Las nubes que desaparecen de Neptuno están vinculadas al ciclo solar

Los astrónomos han descubierto un vínculo entre la abundancia de nubes cambiantes de Neptuno y el ciclo solar de 11 años, en el que el aumento y la disminución de los campos magnéticos entrelazados del Sol impulsan la actividad solar.

Este descubrimiento se basa en tres décadas de observaciones de Neptuno capturadas por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA y el Observatorio W. M. Keck en Hawái, así como en datos del Observatorio Lick en California.

El vínculo entre Neptuno y la actividad solar sorprende a los científicos planetarios porque Neptuno es el planeta principal más lejano de nuestro sistema solar y recibe luz solar con aproximadamente el 0,1% de la intensidad que recibe la Tierra. Sin embargo, el clima nublado global de Neptuno parece ser impulsado por la actividad solar, y no por las cuatro estaciones del planeta, cada una de las cuales dura aproximadamente 40 años.

En la actualidad, la cobertura de nubes que se ve en Neptuno es extremadamente baja, con la excepción de algunas nubes que se ciernen sobre el polo sur del planeta gigante. Un equipo de astrónomos dirigido por la Universidad de California (UC) en Berkeley descubrió que la abundancia de nubes que normalmente se ven en las latitudes medias del gigante helado comenzó a desvanecerse en 2019.

«Me sorprendió lo rápido que desaparecieron las nubes en Neptuno», dijo Imke de Pater, profesora emérita de astronomía en UC Berkeley y autora principal del estudio. «Básicamente, vimos una disminución de la actividad de las nubes en unos pocos meses», dijo.

«Incluso ahora, cuatro años después, las imágenes más recientes que tomamos en junio pasado todavía muestran que las nubes no han regresado a sus niveles anteriores», dijo Erandi Chavez, estudiante de posgrado en el Centro de Astrofísica | Harvard-Smithsonian (CfA) en Cambridge, Massachusetts, quien dirigió el estudio cuando era estudiante de pregrado en astronomía en UC Berkeley. «Esto es extremadamente emocionante e inesperado, especialmente porque el período anterior de actividad de nubes bajas de Neptuno no fue tan dramático ni prolongado».

Para monitorear la evolución de la apariencia de Neptuno, Chávez y su equipo analizaron imágenes del Observatorio Keck tomadas entre 2002 y 2022, las observaciones de archivo del Telescopio Espacial Hubble a partir de 1994 y datos del Observatorio Lick en California entre 2018 y 2019.

En los últimos años, las observaciones de Keck se han complementado con imágenes tomadas como parte del programa Twilight Zone y por el programa Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL) del Hubble.

Las imágenes revelan un patrón intrigante entre los cambios estacionales en la capa de nubes de Neptuno y el ciclo solar, el período en el que el campo magnético del Sol cambia cada 11 años a medida que se enreda más como un ovillo de hilo. Esto es evidente en el creciente número de manchas solares y el aumento de la actividad de las erupciones solares. A medida que avanza el ciclo, el comportamiento tempestuoso del Sol aumenta al máximo, hasta que el campo magnético se reduce e invierte la polaridad. Luego, el Sol vuelve a establecerse en un mínimo, solo para comenzar otro ciclo.

Esta secuencia de imágenes del telescopio espacial Hubble narra el aumento y disminución de la cantidad de cobertura de nubes en Neptuno. Este conjunto de observaciones de casi 30 años muestra que la cantidad de nubes crece cada vez más después de un pico en el ciclo solar, donde el nivel de actividad del Sol sube y baja rítmicamente durante un período de 11 años. El nivel de radiación ultravioleta del Sol se representa en el eje vertical. El ciclo de 11 años se traza en la parte inferior desde 1994 hasta 2022. Las observaciones del Hubble en la parte superior muestran claramente una correlación entre la abundancia de nubes y el pico de actividad solar. Los cambios químicos son causados ​​por la fotoquímica, que ocurre en lo alto de la atmósfera superior de Neptuno y toma tiempo para formar nubes.
Créditos: NASA, ESA, LASP, Erandi Chavez (UC Berkeley), Imke de Pater (UC Berkeley)

Cuando hay tormenta en el Sol, la radiación ultravioleta (UV) más intensa inunda el sistema solar. El equipo descubrió que dos años después del pico del ciclo solar, aparece un número cada vez mayor de nubes en Neptuno. El equipo encontró además una correlación positiva entre el número de nubes y el brillo del gigante de hielo debido a la luz solar que se refleja en él.

«Estos datos notables nos brindan la evidencia más sólida hasta el momento de que la cubierta de nubes de Neptuno se correlaciona con el ciclo del Sol», dijo de Pater. «Nuestros hallazgos respaldan la teoría de que los rayos UV del Sol, cuando son lo suficientemente fuertes, pueden desencadenar una reacción fotoquímica que produce las nubes de Neptuno».

Los científicos descubrieron la conexión entre el ciclo solar y el patrón de clima nublado de Neptuno al observar 2,5 ciclos de actividad de nubes registrados durante el lapso de 29 años de observaciones neptunianas. Durante este tiempo, la reflectividad del planeta aumentó en 2002 y luego se atenuó en 2007. Neptuno volvió a brillar en 2015, luego se oscureció en 2020 al nivel más bajo jamás observado, que es cuando la mayoría de las nubes desaparecieron.

Los cambios en el brillo de Neptuno causados ​​por el Sol parecen subir y bajar relativamente en sincronía con el ir y venir de las nubes en el planeta. Sin embargo, hay un desfase de dos años entre el pico del ciclo solar y la abundancia de nubes que se ven en Neptuno. Los cambios químicos son causados ​​por la fotoquímica, que ocurre en lo alto de la atmósfera superior de Neptuno y toma tiempo para formar nubes.

«Es fascinante poder usar telescopios en la Tierra para estudiar el clima de un mundo a más de 2500 millones de millas de nosotros», dijo Carlos Alvarez, astrónomo del Observatorio Keck y coautor del estudio. «Los avances en tecnología y observaciones nos han permitido restringir los modelos atmosféricos de Neptuno, que son clave para comprender la correlación entre el clima del gigante de hielo y el ciclo solar».

Sin embargo, se necesita más trabajo. Por ejemplo, si bien un aumento de la luz solar ultravioleta podría producir más nubes y neblina, también podría oscurecerlas, reduciendo así el brillo general de Neptuno. Las tormentas en Neptuno que se elevan desde la atmósfera profunda afectan la capa de nubes, pero no están relacionadas con las nubes producidas fotoquímicamente y, por lo tanto, pueden complicar los estudios de correlación con el ciclo solar. También se necesitan observaciones continuas de Neptuno para ver cuánto durará la actual casi ausencia de nubes.

El equipo de investigación continúa rastreando la actividad de la nube de Neptune. «Hemos visto más nubes en las imágenes Keck más recientes que se tomaron durante el mismo tiempo que el Telescopio Espacial James Webb de la NASA observó el planeta; estas nubes se vieron en particular en las latitudes del norte y en altitudes elevadas, como se esperaba del aumento observado en la flujo solar UV en los últimos dos años», dijo de Pater.

Los datos combinados del Hubble, el Telescopio Espacial Webb, el Observatorio Keck y el Observatorio Lick permitirán más investigaciones sobre la física y la química que conducen a la apariencia dinámica de Neptuno, lo que a su vez puede ayudar a profundizar la comprensión de los astrónomos no solo de Neptuno, sino también de exoplanetas, ya que se cree que muchos de los planetas más allá de nuestro sistema solar tienen cualidades similares a las de Neptuno.

Los hallazgos se publican en la revista Icarus.

El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA. El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore lleva a cabo operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, en Washington, D.C.

Créditos: NASA