Características físicas y composición interna         

 

Urano tiene una masa de 86,816 x 1024 kg. Comparada con la Tierra (5,9726 x 1024 Kg) su masa es 14,536 veces la de nuestro planeta. Con un volumen de 6.833 x 1010 km3, equivale a 63,03 veces el volumen de la Tierra (108,321 x 1010 km3).

 

En lo que respecta al tamaño, el radio ecuatorial de Urano es 25.559 km (4,007 veces el de la Tierra) mientras que su radio polar es 24.973 km (3,929 veces el de la Tierra). La elipticidad del limbo planetario, el grado de achatamiento de su figura, es 0,02293, unas 6,84 veces el de la Tierra (0,00335).

 

La densidad media del planeta es 1,271 g/cm3, un poco mayor que el agua, haciendo que Urano sea el segundo planeta menos denso del Sistema Solar, después de Saturno. Esto es 0,23046 veces la de la Tierra (5,514 g/cm3). El valor de la densidad de Urano hace inferir a los astrónomos que el planeta está constituido fundamentalmente de hielos de agua, amoniaco y metano.

 

La aceleración de su gravedad hacia la superficie (considerando la superficie la existente a la presión de 1 bar) es 8,87 m/s2, 0,905 veces la de la Tierra (9,8 m/s2).

 

La velocidad de escape es 21,3 km/s, casi el doble que la Tierra (11,19 km/s).

 

La masa total de hielo en el interior de Urano no es conocida de manera precisa, debido a que esta cantidad fluctúa dependiendo del modelo escogido; esta cantidad debe estar entre 9,3 y 13,5 veces la masa de la Tierra. El hidrógeno y helio constituyen sólo una parte pequeña del total, con entre el 0,5 y 1,5 veces la masa de la Tierra. El resto de la masa que no es hielo (0,5 a 3,7 veces la de la Tierra) se considera material rocoso.

 

El modelo estándar de la estructura de Urano es que consiste en tres capas: un núcleo rocoso en el centro constituido de silicatos, hierro y níquel, un manto helado en el medio y una envoltura gaseosa exterior constituida de hidrógeno y helio. El núcleo es relativamente pequeño, con un radio de 3.140 km (un 24% del diámetro del planeta), y una masa de sólo 0,55 veces la de la Tierra; el manto comprende su volumen sustancial, con alrededor de 13,4 veces el de la Tierra y un radio de 14.350 km, el 56% del planeta. La atmósfera interior se extiendo por unos 7.170 km y la atmósfera superior, con apenas 0,5 Tierras, extendiéndose unos 900 km de profundidad.

 

La densidad del núcleo de Urano está alrededor de 9 g/cm3, con una presión en el centro de 8 millones de bars (unos 800 GPa) y una temperatura de aproximadamente 5.000 K. El manto de hielo no está compuesto de hielo en el sentido convencional, sino que consiste en un fluido denso y caliente compuesto de agua, amoníaco y otros volátiles. Este fluido, que posee una alta conductividad eléctrica, es algunas veces llamado un océano de agua-amoníaco.

 

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La presión extrema y la temperatura en lo profundo de Urano pueden romper las moléculas de metano, con los átomos de carbono condensándose en cristales de diamante haciendo que llueva a través del manto como las piedras de granizo. Los experimentos de muy alta presión realizados en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de Estados Unidos sugieren que la base del manto puede comprender un océano de diamante líquido, con sólidos flotantes como diamantebergs (en lugar de icebergs). Científicos también creen que las lluvias de diamantes sólidos ocurren en Urano, así como en Júpiter, Saturno, y Neptuno.

 

A gran escala, las composiciones de Urano y Neptuno son diferentes a las de Júpiter y Saturno, ya en los primeros, el hielo domina por encima de los gases, lo que ha conducido a los científicos planetarios a clasificarlos de manera separada como gigantes de hielo. En este sentido, los geofísicos teorizan que en Urano puede haber una capa de agua iónica dónde las moléculas de agua se deforman en una sopa de hidrógeno y los iones de oxígeno, y más abajo en las profundidades, agua superiónica, en donde el oxígeno cristaliza pero los iones de hidrógeno se mueven libremente dentro de la celosía del oxígeno.

 

Aunque el modelo considerado anteriormente es razonablemente estándar, no es el único; otros modelos también satisfacen las observaciones. Por ejemplo, si cantidades sustanciales de hidrógeno y material rocoso son mezcladas en el manto de hielo, la masa total de hielo en el interior será más bajo, y, correspondientemente, la masa total de piedras e hidrógeno será mayor. Los datos disponibles en la actualidad no permiten una determinación científica de qué modelo es correcto.

 

La estructura interior de fluidos en Urano hace que no tenga una superficie sólida. La atmósfera gaseosa gradualmente se convierte en las capas líquidas interiores. De aquí que, por conveniencia, para la determinación del tamaño del planeta, los científicos consideraron un esferoide ovalado en rotación y consideraron la "superficie" el punto en donde la presión atmosférica iguala a 1 bar (100 kPa). Bajo esta premisa, Urano tiene 25.559 ± 4 km de radio ecuatorial y 24.973 ± 20 km de radio polar.

 

El calor interior. 

El calor interior de Urano es notablemente menor que el de los otros planetas gigantes; en términos astronómicos, tiene un flujo térmico bajo. Por qué la temperatura interior de Urano es tan baja todavía no se entiende. Neptuno que es el gemelo más cercano a Urano en tamaño y composición, radia al espacio 2,61 veces más energía de la que recibe del Sol, pero Urano apenas radia un exceso de calor. La potencia total radiada por Urano en el infrarrojo lejano (es decir el calor) es 1,06 ± 0,08 veces la energía solar absorbida por su atmósfera. El flujo de calor de Urano es sólo 0,042 ± 0,047 W/m2 (Vatios sobre metros cuadrados), más bajo que el flujo de calor interior de la Tierra (que es aproximadamente 0,075 W/m2). La temperatura más baja registrada en la tropopausa de Urano es 49 K (-224,2 °C; -371,5 °F), haciéndolo el planeta más frío en el Sistema solar. 

 

Una de las hipótesis para esta diferencia sugiere que cuando Urano fue golpeado por un impactador supermasivo, causó la expulsión de la mayoría de su calor primordial, deflectando la temperatura del núcleo. Esta hipótesis de impacto también es usada para  explicar la inclinación axial del planeta. Otra hipótesis es que alguna forma de barrera existe en las capas superiores de Urano que impiden al calor del centro alcance la superficie. Por ejemplo, la convección puede tener lugar en una región de múltiples capas de composición diferente que pueden inhibir el transporte de calor ascendente; quizás la convección difusiva doble es un factor limitante.

 

Los dos planetas gigantes más externos del Sistema Solar tienen masas similares, pero también poseen diferencias notables. Investigadores de la Universidad de Zurich han encontrado una explicación para este misterio sin resolver de larga data: dos impactos gigantes diferentes podrían haber tenido efectos completamente separados.

 

Los investigadores exploraron múltiples tipos de colisión y al final concluyeron que un objeto con una masa equivalente entre 1 a 3 masas terrestres podrían explicar las diferencias. Un impacto hacia el borde en Urano, haría bascular al planeta sin afectar el interior del planeta. En cambio, un impacto frontal en Neptuno afectaría el interior del planeta, sin producir grandes cantidades de desechos en órbita.  

 

Los principales satélites de  Urano están en órbitas regulares e inclinadas con el planeta, lo que sugiere que se formaron a partir de un disco, similar a la Luna de la Tierra. En cambio, Tritón, el satélite más grande de Neptuno, está muy inclinado y, por lo tanto, es muy probable que sea un objeto capturado.