Urano

Antes de ser reconocido como planeta, Urano había sido observado muchas veces, pero generalmente se lo confundía con una estrella. Aparentemente, Hiparco lo observó , midiendo las posiciones de las estrellas en el año 128 a. C. para su catálogo, que posteriormente se incorporó al Almagesto de Ptolomeo . El catálogo indica las posiciones de cuatro estrellas que forman un cuadrilátero en Virgo . Una de las cuatro estrellas no existe, pero Urano se encontraba en esa posición en abril del año 128 a. C. ^{[ 29 ]} El primer avistamiento definitivo se produjo en 1690, cuando John Flamsteed lo observó al menos seis veces, catalogándolo como 34 Tauri . James Bradley lo observó tres veces, en 1748, 1750 y 1753.  Tobias Mayer lo observó una vez en 1756. El astrónomo francés Pierre Charles Le Monnier observó Urano al menos doce veces entre 1750 y 1769, incluyendo cuatro noches consecutivas. ^{[ 30 ]}

William Herschel observó Urano el 13 de marzo de 1781 desde el jardín de su casa en 19 New King Street en Bath, Somerset , Inglaterra (ahora el Museo de Astronomía Herschel ), ^{[ 31 ]} e inicialmente lo reportó (el 26 de abril de 1781) como un cometa . ^{[ 32 ]} Con un telescopio reflector casero de 6,2 pulgadas, Herschel "realizó una serie de observaciones sobre la paralaje de las estrellas fijas ". ^{[ 32 ] [ 33 ]}

Herschel registró en su diario: "En el cuartil cerca de ζ Tauri  ... o bien [una] estrella nebulosa o tal vez un cometa". ^{[ 34 ]} El 17 de marzo anotó: "Busqué el cometa o la estrella nebulosa y descubrí que es un cometa, pues ha cambiado de lugar". ^{[ 35 ]} Cuando informó de su descubrimiento a la Royal Society , continuó afirmando que había encontrado un cometa, pero también lo comparó implícitamente con un planeta: ^{[ 32 ]}

El aumento [del ocular ] que tenía cuando vi el cometa por primera vez era de 227. Por experiencia sé que los diámetros de las estrellas fijas no se magnifican proporcionalmente con aumentos mayores, como ocurre con los planetas; por lo tanto, ahora coloqué los oculares con aumentos de 460 y 932, y descubrí que el diámetro del cometa aumentaba proporcionalmente al aumento, como debería ser, suponiendo que no fuera una estrella fija, mientras que los diámetros de las estrellas con las que lo comparé no aumentaban en la misma proporción. Además, al estar el cometa magnificado mucho más allá de lo que su luz permitía, aparecía borroso y mal definido con estos grandes aumentos, mientras que las estrellas conservaban ese brillo y nitidez que, tras miles de observaciones, sabía que mantendrían. Lo que sucedió después ha demostrado que mis suposiciones estaban bien fundadas, pues se trata del cometa que hemos observado recientemente. ^{[ 32 ]}

Herschel notificó al astrónomo real Nevil Maskelyne de su descubrimiento y recibió esta respuesta desconcertada de él el 23 de abril de 1781: «No sé cómo llamarlo. Es tan probable que sea un planeta regular moviéndose en una órbita casi circular alrededor del sol como un cometa moviéndose en una elipsis muy excéntrica. Todavía no he visto ninguna coma o cola en él». ^{[ 36 ]}

Aunque Herschel continuó describiendo su nuevo objeto como un cometa, otros astrónomos ya habían comenzado a sospechar lo contrario. El astrónomo finlandés-sueco Anders Johan Lexell , que trabajaba en Rusia, fue el primero en calcular la órbita del nuevo objeto. ^{[ 37 ]} Su órbita casi circular sugería que se trataba de un planeta en lugar de un cometa. El astrónomo berlinés Johann Elert Bode describió el descubrimiento de Herschel como "una estrella en movimiento que puede considerarse un objeto similar a un planeta hasta ahora desconocido que circula más allá de la órbita de Saturno". ^{[ 38 ]} Bode concluyó que su órbita casi circular se parecía más a la de un planeta que a la de un cometa. ^{[ 39 ]}

El objeto pronto fue aceptado como un nuevo planeta. En 1783, Herschel lo reconoció ante el presidente de la Royal Society, Joseph Banks : «Según la observación de los astrónomos más eminentes de Europa, parece que la nueva estrella, que tuve el honor de señalarles en marzo de 1781, es un planeta primario de nuestro sistema solar». ^{[ 40 ]} En reconocimiento a su logro, el rey Jorge III le otorgó a Herschel un estipendio anual de 200 libras esterlinas ( equivalente a 26 000 libras esterlinas en 2025 ) ^{[ 41 ]} con la condición de que se mudara a Windsor para que la Familia Real pudiera observar a través de sus telescopios. ^{[ 42 ]}

El nombre Urano hace referencia a la antigua deidad griega del cielo Urano ( griego antiguo : Οὐρανός ), conocido como Caelus en la mitología romana, padre de Cronos ( Saturno ), abuelo de Zeus ( Júpiter ) y bisabuelo de Ares ( Marte ), que se tradujo como Urano en latín ( IPA: [ ˈuːranʊs ] ). ^{[ 2 ]} Es el único de los ocho planetas cuyo nombre en inglés deriva de una figura de la mitología griega . La pronunciación del nombre Urano preferida entre los astrónomos es / ˈ jʊər ə n ə s / YOOR -ə-nəs , ^{[ 1 ]} con la u larga del inglés y acento en la primera sílaba como en el latín Uranus , en contraste con / j ʊ ˈ r eɪ n ə s / yuu- RAY -nəs , con acento en la segunda sílaba y una a larga , aunque ambas se consideran aceptables. ^{[ g ]}

No se llegó a un consenso sobre el nombre hasta casi 70 años después del descubrimiento del planeta. Durante las discusiones originales posteriores al descubrimiento, Maskelyne le pidió a Herschel que "le hiciera el favor al mundo astronómico de darle un nombre a su planeta, que es enteramente suyo, [y] por cuyo descubrimiento le estamos tan agradecidos". ^{[ 44 ]} En respuesta a la solicitud de Maskelyne, Herschel decidió nombrar al objeto Georgium Sidus (Estrella de Jorge), o el "Planeta Georgiano", en honor a su nuevo mecenas, el rey Jorge III. ^{[ 45 ]} Explicó esta decisión en una carta a Joseph Banks: ^{[ 40 ]}

En las fabulosas épocas de la antigüedad, los planetas recibían los nombres de Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno, en honor a sus principales héroes y divinidades. En la era actual, más filosófica, difícilmente sería aceptable recurrir al mismo método y llamar a nuestro nuevo cuerpo celeste Juno, Palas, Apolo o Minerva. La primera consideración ante cualquier acontecimiento o suceso notable parece ser su cronología: si en el futuro se preguntara cuándo se descubrió este último planeta, una respuesta muy satisfactoria sería decir: «Durante el reinado del rey Jorge III».

El nombre propuesto para Herschel no fue popular fuera de Gran Bretaña y Hannover, y pronto se propusieron alternativas. El astrónomo Jérôme Lalande propuso que se llamara Herschel en honor a su descubridor. ^{[ 46 ]} El astrónomo sueco Erik Prosperin propuso los nombres Astraea , Cybele (ahora nombres de asteroides) y Neptuno , que más tarde se convirtió en el nombre del siguiente planeta en ser descubierto . Georg Lichtenberg de Göttingen también apoyó Astraea (como Austräa ), pero tradicionalmente se la asocia con Virgo en lugar de Tauro. Neptuno fue apoyado por otros astrónomos a quienes les gustó la idea de conmemorar las victorias de la flota naval británica en el curso de la Guerra de Independencia de los Estados Unidos llamando al nuevo planeta Neptuno Jorge III o Neptuno Gran Bretaña , un compromiso que Lexell también sugirió. ^{[ 37 ] [ 47 ]} Daniel Bernoulli sugirió Hypercronius y Transaturnis . Minerva también fue propuesto. ^{[ 47 ]}

En un tratado de marzo de 1782, Johann Elert Bode propuso Urano , la versión latinizada del dios griego del cielo, Ouranos . ^{[ 48 ]} Bode argumentó que el nombre debía seguir la mitología para no destacar como diferente de los otros planetas, y que Urano era un nombre apropiado como padre de la primera generación de los Titanes . ^{[ 48 ]} También señaló la elegancia del nombre, ya que así como Saturno fue el padre de Júpiter , el nuevo planeta debería ser nombrado en honor al padre de Saturno. ^{[ 42 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]} Sin embargo, aparentemente desconocía que Urano era solo la forma latinizada del nombre de la deidad, y que el equivalente romano era Caelus. En 1789, el colega de Bode en la Real Academia, Martin Klaproth, nombró a su elemento recién descubierto uranio en apoyo de la elección de Bode. ^{[ 51 ]} Finalmente, la sugerencia de Bode se convirtió en la más utilizada y se universalizó en 1850 cuando la Oficina del Almanaque Náutico de Su Majestad , el último rezagado, cambió de usar Georgium Sidus a Uranus . ^{[ 49 ]}

Urano tiene dos símbolos astronómicos . El primero en ser propuesto, ⛢, ^{[ h ]} fue propuesto por Johann Gottfried Köhler a petición de Bode en 1782. ^{[ 52 ]} Köhler sugirió que al nuevo planeta se le diera el símbolo del platino , que había sido descrito científicamente solo 30 años antes. Como no había un símbolo alquímico para el platino, sugirió ⛢ o ⛢ , una combinación de los símbolos de metales planetarios ☉ (oro) y ♂ (hierro), ya que el platino (u «oro blanco») se encuentra mezclado con hierro. Bode pensó que una orientación vertical, ⛢, encajaba mejor con los símbolos de los otros planetas sin dejar de ser distinto. ^{[ 52 ]} Este símbolo predomina en el uso astronómico moderno en los raros casos en que se utilizan símbolos. ^{[ 53 ] [ 54 ]} El segundo símbolo, ♅, ^{[ i ]} fue sugerido por Lalande en 1784. En una carta a Herschel, Lalande lo describió como " un globo surmonté par la première lettre de votre nom " ("un globo coronado por la primera letra de su apellido"). ^{[ 46 ]} El segundo símbolo es casi universal en astrología.

En la cultura popular de habla inglesa , el humor a menudo se deriva de la pronunciación común del nombre de Urano, que se asemeja a la frase "tu ano ". ^{[ 55 ]}

Urano es llamado por una variedad de nombres en otros idiomas. El nombre de Urano se traduce literalmente como la " estrella del Rey Celestial " en chino (天王星; Tiānwángxīng ), japonés (天王星Tennōsei ), coreano (천왕성 Cheonwangseong ) y vietnamita ( sao Thiên Vương ). ^{[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]} En tailandés , su nombre oficial es Dao Yurenat ( ดาวยูเรนัส ), como en inglés. Su otro nombre en tailandés es Dao Maruettayu ( ดาวมฤตยู , Estrella de Mṛtyu), derivado de la palabra sánscrita para 'muerte', Mrtyu ( मृत्यु ). En mongol , su nombre es Tengeriin Van ( Тэнгэрийн ван ), traducido como 'Rey del Cielo', reflejando el papel del dios homónimo como gobernante de los cielos. En hawaiano , su nombre es Heleʻekela , la versión hawaiana del nombre 'Herschel'. ^{[ 60 ]}

El eje de rotación de Urano es aproximadamente paralelo al plano del Sistema Solar, con una inclinación axial que puede describirse como 82,23° o como 97,77°, dependiendo de qué polo se considere norte. ^{[ j ]} La primera sigue la definición de la Unión Astronómica Internacional de que el polo norte es el polo que se encuentra en el lado del Polo Norte de la Tierra del plano invariable del Sistema Solar . Urano tiene rotación retrógrada cuando se define de esta manera. Alternativamente, la convención en la que los polos norte y sur de un cuerpo se definen según la regla de la mano derecha en relación con la dirección de rotación, la inclinación axial de Urano puede darse como 97,77°, lo que invierte qué polo se considera norte y cuál se considera sur, dando al planeta rotación prograda. ^{[ 75 ]} Esto le da cambios estacionales completamente diferentes a los de los otros planetas. Plutón y el asteroide 2 Palas también tienen inclinaciones axiales extremas. Cerca del solsticio , un polo mira continuamente hacia el Sol y el otro mira en dirección opuesta, con solo una estrecha franja alrededor del ecuador experimentando un ciclo rápido de día y noche, con el Sol bajo sobre el horizonte. En el otro lado de la órbita de Urano, la orientación de los polos hacia el Sol se invierte. Cada polo recibe alrededor de 42  años de luz solar continua, seguidos de 42  años de oscuridad. ^{[ 76 ]} Cerca del momento de los equinoccios , el Sol mira hacia el ecuador de Urano, dando un período de ciclos de día y noche similar a los que se observan en la mayoría de los otros planetas.

Una consecuencia de esta orientación del eje es que, en promedio durante el año uraniano, las regiones cercanas a los polos de Urano reciben una mayor entrada de energía del Sol que sus regiones ecuatoriales. Sin embargo, Urano es más caliente en su ecuador que en sus polos. Se desconoce el mecanismo subyacente que causa esto. La causa de la inusual inclinación axial de Urano tampoco se conoce con certeza, pero la especulación habitual es que durante la formación del Sistema Solar, un protoplaneta del tamaño de la Tierra colisionó con Urano, causando la orientación sesgada. ^{[ 77 ]} La investigación de Jacob Kegerreis de la Universidad de Durham sugiere que la inclinación fue el resultado de un protoplaneta más grande que la Tierra que chocó contra el planeta  hace entre 3 y 4 mil millones de años. ^{[ 78 ]} El polo sur de Urano apuntaba casi directamente al Sol en el momento del sobrevuelo de la Voyager  2 en 1986. ^{[ 79 ] [ 80 ]}

Los astrónomos habían intuido el inusual eje de rotación de Urano desde el descubrimiento de Titania y Oberón por Herschel , y Laplace calculó la inclinación de las órbitas de las lunas con respecto al plano ecuatorial del planeta en 1805. ^{[ 81 ]}

La magnitud aparente media de Urano es 5,68 con una desviación estándar de 0,17, mientras que los extremos son 5,38 y 6,03. ^{[ 21 ]} Este rango de brillo está cerca del límite de visibilidad a simple vista . Gran parte de la variabilidad depende de las latitudes planetarias que son iluminadas por el Sol y vistas desde la Tierra. ^{[ 83 ]} Su diámetro angular está entre 3,4 y 3,7  segundos de arco, comparado con 16 a 20  segundos de arco para Saturno y 32 a 45  segundos de arco para Júpiter. ^{[ 84 ]} En oposición , Urano es visible a simple vista en cielos oscuros, y se convierte en un objetivo fácil incluso en condiciones urbanas con binoculares . ^{[ 7 ]} En telescopios de aficionados más grandes con un diámetro objetivo de entre 15 y 23  cm, Urano aparece como un disco cian pálido con un oscurecimiento distintivo del borde . Con un telescopio grande de 25  cm o más ancho, se pueden observar patrones de nubes, así como algunos de los satélites más grandes, como Titania y Oberón . ^{[ 85 ]}

El calor interno de Urano parece notablemente menor que el de los otros planetas gigantes; en términos astronómicos, tiene un flujo térmico bajo . ^{[ 25 ] [ 98 ]} Aún no se comprende por qué la temperatura interna de Urano es tan baja. Neptuno, que es casi el gemelo de Urano en tamaño y composición, irradia 2,61 veces más energía al espacio de la que recibe del Sol, ^{[ 25 ]} pero Urano apenas irradia calor en exceso. La potencia total irradiada por Urano en la parte del espectro infrarrojo lejano (es decir, calor) es1,06 ± 0,08 veces la energía solar absorbida en su atmósfera . ^{[ 20 ] [ 17 ]} El flujo de calor de Urano es solo0,042 ± 0,047 W / m ²  , que es inferior al flujo de calor interno de la Tierra de aproximadamente0,075 W / m ²  . ^{[ 17 ]} La temperatura más baja registrada en la tropopausa de Urano es de 49 K (−224,2 °C; −371,5 °F) , lo que convierte a Urano en el planeta más frío del Sistema Solar. ^{[ 20 ] [ 17 ]}   

Una de las hipótesis para esta discrepancia sugiere que el impactador del tamaño de la Tierra que se teoriza que está detrás de la inclinación axial de Urano dejó al planeta con una temperatura central reducida, ya que el impacto hizo que Urano expulsara la mayor parte de su calor primordial. ^{[ 99 ]} Otra hipótesis es que existe algún tipo de barrera en las capas superiores de Urano que impide que el calor del núcleo llegue a la superficie. ^{[ 19 ]} Por ejemplo, la convección puede tener lugar en un conjunto de capas de composición diferente, lo que puede inhibir el transporte de calor ascendente ; ^{[ 20 ] [ 17 ]} quizás la convección de doble difusión sea un factor limitante. ^{[ 19 ]}

En un estudio de 2021, se simularon las condiciones internas de los gigantes de hielo comprimiendo agua que contenía minerales como olivino y ferropericlasa , demostrando así que grandes cantidades de magnesio podrían disolverse en el interior líquido de Urano y Neptuno. Si Urano tiene más magnesio que Neptuno, podría formar una capa de aislamiento térmico , lo que potencialmente explicaría la baja temperatura del planeta. ^{[ 100 ]}

La composición de la atmósfera de Urano es diferente de su masa, que consiste principalmente en hidrógeno molecular y helio. ^{[ 20 ]} La fracción molar de helio , es decir, el número de átomos de helio por molécula de gas, es0,15 ± 0,03 ^{[ 24 ]} en la troposfera superior, lo que corresponde a una fracción de masa0,26 ± 0,05 . ^{[ 20 ] [ 17 ]} Este valor está cerca de la fracción de masa de helio protosolar de0,275 ± 0,01 , ^{[ 104 ]} indicando que el helio no se ha asentado en su centro como lo ha hecho en los gigantes gaseosos. ^{[ 20 ]} El tercer componente más abundante de la atmósfera de Urano es el metano ( CH ₄ ). ^{[ 20 ]} El metano tiene bandas de absorción prominentes en el visible y el infrarrojo cercano (IR), lo que hace que Urano sea de color aguamarina o cian . ^{[ 20 ]} Las moléculas de metano representan el 2,3% de la atmósfera por fracción molar debajo de la capa de nubes de metano al nivel de presión de 1,3 bar (130 kPa) ; esto representa aproximadamente de 20 a 30 veces la abundancia de carbono que se encuentra en el Sol. ^{[ 20 ] [ 23 ] [ 105 ]}   

La relación de mezcla ^{[ k ]} es mucho menor en la atmósfera superior debido a su temperatura extremadamente baja, lo que reduce el nivel de saturación y hace que el exceso de metano se congele. ^{[ 106 ]} Las abundancias de compuestos menos volátiles como el amoníaco, el agua y el sulfuro de hidrógeno en la atmósfera profunda son poco conocidas. Probablemente también sean más altas que los valores solares. _[ ^{20 ] [ 107 ] Junto} con el metano, se encuentran cantidades traza de varios hidrocarburos en la _{estratosfera de} Urano , que se _cree que se producen a _{partir del} metano por fotólisis inducida por la radiación ultravioleta ( UV _{) solar.} ^{[ 108 ]} Estos incluyen etano ( C2H6 ), acetileno ( C2H2 ₎ , metilacetileno ( CH3C2H ) y diacetileno ( C2HC2H ) . ^{[ 106 ] [ 109 ] [ 110 ]} La espectroscopia también ha descubierto rastros de vapor de agua, monóxido de carbono y dióxido de carbono en la atmósfera superior, que solo pueden originarse de una fuente externa como polvo en caída y cometas . ^{[ 109 ] [ 110 ] [ 111 ]}

La troposfera es la parte más baja y densa de la atmósfera y se caracteriza por una disminución de la temperatura con la altitud. ^{[ 20 ]} La temperatura baja de unos 320 K (47 °C; 116 °F) en la base de la troposfera nominal a −300 km a 53 K (−220 °C; −364 °F) a 50 km. ^{[ 102 ] [ 105 ]} Las temperaturas en la región superior más fría de la troposfera (la tropopausa ) en realidad varían en el rango entre 49 y 57 K (−224 y −216 °C; −371 y −357 °F) dependiendo de la latitud planetaria. ^{[ 20 ] [ 98 ]} La región de la tropopausa es responsable de la gran mayoría de las emisiones térmicas infrarrojas lejanas de Urano , determinando así su temperatura efectiva de 59,1 ± 0,3 K (−214,1 ± 0,3 °C; −353,3 ± 0,5 °F) . ^{[ 98 ] [ 17 ]}                    

Se cree que la troposfera tiene una estructura de nubes muy compleja; se hipotetiza que las nubes de agua se encuentran en el rango de presión de 50 a 100 bar (5 a 10 MPa) , las nubes de hidrosulfuro de amonio en el rango de 20 a 40 bar (2 a 4 MPa) , las nubes de amoníaco o sulfuro de hidrógeno entre 3 y 10 bar (0,3 y 1 MPa) y, finalmente, nubes delgadas de metano detectadas directamente entre 1 y 2 bar (0,1 a 0,2 MPa) . ^{[ 20 ] [ 23 ] [ 102 ] [ 112 ]} La troposfera es una parte dinámica de la atmósfera, que exhibe fuertes vientos, nubes brillantes y cambios estacionales. ^{[ 25 ]}        

La capa media de la atmósfera uraniana es la estratosfera , donde la temperatura generalmente aumenta con la altitud desde 53 K (−220 °C; −364 °F) en la tropopausa hasta entre 800 y 850 K (527 y 577 °C; 980 y 1070 °F) en la base de la termosfera. ^{[ 103 ]} El calentamiento de la estratosfera es causado por la absorción de la radiación UV e IR solar por el metano y otros hidrocarburos , ^{[ 114 ]} que se forman en esta parte de la atmósfera como resultado de la fotólisis del metano . ^{[ 108 ]} El calor también se conduce desde la termosfera caliente. ^{[ 114 ]} Los hidrocarburos ocupan una capa relativamente estrecha a altitudes de entre 100 y 300 km, correspondiente a un rango de presión de 1000 a 10 Pa y temperaturas de entre 75 y 170 K (−198 y −103 °C; −325 y −154 °F) . ^{[ 106 ] [ 109 ]}           

Los hidrocarburos más abundantes son el metano, el acetileno y el etano , con proporciones de mezcla de alrededor de 10.⁻⁷ en relación con el hidrógeno. La proporción de mezcla de monóxido de carbono es similar a estas altitudes. ^{[ 106 ] [ 109 ] [ 111 ]} Los hidrocarburos más pesados ​​y el dióxido de carbono tienen proporciones de mezcla tres órdenes de magnitud menores. ^{[ 109 ]} La proporción de abundancia de agua es de alrededor de 7 × 10⁻⁹ . ^{[ 110 ]} El etano y el acetileno tienden a condensarse en la parte inferior más fría de la estratosfera y la tropopausa (por debajo del nivel de 10 mBar) formando capas de neblina, ^{[ 108 ]} que pueden ser parcialmente responsables de la apariencia insípida de Urano. La concentración de hidrocarburos en la estratosfera uraniana por encima de la neblina es significativamente menor que en las estratosferas de los otros planetas gigantes. ^{[ 106 ] [ 115 ]}

La capa más externa de la atmósfera uraniana es la termosfera y la corona, que tiene una temperatura uniforme de alrededor de 800 K (527 °C) a 850 K (577 °C) . ^{[ 20 ] [ 115 ]} No se comprenden las fuentes de calor necesarias para mantener un nivel tan alto, ya que ni la radiación UV solar ni la actividad auroral pueden proporcionar la energía necesaria para mantener estas temperaturas. La baja eficiencia de enfriamiento debido a la falta de hidrocarburos en la estratosfera por encima de los niveles de presión de 0,1 mBar también puede contribuir. ^{[ 103 ] [ 115 ]} Además de hidrógeno molecular, la termosfera-corona contiene muchos átomos de hidrógeno libre. Su pequeña masa y altas temperaturas explican por qué la corona se extiende hasta 50 000 km (31 000 mi) , o dos radios uranianos, desde su superficie. ^{[ 103 ] [ 115 ]}       

Esta corona extendida es una característica única de Urano. ^{[ 115 ]} Sus efectos incluyen un arrastre sobre las partículas pequeñas que orbitan Urano, causando un agotamiento general de polvo en los anillos uranianos. ^{[ 103 ]} La termosfera uraniana, junto con la parte superior de la estratosfera, corresponde a la ionosfera de Urano. ^{[ 105 ]} Las observaciones muestran que la ionosfera ocupa altitudes de 2000 a 10000 km (1200 a 6200 mi) . ^{[ 105 ]} La ionosfera uraniana es más densa que la de Saturno o Neptuno, lo que puede deberse a la baja concentración de hidrocarburos en la estratosfera. ^{[ 115 ] [ 116 ]} La ionosfera se mantiene principalmente por la radiación UV solar y su densidad depende de la actividad solar . ^{[ 117 ]} La actividad auroral es insignificante en comparación con Júpiter y Saturno. ^{[ 115 ] [ 118 ]}  

En 1986, la Voyager  2 descubrió que el hemisferio sur visible de Urano se puede subdividir en dos regiones: un casquete polar brillante y bandas ecuatoriales oscuras. ^{[ 119 ]} Su límite se encuentra aproximadamente a -45° de latitud . Una banda estrecha que abarca el rango latitudinal de -45 a -50° es la característica grande más brillante en su superficie visible. ^{[ 119 ] [ 121 ]} Se le llama un "collar" sur. Se cree que el casquete y el collar son una región densa de nubes de metano ubicada dentro del rango de presión de 1,3 a 2  bar. ^{[ 122 ]} Además de la estructura de bandas a gran escala, la Voyager  2 observó diez pequeñas nubes brillantes, la mayoría ubicadas varios grados al norte del collar. ^{[ 119 ]} En todos los demás aspectos, Urano parecía un planeta dinámicamente muerto en 1986.

La Voyager  2 llegó durante el apogeo del verano austral de Urano y no pudo observar el hemisferio norte. A principios del siglo XXI, cuando la región polar norte se hizo visible, el Telescopio Espacial Hubble (HST) y el telescopio Keck inicialmente no observaron ni un collar ni un casquete polar en el hemisferio norte. ^{[ 121 ]} Por lo tanto, Urano parecía ser asimétrico: brillante cerca del polo sur y uniformemente oscuro en la región al norte del collar sur. ^{[ 121 ]} En 2007, cuando Urano pasó su equinoccio, el collar sur casi desapareció y un tenue collar norte emergió cerca de los 45° de latitud. ^{[ 123 ]} En 2023, un equipo que empleó el Very Large Array observó un collar oscuro a 80° de latitud y un punto brillante en el polo norte, lo que indicaba la presencia de un vórtice polar . ^{[ 124 ]}

En la década de 1990, el número de características de nubes brillantes observadas aumentó considerablemente, en parte porque se dispuso de nuevas técnicas de imágenes de alta resolución. ^{[ 25 ]} La mayoría se encontraron en el hemisferio norte cuando comenzó a hacerse visible. ^{[ 25 ]} Una explicación inicial —que las nubes brillantes son más fáciles de identificar en su parte oscura, mientras que en el hemisferio sur el collar brillante las enmascara— se demostró que era incorrecta. ^{[ 125 ] [ 126 ]} Sin embargo, hay diferencias entre las nubes de cada hemisferio. Las nubes del norte son más pequeñas, más nítidas y más brillantes. ^{[ 126 ]} Parecen estar a mayor altitud. ^{[ 126 ]} La vida útil de las nubes abarca varios órdenes de magnitud. Algunas nubes pequeñas viven durante horas; al menos una nube del sur puede haber persistido desde el sobrevuelo de la Voyager  2. ^{[ 25 ] [ 120 ]} Observaciones recientes también descubrieron que las características de las nubes en Urano tienen mucho en común con las de Neptuno. ^{[ 25 ]} Por ejemplo, las manchas oscuras comunes en Neptuno nunca se habían observado en Urano antes de 2006, cuando se fotografió la primera característica de este tipo denominada Mancha Oscura de Urano . ^{[ 127 ]} Se especula que Urano se está volviendo más parecido a Neptuno durante su temporada equinoccial. ^{[ 128 ]}

El seguimiento de numerosas características de las nubes permitió determinar los vientos zonales que soplan en la troposfera superior de Urano. ^{[ 25 ]} En el ecuador, los vientos son retrógrados, lo que significa que soplan en dirección opuesta a la rotación planetaria. Sus velocidades son de −360 a −180 km/h (−220 a −110 mph) . ^{[ 25 ] [ 121 ]} Las velocidades del viento aumentan con la distancia al ecuador, alcanzando valores cero cerca de ±20° de latitud, donde se encuentra el mínimo de temperatura de la troposfera. ^{[ 25 ] [ 98 ]} Más cerca de los polos, los vientos cambian a una dirección prograda, fluyendo con la rotación de Urano. Las velocidades del viento continúan aumentando alcanzando máximos en ±60° de latitud antes de caer a cero en los polos. ^{[ 25 ]} Las velocidades del viento a −40° de latitud varían de 540 a 720 km/h (340 a 450 mph) . Debido a que el collar oculta todas las nubes por debajo de ese paralelo, es imposible medir las velocidades entre este y el polo sur. ^{[ 25 ]} En contraste, en el hemisferio norte se observan velocidades máximas de hasta 860 km/h (540 mph) cerca de +50° de latitud. ^{[ 25 ] [ 121 ] [ 129 ]}      

En 1986, el experimento de radioastronomía planetaria (PRA) de Voyager 2 observó 140 relámpagos, o descargas electrostáticas uranianas con una frecuencia de 0,9-40  MHz. ^{[ 130 ] [ 131 ]} Las UED se detectaron desde 600 000  km de Urano durante 24 horas, la mayoría de las cuales no fueron visibles. ^{[ 130 ]} Sin embargo, el modelado microfísico sugiere que los relámpagos uranianos ocurren en tormentas convectivas que ocurren en nubes de agua de la troposfera profunda. ^{[ 130 ] [ 132 ]} Si este es el caso, los relámpagos no serán visibles debido a las gruesas capas de nubes sobre la troposfera. ^{[ 131 ]} Los relámpagos uranianos tienen una potencia de alrededor de 10 ⁸ W, emiten 1×10^7 J - 2×10^7 J de energía y duran un promedio de 120 ms. Existe la posibilidad de que la potencia de los rayos uranianos varíe considerablemente con las estaciones debido a cambios en las tasas de convección en las nubes ^{[ 131 ].} Los rayos uranianos son mucho más potentes que los rayos terrestres y comparables a los rayos jovianos. ^{[ 131 ].} Durante los sobrevuelos de los gigantes de hielo, la "Voyager 2" detectó rayos con mayor claridad en Urano que en Neptuno debido a la menor gravedad del planeta y a una posible atmósfera profunda más cálida. ^{[ 132 ].}

Durante un breve período de marzo a mayo de 2004, aparecieron grandes nubes en la atmósfera de Urano, dándole una apariencia similar a la de Neptuno. ^{[ 133 ] [ 126 ] [ 134 ]} Las observaciones incluyeron velocidades récord del viento de 820 km/h (510 mph) y una tormenta eléctrica persistente conocida como "fuegos artificiales del 4 de julio". ^{[ 120 ]} El 23 de agosto de 2006, investigadores del Space Science Institute (Boulder, Colorado) y la Universidad de Wisconsin observaron una mancha oscura en la superficie de Urano, lo que proporcionó a los científicos más información sobre la actividad atmosférica de Urano. ^{[ 127 ]} No se sabe con certeza por qué ocurrió este repentino aumento de actividad, pero parece que la extrema inclinación axial de Urano produce variaciones estacionales extremas en su clima. ^{[ 135 ] [ 128 ]} Determinar la naturaleza de esta variación estacional es difícil porque existen buenos datos sobre la atmósfera de Urano desde hace menos de 84 años, o un año uraniano completo. La fotometría a lo largo de medio año uraniano (que comenzó en la década de 1950) ha mostrado una variación regular en el brillo en dos bandas espectrales , con máximos que ocurren en los solsticios y mínimos que ocurren en los equinoccios. ^{[ 136 ]} Se ha observado una variación periódica similar, con máximos en los solsticios, en mediciones de microondas de la troposfera profunda que comenzaron en la década de 1960. ^{[ 137 ]} Las mediciones de temperatura estratosférica que comenzaron en la década de 1970 también mostraron valores máximos cerca del solsticio de 1986. ^{[ 114 ]} Se cree que la mayor parte de esta variabilidad se debe a cambios en la geometría de observación. ^{[ 125 ]}  

Hay indicios de que se están produciendo cambios estacionales físicos en Urano. Aunque se sabe que Urano tiene una región polar sur brillante, el polo norte es bastante tenue, lo que es incompatible con el modelo de cambio estacional descrito anteriormente. ^{[ 128 ]} Durante su anterior solsticio boreal en 1944, Urano mostró niveles elevados de brillo, lo que sugiere que el polo norte no siempre fue tan tenue. ^{[ 136 ]} Esta información implica que el polo visible se ilumina algún tiempo antes del solsticio y se oscurece después del equinoccio. ^{[ 128 ]} El análisis detallado de los datos visibles y de microondas reveló que los cambios periódicos en el brillo no son completamente simétricos alrededor de los solsticios, lo que también indica un cambio en los patrones de albedo meridional . ^{[ 128 ]}

En la década de 1990, a medida que Urano se alejaba de su solsticio, el Hubble y los telescopios terrestres revelaron que el casquete polar sur se oscureció notablemente (excepto el collar sur, que permaneció brillante), ^{[ 122 ]} mientras que el hemisferio norte mostró una actividad creciente, ^{[ 120 ]} como formaciones de nubes y vientos más fuertes, lo que reforzó las expectativas de que pronto se iluminaría. ^{[ 126 ]} Esto sucedió en 2007 cuando pasó un equinoccio: surgió un tenue collar polar norte, y el collar sur se volvió casi invisible, aunque el perfil del viento zonal permaneció ligeramente asimétrico, con vientos del norte algo más lentos que los del sur. ^{[ 123 ]}

El mecanismo de estos cambios físicos aún no está claro. ^{[ 128 ]} Cerca de los solsticios de verano e invierno, los hemisferios de Urano se encuentran alternativamente bajo el resplandor de los rayos del Sol o mirando hacia el espacio profundo. Se cree que el brillo del hemisferio iluminado por el Sol resulta del engrosamiento local de las nubes de metano y las capas de neblina ubicadas en la troposfera. ^{[ 122 ]} El collar brillante a −45° de latitud también está relacionado con las nubes de metano. ^{[ 122 ]} Otros cambios en la región polar sur pueden explicarse por cambios en las capas inferiores de nubes. ^{[ 122 ]} La variación de la emisión de microondas de Urano probablemente se deba a cambios en la circulación troposférica profunda , porque las nubes polares espesas y la neblina pueden inhibir la convección. ^{[ 138 ]} Ahora que llegan los equinoccios de primavera y otoño a Urano, la dinámica está cambiando y la convección puede ocurrir de nuevo. ^{[ 120 ] [ 138 ]}