Las imágenes muestran la posición de las cinco lunas más grandes de Urano y sus órbitas alrededor de Urano el 12 de julio de 2011 como las ve Herschel. Izquierda:posiciones calculadas y órbitas de las lunas. El lado izquierdo del plano orbital apunta hacia nosotros. El tamaño de los objetos no se muestra a escala. Derecha:mapa de color falso del brillo infrarrojo a una longitud de onda de 70 µm después de la eliminación de la señal del planeta Urano, medido con el instrumento PACS del Observatorio Espacial Herschel. La forma característica de las señales, que se asemeja a un trébol de tres hojas, es un artefacto generado por el telescopio. Crédito:T. Müller (HdA) / Ö. H. Detre y col. /MPIA
Hace más de 230 años, el astrónomo William Herschel descubrió el planeta Urano y dos de sus lunas. Usando el Observatorio Espacial Herschel, un grupo de astrónomos dirigido por Örs H. Detre del Instituto Max Planck de Astronomía ahora ha logrado determinar las propiedades físicas de las cinco lunas principales de Urano. La radiación infrarroja medida, que es generado por el sol calentando sus superficies, sugiere que estas lunas se asemejan a planetas enanos como Plutón. El equipo desarrolló una nueva técnica de análisis que extraía las débiles señales de las lunas próximas a Urano, que es más de mil veces más brillante. El estudio fue publicado hoy en la revista Astronomía y Astrofísica .
Para explorar las regiones exteriores del Sistema Solar, sondas espaciales como Voyager 1 y 2, Cassini-Huygens y New Horizons fueron enviados en largas expediciones. Ahora un grupo de investigación germano-húngaro, dirigido por Örs H. Detre del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Heidelberg, demuestra que con la tecnología y el ingenio adecuados, También se pueden lograr resultados interesantes con observaciones desde lejos.
Los científicos utilizaron datos del Observatorio Espacial Herschel, que se implementó entre 2009 y 2013 y en cuyo desarrollo y operación MPIA también participó significativamente. En comparación con sus predecesores que cubrían un rango espectral similar, las observaciones de este telescopio fueron significativamente más nítidas. Lleva el nombre del astrónomo William Herschel, que encontró radiación infrarroja en 1800. Unos años antes, también descubrió el planeta Urano y dos de sus lunas (Titania y Oberon), que ahora se han explorado con mayor detalle junto con otras tres lunas (Miranda, Ariel y Umbriel).
"Realmente, Realizamos las observaciones para medir la influencia de fuentes infrarrojas muy brillantes como Urano en el detector de la cámara, "explica el coautor Ulrich Klaas, quien encabezó el grupo de trabajo de la cámara PACS del Observatorio Espacial Herschel del MPIA con el que se tomaron las imágenes. "Descubrimos las lunas sólo por casualidad como nodos adicionales en la señal extremadamente brillante del planeta". La cámara PACS, que fue desarrollado bajo el liderazgo del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) en Garching, fue sensible a longitudes de onda entre 70 y 160 µm. Esto es más de cien veces mayor que la longitud de onda de la luz visible. Como resultado, las imágenes del telescopio espacial Hubble de tamaño similar son unas cien veces más nítidas.
Imágenes de las cinco lunas más grandes de Urano Miranda, Ariel, Umbriel, Titania y Oberon. La sonda espacial Voyager 2 tomó estas imágenes durante un sobrevuelo el 24 de enero de 1986. Los diámetros de las lunas se muestran a escala. Crédito:NASA / JPL / MPIA
Los objetos fríos irradian muy brillantes en este rango espectral, como Urano y sus cinco lunas principales, que, calentados por el sol, alcanzan temperaturas entre 60 y 80 K (–213 a –193 ° C).
"El momento de la observación también fue un golpe de suerte, "explica Thomas Müller de MPE. El eje de rotación de Urano, y así también el plano orbital de las lunas, está inusualmente inclinado hacia su órbita alrededor del Sol. Mientras Urano orbita alrededor del Sol durante varias décadas, es principalmente el hemisferio norte o sur el que está iluminado por el sol. "Durante las observaciones, sin embargo, la posición era tan favorable que las regiones ecuatoriales se beneficiaron de la irradiación solar. Esto nos permitió medir qué tan bien se retiene el calor en una superficie cuando se mueve hacia el lado nocturno debido a la rotación de la luna. Esto nos enseñó mucho sobre la naturaleza del material, "explica Müller, quien calculó los modelos para este estudio. De esto derivó las propiedades térmicas y físicas de las lunas.
Cuando la sonda espacial Voyager 2 pasó por Urano en 1986, la constelación fue mucho menos favorable. Los instrumentos científicos solo pudieron capturar las regiones del polo sur de Urano y las lunas.
Müller descubrió que estas superficies almacenan el calor inesperadamente bien y se enfrían comparativamente lentamente. Los astrónomos conocen este comportamiento a partir de objetos compactos con un grosor, superficie helada. Es por eso que los científicos asumen que estas lunas son cuerpos celestes similares a los planetas enanos en el borde del Sistema Solar, como Plutón o Haumea. Estudios independientes de algunos de los lunas uranianas irregulares, que también se basan en observaciones con PACS / Herschel, indican que tienen diferentes propiedades térmicas. Estas lunas muestran características de los Objetos Transneptunianos más pequeños y débilmente unidos, que se encuentran en una zona más allá del planeta Neptuno. "Esto también encajaría con las especulaciones sobre el origen de las lunas irregulares, "agrega Müller." Debido a sus órbitas caóticas, se supone que fueron capturados por el sistema uraniano solo en una fecha posterior ".
Estas imágenes explican cómo se extrajeron las lunas de Urano de los datos. Izquierda:la imagen original contiene las señales infrarrojas de Urano y sus cinco lunas principales, medido a una longitud de onda de 70 µm. Urano es varios miles de veces más brillante que una sola luna. Su imagen está dominada por artefactos debido a la interferencia del telescopio y la cámara. Titania y Oberon son apenas visibles. Centro:utilizando estos datos, un procedimiento sofisticado creó un modelo para la distribución de brillo de Urano solo. Esto se resta de la imagen original. Derecha:Finalmente, las señales de las lunas permanecen después de la resta. En la ubicación de Urano, el método de extracción no del todo perfecto afecta ligeramente el resultado. Crédito:Ö. H. Detre y col. /MPIA
Sin embargo, las cinco lunas principales casi se pasaron por alto. En particular, Los objetos muy brillantes como Urano generan fuertes artefactos en los datos de PACS / Herschel, lo que hace que parte de la luz infrarroja de las imágenes se distribuya en grandes áreas. Esto apenas se nota cuando se observan objetos celestes débiles. Con Urano sin embargo, es aún más pronunciado. "Las lunas, que son entre 500 y 7400 veces más débiles, están a una distancia tan pequeña de Urano que se fusionan con los artefactos igualmente brillantes. Solo las lunas más brillantes Titania y Oberon, sobresalir un poco del resplandor circundante, "El coautor Gábor Marton del Observatorio Konkoly en Budapest describe el desafío.
Este descubrimiento accidental impulsó a Örs H. Detre a hacer que las lunas fueran más visibles para que su brillo pudiera medirse de forma fiable. "En casos similares, como la búsqueda de exoplanetas, usamos coronógrafos para enmascarar su brillante estrella central, "Detre explica." Herschel no tenía tal dispositivo. En lugar de, aprovechamos la excelente estabilidad fotométrica del instrumento PACS ". Con base en esta estabilidad y después de calcular las posiciones exactas de las lunas en el momento de las observaciones, desarrolló un método que le permitió eliminar a Urano de los datos. "Nos sorprendió a todos cuando aparecieron claramente cuatro lunas en las imágenes, y hasta pudimos detectar a Miranda, la más pequeña e interna de las cinco lunas más grandes de Urano, "Detre concluye.
"El resultado demuestra que no siempre necesitamos elaboradas misiones espaciales planetarias para obtener nuevos conocimientos sobre el Sistema Solar, ", señala el coautor Hendrik Linz de MPIA". Además, El nuevo algoritmo podría aplicarse a otras observaciones que se hayan recopilado en gran número en el archivo de datos electrónicos de la Agencia Espacial Europea ESA. ¿Quién sabe qué sorpresa nos espera todavía allí? "
