Descubierta una aurora infrarroja en Urano

Datos del artículo científico del que hablaremos en este astrobito: Título: Detection of the infrared aurora at Uranus with Keck-NIRSPEC. Autoría: Emma M. Thomas, Henrik Melin, Tom S. Stallard, Mohammad N. Chowdhury, Ruoyan Wang, Katie Knowles, Steve Miller. Institución de la primera autora: School of Physics and Astronomy, Universidad de Leicester, Reino Unido. Estado: publicado en “Nature Astronomy”, acceso abierto en arXiv.

Las auroras son un llamativo fenómeno luminoso que puede observarse normalmente en el cielo de zonas próximas a los polos terrestres. Aunque sólo una pequeña parte de la población tiene el privilegio de presenciarlas, existen registros de hace más de 2000 años describiendo estos eventos, que históricamente han sido interpretados como señales de espíritus, figuras mitológicas, malos o buenos presagios según la cultura y el momento. Gracias a la ciencia, a día de hoy sabemos que este fenómeno está relacionado con el Sol, su actividad y el magnetismo terrestre. ¡Y que aparece en casi todos los planetas del Sistema Solar!

De hecho, el artículo del que hablaremos hoy anuncia el descubrimiento de una aurora en Urano. Ya se habían observado auroras en gigantes gaseosos como Saturno o Júpiter, e incluso en el propio Urano así que, ¿qué tiene de especial este descubrimiento? Para entenderlo, empecemos por repasar cómo se forman las auroras.

Entendiendo las auroras

El Sol es, al mismo tiempo, impulsor de la vida en la Tierra y una gran amenaza para ella. Y es que nuestra estrella madre produce viento solar, partículas muy energéticas que podrían acabar con la atmósfera terrestre y por tanto con la vida tal y como la conocemos. Por suerte, nuestro planeta posee un campo magnético que además de permitir orientarnos mediante brújulas, nos protege actuando como escudo ante este tipo de emisiones. Es lo que se conoce como magnetosfera, típicamente representada como líneas que rodean la Tierra saliendo de un polo y acabando en el contrario (Figura 1), y que desvía las partículas cargadas del viento solar que llegan a nuestra atmósfera. Los polos magnéticos, donde estas líneas entran y salen del planeta, se localizan cerca de los polos geográficos pero no exactamente en el mismo sitio.

Sin embargo, aunque la magnetosfera desvía gran cantidad de estas partículas, algunas pueden acoplarse a las líneas del campo magnético, curvando su trayectoria y viajando por ellas hasta alcanzar las zonas polares. Una vez allí, pueden producir ionizaciones de los átomos en la atmósfera: chocan con ellos y les transmiten su energía, de manera que estos emiten luz generando los llamativos patrones luminosos de una aurora. De hecho, el color de una aurora depende de la composición atmosférica, de manera que los azules y verdes que se suelen observar son debidos a los choques con moléculas de nitrógeno y oxígeno, los gases mayoritarios en la atmósfera terrestre.

Auroras en otros planetas: el caso particular de Urano

Pero las atmósferas de planetas gigantes gaseosos contienen mayoritariamente hidrógeno (H₂), que produce auroras de colores que nuestros ojos no pueden ver, en ultravioleta e infrarrojo. Este es uno de los puntos clave del artículo de hoy, ya que la aurora descubierta es la primera infrarroja de Urano.

En concreto, el equipo firmante del estudio detecta la emisión producida por una molécula muy particular del hidrógeno: el H₃⁺, que en los gigantes gaseosos puede formarse a partir del abundante H₂ atmosférico mediante procesos de ionización (como las auroras). La existencia de esta molécula en la atmósfera del planeta puede confirmarse observando el espectro infrarrojo, donde aparecerán líneas de emisión producidas por los movimientos internos de vibración y rotación de la molécula.

El equipo encuentra estas líneas en Urano usando el telescopio Keck II del Observatorio Mauna Kea (Hawái). En concreto, su emisión es particularmente intensa en dos regiones del planeta donde la densidad de H₃⁺ es mayor (Figura 2), pero la temperatura es similar a las regiones circundantes. Todo ello lleva al equipo a concluir que el H₃⁺ se produce in situ en esas regiones por procesos de tipo auroral, descartando otros posibles orígenes que producirían un aumento de temperatura a mayor intensidad de estas líneas.

Pistas para los exoplanetas y la inversión magnética terrestre

El descubrimiento de estas auroras en Urano no es sólo relevante por ser la primera que se observa allí en infrarrojo. También podría ayudar a entender mejor su atmósfera y por lo tanto contribuir al mejor estudio de los exoplanetas y su composición, ya que un gran número de ellos son muy parecidos a los gigantes helados de nuestro Sistema Solar.

Por otro lado, resulta interesante que el eje magnético de Urano está inclinado 60 grados respecto a su eje geográfico, lo que significa que su orientación respecto al viento solar cambia cada día (Figura 3). En la Tierra esto no ocurre, dado que los polos magnéticos se han mantenido relativamente cerca de los geográficos desde hace más de 40000 años. Sin embargo, durante los procesos de inversión magnética esto puede cambiar.

Este fenómeno consiste en el intercambio del polo norte con el polo sur magnético, y se calcula que en nuestro planeta ocurre entre 1 y 5 veces cada millón de años. Durante este proceso, el viento solar podría afectar especialmente a la atmósfera, pero no conocemos los detalles dado que la última ocurrió hace 42000 años (más o menos cuando se extinguió la especie neandertal). Por lo tanto, el estudio de las auroras de Urano podría proporcionar información relevante sobre los posibles efectos del viento solar en la Tierra durante una inversión magnética.

Lo que está claro es que el estudio del particular campo magnético de Urano y los procesos asociados como las auroras resultan de especial interés para la astronomía. Y teniendo en cuenta que la única visita que le hicimos fue en 1986 con la sonda Voyager 2… ¡Quizá sea hora de preparar otra misión a Urano!