 6 años y una vez desarrolladas, pueden durar hasta dos años en evolución, para después desaparecer.

 

Tormenta oscura detectada en Neptuno en noviembre de 2018. HST.   

 

Neptuno, al igual que Júpiter y Saturno, posee una temperatura mayor a la predicha mediante el equilibrio térmico del planeta. Los astrónomos han sugerido que la explicación de este fenómeno puede deberse a un tipo de efecto invernadero producido por la absorción del metano, que atrapa la radiación infrarroja por debajo de las nubes. Sin embargo, la mayoría de los científicos sostienen que una fuente de calor interna es la responsable de esta temperatura. La hipótesis que plantea que la temperatura del planeta se debe a la contracción, que convierte la energía potencial de la materia en cinética, a medida que se precipita hacia adentro de sí mismo, no es factible, ya que los planetas gigantes poseen mantos líquidos capaces de resistir los procesos de contracción producidos por la gravedad.

 

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Perfil térmico de la atmósfera de Neptuno.

Crédito: NSF Universidad de California.

 

La atmósfera se encuentra estratificada en cuatro grandes zonas: la Troposfera, la Estratosfera, la Termosfera y la Exosfera.

 

La Troposfera se encuentra dispuesta en bandas. En la banda superior – con presiones inferiores a 1 bar (en la Tierra, la presión atmosférica aproximadamente igual a 1 bar) – la temperatura es adecuada para permitir la condensación del metano (CH4) en nubes. Hacia el interior, con presiones entre 1 – 5 bar se fomenta la formación de nubes de amoniaco (NH3) y sulfuro de hidrógeno (H2S). A medida que se desciende hacia el interior del planeta, con presiones superiores a los 5 bar, se forman las nubes de amoniaco (NH3), sulfuro de amonio - (NH4)2S, sulfuro de hidrógeno (H2S) y agua (H2O). La atmósfera profunda, con presiones superiores a los 50 bar, la presencia de agua y amoniaco sólo pueden ser explicadas.

 

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Nubes a gran altura en Neptuno. Estos cirros proyectan sombras

Sobre las capas inferiores de la atmósfera.

Crédito: NASA/ JPL-CalTech.

 

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Perfil (resumido) de la atmósfera de Neptuno.

Crédito: NSF Universidad de California/ Jesús Guerrero.

 

Análisis espectrales revelan que las capas interiores de la Estratosfera son de naturaleza turbia. Los astrónomos razonan que este comportamiento puede deberse a un proceso de fotólisis debido a la interacción del metano con la radiación ultravioleta (UV). Esto hace que el mismo se descomponga en etano y acetileno (C2H2). La existencia de monóxido de carbono (CO) y cianuro de hidrógeno (HCN) en la Estratosfera hace que la misma sea más caliente que la de Urano.

 

 

La temperatura de Termosfera de Neptuno es alta, del orden de los 750 K. Este valor no puede ser explicado por la absorción de la radiación ultravioleta del Sol debido a la distancia a la que se encuentra Neptuno. Los científicos no se han puesto de acuerdo al respecto pero existen hipótesis que sostienen que esta temperatura puede generarse debido a la interacción de capas atmosféricas con iones del campo magnético de Neptuno. Mediciones recientes han encontrado trazas de agua y dióxido de carbono lo que sólo puede ser explicado a un mecanismo de depósito producido por meteoritos.

  

 

La Magnetosfera de Neptuno se genera por el efecto de dinamo producido por los flujos internos de naturaleza convectiva de capas – posiblemente líquidas – de amoniaco, metano y agua, las cuales son conductores de la electricidad. Se extiende unas 35 veces el radio del planeta formando una magnetopausa a una distancia de 26 radios planetarios. La cola de plasma de la magnetosfera puede llegar a extenderse por unos 72 radios de Neptuno.

 

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Representación de la magnetosfera de Neptuno.

Crédito: Universidad de Colorado.

 

 

En la gráfica arriba se muestra la figura de la magnetosfera de Neptuno. Debido a la interacción con el viento solar, la misma asume la figura de “lágrima” ya característica en sus representaciones. En dirección al Sol se encuentra la onda de choque – representada en color morado - producida por la contraposición de la magnetosfera con el viento solar. Entre la onda de choque y el planeta se encuentra la magnetopausa, la región en donde no hay predominancia de ninguno de los dos factores que interactúan. Posteriormente se encuentra la magnetosfera en sí misma – representada en color verde – y finalmente, en color amarillo, las líneas de fuerza del campo magnético de Neptuno.

 

 

La “hoja de plasma” es una región en donde el campo magnético es relativamente débil. En la figura se encuentra representado como una mancha de color azul. Esta región es particularmente importante ya que en ella se producen los fenómenos de reconexión magnética del planeta. Los mismos pueden ocurrir a una distancia de 9 radios planetarios – el cercano – y otro muy lejano a unos 100 radios. La hoja de plasma es una región compuesta de por plasma denso que se encuentra en el centro de la cola magnética del planeta. Usualmente posee un espesor entre 4 – 8 veces el radio del planeta.

 

 

El límite externo de la plasmaesfera, conocido con el nombre de plasmapausa es de figura muy aguda y su extensión depende de la actividad solar.