Lunas de Urano (1) De la poesia y el teatro ingles.

Urano es el séptimo planeta del sistema solar y el primero descubierto con un telescopio; el honor correspondió a Sir William Herschel allá en 1781. Recibió el nombre del dios griego del cielo Urano, padre de Cronos (Saturno) y abuelo de Zeus (Júpiter). Su composición química de hidrógeno y helio es acompañada por agua, metano y amoniaco; siendo con Neptuno un gigante gaseoso de hielo. A diferencia del resto de los gigantes gaseosos Urano no presenta una atmósfera con visibles tormentas y bandas de nubes que corren veloz por el planeta, es más bien una gran esfera azul verdoso sin ningún rasgo interesante. Lo único importante en Urano es su inclinación orbital, el planeta se encuentra prácticamente rotando de lado, casi 98° respecto a la elíptica, ello producto de una antigua colisión con otro cuerpo con el doble del tamaño de la Tierra que lo volteo. Esta explicación tiene sin embargo una grieta, las lunas de Urano siguen y rotan en el mismo plano de inclinación del planeta; surge una segunda explicación es que en las fases de formación del planeta este sufrió un primer impacto, y luego un segundo impacto terminó de girar al planeta y enviar suficientes escombros para formar un disco de material en el nuevo ángulo de rotación, disco del cual se formarían las principales y grandes lunas.

Hoy se le conocen 27 lunas a Urano. Las dos primeras y mayores fueron descubiertas por el mismo descubridor del planeta, Sir William Herschel, seis años después de encontrar a Urano, en 1787. Aunque su descubridor señalaba haber contado hasta seis grandes lunas, no fue hasta 1851 que William Lassell (quien descubrió la mayor luna de Neptuno, Tritón en 1846), a quien oficialmente se el pone como el descubridor de las dos siguientes. Fue el hijo de descubridor del planeta, John Herschel, quien le pondría los nombres a esas cuatro lunas: las descubiertas por su padre reciben el nombre de Titania y Oberón, reina y rey de las hadas en la obra ‘Sueño de una noche de verano’ de William Shakespeare; y a las descubiertas por W. Lassell las llamo: Ariel y Umbriel, por los silfos de ‘El rizo robado’, un poema narrativo escrito por Alexander Pope. Así estos cuatro cuerpos celestes recibirían el nombre de seres vinculados al elemento aire, espíritus del viento, que eran según quien los nombraba legítimos compañeros para un dios de los cielos y la atmósfera. (Se indica que Ariel es también un espíritu del aire nombrado en la obra ‘La Tormenta’ de William Shakespeare)

Pasaría casi un siglo, hasta que en 1948, Gerard Kuiper descubrió la más pequeña y la última de las cinco grandes y esféricas lunas; esta a diferencia de las anteriores no recibió el nombre de un hada, sino del personaje humano y único femenino de la ‘La Tempestad’, que es señalada por muchos como la última obra teatral que William Shakespeare escribió solo. La quinta luna recibe el nombre de Miranda, la hija de Prospero, mago y duque de Milán que desterrado en una isla trata de que su hija recobre el puesto que le corresponde en el trono que se le ha arrebatado.

Tras Miranda hubo que esperar a que el Voyager 2 en 1986 pasara por el planeta y descubriera diez pequeñas lunas interiores a las cinco grandes ya conocidas. Todas reciben nombres de personajes femeninos de obras de William Shakespeare y son en orden del interior al exterior: Codelia, Ofelia (Ophelia), Bianca, Cresida (Cressida), Desdemona, Julieta (Juliet), Porcia (Portia), Rosalinda (Rosalind), Belinda (personaje femenino del poema de A. Pope) y Puck, la más grande de todas ellas, con 162 km de diámetro medio y la única que toma un nombre masculino y de otro ser elfico, en este caso el nombre del heraldo del rey Oberón. En 1999 en fotos del Voyager 2 se encontraría una décimo primera luna, Perdita, ubicada entre Rosalinda y Puck.

Otras lunas fueron descubiertas con telescopios entre 1997 y 2003; estas son principalmente lunas externas a las grandes lunas de Urano, que se caracterizan por rotar en contra del giro normal del planeta y fuera del plano de rotación del planeta, indicando que se trata la mayoría de cuerpos capturados por la gravedad del planeta, así tenemos en 1997 a Caliban y Sicorax (Sycorax), en 1999 a Prospero, Esteban (Stephano) y Sebastián (Setebos), en 2001 tenemos a Trinculo, y en 2003 incluimos a Francisco y Fernando (Ferdinand). Todos ellos personajes de la obra teatral ‘La Tempestad’. Ese año se incluye también a la única luna externa que rota con el planeta y la que tiene mayor excentricidad entre las lunas conocidas en el sistema solar, Margarita (Margaret) recibe el nombre de uno de los personajes femenino de la comedia ‘Mucho ruido y pocas nueces’ del escritor ingles. También ese año se tienen dos nuevas lunas interiores: Cupido (entre Rosalinda y Belinda) y Mad (entre Puck y Miranda); el primero es un personaje de la obra ‘La vida de Timón de Atenas‘ y nada que ver con la imagen del dios del amor, sino con un personaje que trae como alcahueta las mujeres a la fiesta que da Timón al inicio de la obra. La segunda luna es la primera que después de Puck que hace referencia a un ser elfico, en este caso la reina de las hadas en la cultura inglesa y que es sólo es nombrada en la obra de ‘Romeo y Julieta’.

Las grandes lunas

Titania es la mayor de las lunas de Urano y la octava Luna en el Sistema Solar con un diámetro de 1578 kilómetros, poco menos de la mitad del diámetro de la luna terrestre. Titania órbita a Urano a una distancia de alrededor de 436000 kilómetros (poco más que la distancia Tierra-Luna), siendo la cuarta más lejana de las grandes lunas del planeta. Su período orbital es de alrededor de 8,7 días y coincide con su período de rotación, similar al sistema Tierra-Luna, siempre apuntando la misma cara al planeta. Como la órbita de Titania se encuentra completamente dentro de la magnetosfera del planeta, ello provoca que los rayos cósmicos del Sol sólo alcancen a la luna en los polos de la misma, provocando reacciones químicas entre el agua y los compuestos de carbono presentes en la luna y oscureciendo sus polos. Debido a que Urano y sus lunas principales orbitan alrededor al Sol casi de lado, Titania y el resto de las grandes lunas están sujetas a un ciclo estacional extremo y los polos del planeta y las lunas sufren ciclos de 42 años de completa oscuridad seguidos de otros 42 años en la luz solar continua. Su densidad de 1,71 g/cm³, es mucho mayor que la densidad típica de los satélites de Saturno, indicando que consiste en proporciones aproximadamente iguales de hielo de agua y roca, y probablemente posee un núcleo rocoso diferenciado y un gélido manto exterior; y como muchas de las grandes lunas exteriores, los efectos de marea gravitatoria hacen suponer la presencia de una delgada capa de agua líquida entre el manto exterior y el núcleo rocoso. Titania parece haber tenido un periodo de actividad geológica prolongada que borró muchos de los cráteres iniciales de impacto en su formación, el criovulcanismo provocado por la marea gravitatoria aliso gran parte de su superficie; y la presencia de cañones señala que mientras la capa exterior helada de la luna se comprimía, la interior aún caliente se expandía formando los cañones que cubren la superficie actual. Su tamaño no permite la formación de una atmósfera, pero la exposición prolongada de sus polos al sol y a la oscuridad pueden generar sublimación de compuestos de carbono presentes en el manto helado y oscureciendo el hielo de la superficie. Los accidente geográficos de la luna han recibido el nombre de personajes femeninos de las obras del escritor ingles W. Shakespeare.

Oberón es el más lejano de los grandes satélites del planeta Urano, ubicado a 583500 km del centro del planeta (1,5 veces la distancia Tierra-Luna), es el segundo más grande del sistema de lunas de Urano, con 1523 km de diámetro se convierte en la novena más grande luna dentro del sistema solar, siendo sólo 5% más pequeña en diámetro que su luna hermana Titania. Su periodo orbital es alrededor de 13,5 días, y como su compañera es coincidente con su periodo de rotación sobre su eje, es decir, Oberón siempre apunta la misma cara a Urano. Titania y Oberon son prácticamente iguales en composición, con densidad de 1,63 g/cm3 es al igual que su compañera hermana mitad hielo y mitad roca; sin embargo las diferencias entre Titania y Oberon se deben a su ubicación; al estar más alejado del planeta era el primer cuerpo frente a los asteroides que golpeaban el sistema, ello se muestra en la mayor cantidad de impactos en su superficie, como diferencia importante se encuentra más clara en la cara opuesta al planeta, a diferencia del resto de las grandes lunas de Urano, posiblemente provocado por ser la cara que hacía frente a los impactos, que rompen el hielo, mostrando una cara más limpia. Es la segunda luna más oscura del grupo, los procesos geológicos internos que permitían el criovulcanismo y la renovación de la superficie cesaron primero al estar más lejos del planeta y tener menos influencia las mareas gravitacionales que en las otras lunas. Al estar fuera de la magnetosfera del planeta, los rayos solares alcanza sin problema la luna Oberón provocando reacciones químicas con los compuestos de carbono presentes en el hielo, oscureciéndolo aún más su superficie. Los accidentes geográficos en la luna Oberón reciben nombres de personajes masculinos de las obras de W. Shakespeare; y los cañones observados sugieren que la expansión del núcleo rocoso sobre el manto de hielo ocurrió al menos en dos oportunidades distintas.

Umbriel, es el tercero en tamaño de los cinco satélites principales del planeta Urano; con 1169 km de diámetro, aproximadamente la misma medida que Ariel, otro de los satélites de Urano, es 3/4 del diámetro de Titania; ubicándose en el décimo tercero en tamaño dentro de las lunas del sistema solar. Órbita en la posición central de las cinco grandes lunas, a 266300 kilómetros del planeta (0,70 distancia Tierra-Luna) y su periodo orbital es aproximadamente cada 4,1 días, coincidente con su rotación. Su densidad de 1,39 g/cm3 indica que se compone principalmente de hielo de agua. Como el resto de las grandes lunas, la topografía del satélite muestra cráteres de impactos y cañones producto de su formación al expandirse el núcleo sobre el manto congelado, todos estos accidentes topográficos reciben nombres de duendes y espíritus malignos de distintas mitologías. Al ser prácticamente de hielo, se enfrió relativamente pronto y su superficie es muy antigua y ha estado probablemente estable desde antes del Bombardeo Pesado Tardío (periodo en que los gigantes gaseosos exteriores migraron hacia afuera por sus resonancias y afectaron al cinturón de Kuiper provocando un incremento en la actividad de asteroides estrellándose con los mundos dentro del sistema solar interior). Algunos señalan que su superficie oscura fue producto de una actividad volcánica inicial que cubrió la luna con detritos y polvo oscuro, otros indican que al estar la luna ubicada justo en el centro de la magnetosfera del planeta, todos los rayos cósmicos terminan pasando por su superficie, provocando que sea la luna más oscura de Urano, por las reacciones químicas entre los rayos cósmicos y los compuestos de carbono, algo así como estar en el centro de un horno de microondas.

Ariel es la cuarta más grande luna de las 27 conocidas de Urano. Después de Miranda, Ariel es el segundo más pequeño de los cinco grandes de Urano satélites redondeados, con un tamaño de 1158 km ( que lo convierte en la décimo cuarta luna en tamaño conocida del sistema solar; diámetro apena 1% menor que su compañera Umbriel). Órbita a una distancia de 190000 kilómetros del planeta (0,5 veces la distancia Tierra-Luna); ocupando el segundo lugar respecto al planeta entre las grandes lunas. Tiene un periodo orbital de alrededor de 2,5 días terrestres, coincidente con su período de rotación. Su densidad de 1,66 g/cm3 indica que se compone de proporciones similares de hielo y rocas. Esta luna también se encuentra dentro de la magnetosfera del planeta, ello puede ayudar a explicar por qué cuatro de las cinco lunas presentan la cara que mira al planeta más clara que la posterior; a diferencia de Oberón que todo lo contrario y se encuentra fuera de la magnetosfera del planeta. Aunque actualmente Ariel no esta involucrada en ninguna resonancia orbital con otros de satélites de Urano, Ariel parece ser una luna que en sus inicios pudo tener resonancia con sus compañeras cercanas, con la pequeña Miranda a razón de tres vueltas Ariel contra cinco de Miranda, con su luna hermana Umbriel, tres vueltas Ariel contra una de Umbriel y con Titania a cada vuelta de Titania, Ariel tenía cuatro vueltas. Ello pudo provocar efectos de marea gravitatoria que mantuvieron la actividad geológica interna mucho más tiempo que en las otras lunas, manteniendo el criovulcanismo de la luna y su superficie siendo renovada por más tiempo, haciendo de Ariel la más reflexiva y con superficie más nueva de todas las grandes lunas de Urano. Los accidentes geográficos de Ariel reciben nombre de duendes domésticos de distintas mitologías y obras literarias.

Miranda es la más pequeña y más cercana luna al planeta de cinco lunas grandes de Urano. Su tamaño de 470 kilómetros de diámetro es menor a 1/3 del diámetro de Titania. Ubicada a 130000 km del planeta y con un periodo de rotación y traslación de 1,4 días da un giro alrededor del planeta, cuando este ha girado sobre si mismo dos veces. Su densidad de 1,2 g/cm3 señala que es más de hielo que roca. Pese a su pequeño tamaño, y la cercanía con el planeta, en sus etapas iniciales parece haber tenido resonancia con otras lunas vecinas, cosa que mantuvo a la pequeña luna activa geológicamente por mucho más tiempo que si se hubiera formado en otra zona alrededor de Urano. La geografía abrupta de la luna Miranda ha planteado varias hipótesis, una es que sufrió un impacto que la rompió totalmente, y al recombinarse nuevamente las rocas y el hielo se amalgamaron, posteriormente los efectos de marea gravitatoria han derretido el hielo permitiendo que parte de las rocas más internas se reacomoden nuevamente en el núcleo, pero dejando otros trozos flotando en el manto de hielo exterior. Otras teorías no son tan destructivas, y señalan que su accidentado terreno fue producto de su propia actividad geológica provocada por las fuerzas de gravedad del planeta y sus lunas mayores; incluso un impacto pudo haber roto la superficie, más no haber destrozado la luna. Los accidentes geográficos de Miranda toman nombres de los personajes de la obra ‘La Tempestad’ de W. Shakespeare.

Las lunas interiores

Existen a la fecha unas trece pequeñas lunas girando alrededor del planeta dentro de la órbita de Miranda. Estas lunas se vinculan al sistema de anillos de Urano. Se conocen un total de trece anillos diferenciados en Urano, la mayoría de estrecho tamaño; en general once de los anillos se encuentran muy juntos y cerca del planeta y dos exteriores más separados entre si. Se suponía que estos anillos eran producto de la colisión de lunas interiores y su estrecho tamaño se debía a la presencia de lunas pastoras alrededor de los anillos, pero tras la visita del Voyager 2 sólo se encontraron dos pequeñas lunas una dentro del anillo n°10 (anillo λ) y otra fuera de anillo n°11 (anillo ε), que es el más brillante de los existentes; sus lunas pastoras son Cordelia y Ofelia respectivamente. Luego están, sin rodear a ningún anillo las lunas Bianca, Cresida y Desdemona, cuya cercanía entre si terminará provocando una colisión entre algunas de este grupo en unos pocos cientos de años más y formando seguramente otro anillo; muy cerca se encuentra la luna Julieta; en el interior del anillo n°12 (anillo ν) casi dentro del propio anillo tenemos a la luna Porcia, que por ser la mayor (136 km) de este grupo y da nombre al conjunto y en la órbita externa al anillo tenemos la luna Rosalinda. Siguen Cupido, Belinda, Perdita muy juntas también, seguidas un poco más lejos por Puck, la más grande de las lunas interiores con 162 km. Finaliza este conjunto de lunas con Mad, ubicada justo sobre el anillo n°13 (anillo μ). Mientras Cordelia y Ofelia, así como Porcia y Rosalinda hacen el papel de lunas pastoras; Mad tiene el tamaño justo para actuar como recolectora del polvo estelar y es la que mantiene vivo al anillo más exterior. Todas estas lunas, hasta Perdita se encuentran dentro del radio de la órbita sincrónica con Urano, esto es que giran alrededor del planeta más rápido que la rotación de Urano; por ello el efecto de marea del planeta sobre estas lunas las frena poco a poco hasta que se acerquen lo suficiente para ser desintegradas por la gravedad o terminen cayendo al planeta mismo. De todas estas lunas interiores sólo Puck fue estudiada en detalle por el Voyager 2, cuando este paso cerca de Miranda. Puck, pese a su tamaño, es uno de los satélites más oscuros de Urano. La materia de la que está constituido Puck parece ser similar a la de los anillos del planeta y a los otros satélites interiores cuyo constituyente principal son minerales de carbono y que están formados por silicatos hidratados o arcillas, mezclados con sustancias orgánicas oscuras y ricas en carbono, que es propio de meteoritos primitivos que provienen del cinturón de asteroides; posiblemente el origen de estas lunas interiores son restos de la colisión de Urano con algún gran asteroide o protoplaneta atrapado por el gigante gaseoso.

Las lunas exteriores

Una característica común a todas estas lunas, salvo Margarita, es que sus nombres son personajes de la obra teatral ‘La Tempestad’; todos son cuerpos pequeños que rondan entre veinte y cincuenta kilómetros en promedio, salvo Sicorax con 150 km y Calibán con 98 km. Todos giran opuestos a la rotación del planeta y están muy inclinados (entre 140° a 170°) respecto al plano de rotación del planeta; siendo indicativo que se trata de cuerpos capturados por la gravedad de Urano. Los más cercanos (Francisco, Calibán, Esteban y Trinculo) tienen excentricidades medias cercanas a 0,20; mientras que el resto (Sicorax, Prospero, Sebastián y Fernando) se ubican cerca de 0,5. Sus órbitas se encuentran entre diez a cuarenta veces la distancia de Urano-Oberón; sus tiempos de traslación a lo largo de sus órbitas duran de entre nueve meses a poco menos de ocho años. Margarita por otro lado es toda una rareza dentro del grupo; su tamaño es cercano a 20 km (una de las más pequeñas dentro de las lunas exteriores); gira en el mismo sentido que el planeta, con una órbita inclinada de 55°, y pese a estar ubicada a una distancia media del grupo, presenta la mayor excentricidad en la órbita de luna planetaria conocida.

Cuadro comparativo de las lunas

Lunas interiores Diámetro (km) Radio orb. (km) Periodo orb. (horas) Inclinación (°) Excentric.
Cordelia 40 49.770 8,0 0,08 0,00026
Ofelia 43 53.790 9,0 0,10 0,00992
Bianca 51 59.170 10,4 0,19 0,00092
Cresida 80 61.780 11,1 0,01 0,00036
Desdemona 64 62.680 11,4 0,11 0,00013
Julieta 94 64.350 11,8 0,07 0,00066
Porcia 135 66.090 12,3 0,06 0,00005
Rosalinda 72 69.940 13,4 0,28 0,00011
Cupido 18 74.800 14,8 0,10 0,00013
Belinda 90 75.260 15,0 0,03 0,00007
Perdita 30 76.400 15,3 0,00 0,00120
Puck 162 86.010 18,3 0,32 0,00012
Mad 25 97.700 22,2 0,13 0,00250
Grandes lunas Diámetro (km) Radio orb. (km) Periodo orb. (días) Inclinación (°) Excentric.
Miranda 472 129.400 1,4 4,23 0,0013
Ariel 1.157 191.000 2,5 0,26 0,0012
Umbriel 1.169 266.300 4,1 0,21 0,0039
Titania 1.577 435.900 8,7 0,34 0,0011
Oberón 1.523 583.500 13,5 0,06 0,0014
Lunas exteriores Diámetro (km) Radio orb. (Mm) Periodo orb. (meses) Inclinación (°) Excentric.
Francisco * 22 4.276 8,9 147 0,15
Calibán * 72 7.230 19,3 140 0,16
Esteban * 32 8.002 22,6 142 0,23
Trinculo * 18 8.571 25,3 166 0,22
Sicorax * 150 12.179 42,8 152 0,52
Margarita 20 14.345 56,5 51 0,66
Prospero * 50 16.418 66,4 146 0,45
Sebastián * 48 17.459 73,4 146 0,59
Fernando * 20 20.900 94,1 167 0,37

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* órbitas retrogradas al giro del planeta.

La literatura y los nombres de las lunas

Lunas
Aparecen en la obra de Alexander Pope
Ariel**, Umbriel, Belinda El rizo robado
Aparecen en las siguientes obras de William Shakespeare
Titania, Oberon, Puck Sueño de una noche de verano
Miranda, Calibán, Sicorax*, Propero, Sebastián, Esteban Trinculo, Francisco, Fernando La Tempestad
Cordelia Rey Lear
Ofelia Hamle
Bianca La fierecilla domada
Cresida Troilo y Cresida
Desdemona Otelo
Julieta, Mab* Romeo y Julieta
Porcia El mercader de Venecia
Rosalinda Como gustes
Margarita Mucho ruido y pocas nueces
Perdita Cuento de invierno
Cupido Timon de Atenas

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* Sycorax y Mab son nombrados en las obras pero no son personajes propiamente de las mismas.

** Ariel también aparece como uno de los personajes relevantes de ‘La Tormenta’.

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Nota: los símbolos de las lunas están adaptados de la propuesta de Denis Moskowitz.

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