Webb captó por primera vez un “corte vertical” de la ionosfera de Urano: un mapa 3D revela dónde nacen las auroras y por qué el planeta sigue enfriándose
Por primera vez, los científicos han logrado elaborar un mapa detallado de las capas de la alta atmósfera de Urano, no solo “sobre la superficie”, sino también en altura: desde la cima de las nubes hasta miles de kilómetros por encima. Las observaciones se realizaron con el telescopio espacial James Webb, cuya sensibilidad permitió detectar el resplandor extremadamente tenue de moléculas muy por encima de las nubes, allí donde la atmósfera se transforma en la ionosfera y se “conecta” directamente con el inusual campo magnético del planeta.
Este resultado es importante por dos razones. En primer lugar, ofrece la imagen más clara hasta la fecha de dónde y cómo se forman las auroras de Urano y de cómo su forma y posición cambian debido a un campo magnético inclinado y desplazado con respecto al eje de rotación. En segundo lugar, las mediciones confirman que la alta atmósfera de Urano continúa enfriándose, una tendencia que desconcierta a los científicos desde principios de la década de 1990.
Qué se midió exactamente y por qué es un hito
La ionosfera es una capa de la atmósfera en la que la radiación solar y las partículas cargadas crean iones y electrones, por lo que el gas deja de ser “neutro”. Precisamente en esa región se produce un intenso intercambio de energía: las cargas están “controladas” por el campo magnético, y el calentamiento y el enfriamiento dependen de una combinación de radiación solar, afluencia de partículas desde la magnetosfera y la dinámica de la atmósfera inferior.
Hasta ahora, los investigadores tenían una imagen fragmentada de Urano, comparable a saber cómo luce el resplandor en el cielo, pero no saber a qué altura exacta ocurre ni cuán “gruesa” es la zona en la que se libera la energía. Los nuevos datos de Webb permitieron construir perfiles verticales de temperatura y densidad de iones: cuán caliente está y cuántas partículas cargadas hay a distintas alturas, y cómo cambian estas magnitudes con la longitud geográfica mientras el planeta rota.
Cómo observó Webb a Urano: casi todo un “día” en una sola pasada
La observación se realizó el 19 de enero de 2025 y duró unas 15 horas, lo que cubre casi una rotación completa de Urano. La herramienta clave fue NIRSpec, el espectrógrafo de infrarrojo cercano de Webb, utilizado en modo Integral Field Unit (IFU). Este enfoque proporciona simultáneamente el espectro y la información espacial, de modo que se puede distinguir dónde en la atmósfera aparece el brillo de determinadas moléculas y dónde no aparece.
El equipo científico estuvo dirigido por Paola Tiranti, de la Universidad de Northumbria en el Reino Unido. En el centro del análisis estuvo un tenue resplandor infrarrojo por encima de las nubes, que se produce cuando partículas y moléculas excitadas en la ionosfera regresan a estados de energía más bajos y emiten luz en longitudes de onda específicas. Precisamente esa “firma” permite estimar la temperatura y la densidad de los iones.
Resultados clave: dónde está más caliente, dónde hay más iones
Las mediciones muestran una clara estructura vertical que se extiende hasta aproximadamente 5000 kilómetros por encima de las cimas de las nubes. La temperatura en las capas superiores alcanza un máximo entre 3000 y 4000 kilómetros de altitud, mientras que la densidad de iones alcanza un máximo alrededor de 1000 kilómetros. Un detalle importante es que también se observaron cambios pronunciados según la longitud; en otras palabras, la misma capa no es igual en todas partes alrededor del planeta, sino que está “modulada” por la compleja geometría del campo magnético.
La temperatura media de la alta atmósfera a partir de las mediciones de Webb es de unos 426 kelvin, es decir, aproximadamente 150 grados Celsius. Este valor es inferior a estimaciones anteriores obtenidas con telescopios terrestres y observaciones espaciales más antiguas, lo que refuerza aún más la conclusión de que la alta atmósfera de Urano continúa enfriándose.
Auroras en dos bandas y una “zona oscura” entre ellas: huella de la geometría magnética
En los datos de Webb destacan dos bandas aurorales brillantes cerca de los polos magnéticos. Estas estructuras se forman cuando partículas cargadas, guiadas por líneas del campo magnético, se precipitan en la atmósfera y liberan energía. Pero igual de interesante es lo que falta: entre esas dos bandas se registró una región de emisión reducida y menor densidad de iones, una especie de “zona oscura” en la que el resplandor queda suprimido.
Regiones más oscuras similares también se han observado en Júpiter, donde se sabe que la geometría de las líneas del campo magnético determina las trayectorias de las partículas cargadas, por lo que la aurora no se distribuye de manera uniforme. En Urano, este efecto se ve aún más acentuado porque el campo magnético es extremadamente “asimétrico”: el eje magnético está inclinado casi 60 grados con respecto al eje de rotación, y el centro del campo magnético está desplazado del centro del planeta aproximadamente en un tercio del radio. Por ello, las zonas aurorales no se comportan como un anillo estable alrededor de los polos, sino que durante la rotación “se derraman” sobre distintas regiones geográficas e influyen profundamente en la distribución de energía en la atmósfera.
Por qué el enfriamiento de Urano es un gran enigma
Urano es el más frío de los planetas gigantes del Sistema Solar cuando se habla de las temperaturas que “vemos” en la atmósfera, pero precisamente las capas superiores — termosfera e ionosfera — deberían ser sensibles a la entrada de energía. Un problema adicional es que Urano está lejos del Sol, por lo que el aporte de radiación solar es menor que en Júpiter o Saturno; aun así, la alta atmósfera muestra cambios complejos que no es sencillo explicar solo por la distancia al Sol.
La tendencia de enfriamiento seguida desde principios de los años 90 ha provocado debates sobre cómo se transfiere la energía desde las capas inferiores hacia arriba, cuán eficientemente la atmósfera “se enfría” radiando al espacio, y qué papel desempeñan los cambios estacionales, el viento solar y los procesos internos en la magnetosfera. Los resultados de Webb no cierran la cuestión, pero por primera vez aportan un “contexto 3D” lo suficientemente detallado como para poner a prueba las hipótesis sin depender de mediciones aisladas y desconectadas.
El panorama general: una lección sobre los gigantes de hielo y los mundos fuera del Sistema Solar
A Urano y Neptuno se los suele llamar gigantes de hielo, y sus procesos atmosféricos y magnéticos son clave para entender una clase de planetas probablemente común en la galaxia. En las observaciones de exoplanetas, especialmente de aquellos de tamaño y masa similares a Urano, los científicos a menudo solo disponen de una señal “integrada”, un promedio sobre todo el planeta. Por eso, cualquier mejora en la comprensión de cómo se distribuye la energía en las capas superiores de una atmósfera es directamente útil también para interpretar datos de mundos lejanos.
Aquí es donde las mediciones de Webb tienen un valor adicional: muestran cómo pueden aparecer máximos locales de temperatura y densidad de iones en la ionosfera, cómo las estructuras aurorales pueden organizarse en múltiples bandas, y cómo la asimetría magnética deja una firma visible no solo en el “espectáculo de luz”, sino también en la propia estructura vertical de la atmósfera.
Qué sigue: más rotaciones, comparaciones y la búsqueda de un mecanismo
Los resultados obtenidos se basan en observaciones del programa JWST General Observer 5073, cuyo investigador principal es Henrik Melin. La comunidad científica dispone ahora de un conjunto de datos de referencia que puede compararse con futuras mediciones de Webb, así como con datos de otros observatorios. Será especialmente importante seguir cómo cambian las señales con el tiempo: si la posición de las bandas aurorales varía según las condiciones solares, si la “zona oscura” aparece siempre en el mismo lugar de la geometría magnética, y si el enfriamiento continúa al mismo ritmo.
Para Urano, un planeta que históricamente ha recibido pocas visitas y aún menos campañas de observación a largo plazo, estos datos representan una especie de “mini misión” a distancia. En lugar de un breve sobrevuelo, se obtiene una observación continua que revela cómo se comporta la atmósfera mientras el planeta rota y cómo el campo magnético remodela la ionosfera en altura y longitud. Así, paso a paso, se va armando el mecanismo que podría explicar cómo los gigantes de hielo equilibran la energía en las condiciones extremas del Sistema Solar exterior.
Fuentes:- ESA/Webb – comunicado científico sobre el mapeo 3D de la ionosfera de Urano, resultados sobre temperatura, densidad de iones y bandas aurorales (link)- Northumbria University Research Portal – datos bibliográficos y estado del trabajo en Geophysical Research Letters (DOI: 10.1029/2025GL119304) (link)- NASA Science – datos básicos sobre el campo magnético de Urano, su inclinación y su desplazamiento respecto al centro del planeta (link)- ESA/Webb – descripción del instrumento NIRSpec y de las capacidades de campo integral (IFU) en espectroscopia (link)
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