Sistema Solar: concepto, formación y planetas
El Sistema Solar es un conjunto de cuerpos celestes que incluye al Sol y a ocho planetas, luego de que Plutón fuera reclasificado como un planeta enano en 2006. Además, forma parte del sistema una variedad de planetas enanos, lunas, asteroides, cometas, meteoroides, así como polvo y gas interestelares.
Las distancias dentro de este sistema se miden usando la unidad astronómica (UA), que equivale a aproximadamente 150 millones de kilómetros, basada en la distancia media entre la Tierra y el Sol. La heliopausa, que marca el límite entre el Sistema Solar y el espacio interestelar, se encuentra a unas 100 UA del Sol. Sin embargo, los cometas son los cuerpos más distantes, con órbitas muy elípticas que pueden alcanzar hasta 50.000 UA o incluso más.
Índice de contenidos
Introducción
Hasta 1995, el Sistema Solar era el único conocido con planetas, pero ese año los astrónomos hallaron un planeta similar a Júpiter orbitando la estrella 51 Pegasi, que es parecida al Sol. Posteriormente, se descubrieron otros dos planetas con masas mayores a la de Júpiter, alrededor de las estrellas 70 Virginis y 47 Ursae Maioris. En 1999, dos equipos de astrónomos anunciaron, de manera independiente, el hallazgo del primer sistema multiplanetario fuera del nuestro, compuesto por tres planetas gaseosos orbitando la estrella Ípsilon Andromedae. En 2000, se identificaron dos sistemas planetarios extrasolares adicionales.
El sistema más semejante al nuestro hasta ahora es el de la estrella 55 Cancri, con al menos dos planetas en órbitas similares a las de Júpiter alrededor del Sol. En junio de 2002, se descubrió el segundo de estos planetas, ubicado a una distancia de su estrella parecida a la que separa a Júpiter del Sol, con una órbita algo elíptica como la de Júpiter. Desde 1995, cuando se halló el primer planeta fuera de nuestro Sistema Solar, más de 200 planetas extrasolares han sido descubiertos.
El sol
El Sol es una estrella de tamaño y luminosidad medios en comparación con otras. La energía que emite, incluida la luz solar, proviene de un proceso de fusión nuclear en su núcleo, donde el hidrógeno se convierte en helio debido a las altas temperaturas y densidad (ver Energía nuclear). Aunque esta fusión convierte 600 millones de toneladas de hidrógeno cada segundo, la gran masa del Sol (2 × 10^27 toneladas) le permite seguir brillando con su intensidad actual durante aproximadamente 6.000 millones de años.
Esta estabilidad es esencial para que la vida en la Tierra pueda desarrollarse y perdurar. A pesar de su estabilidad, el Sol es una estrella muy activa, con manchas solares oscuras que aparecen y desaparecen en su superficie en ciclos de 11 años, asociadas con campos magnéticos intensos. Los estallidos repentinos de partículas cargadas provenientes de estas erupciones solares pueden generar auroras y alterar las señales electromagnéticas de la Tierra.
Además, un flujo constante de protones, electrones e iones es expulsado del Sol, moviéndose a través del Sistema Solar en espirales debido a la rotación solar. Este viento solar también da forma a las colas de gas de los cometas y deja huellas en la superficie lunar.
Los planetas
Tras la definición de planeta establecida por la Unión Astronómica Internacional en agosto de 2006, el Sistema Solar está compuesto actualmente por ocho planetas, que se agrupan en dos categorías: los planetas interiores (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) y los planetas exteriores (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno). Los planetas interiores son pequeños y están formados principalmente por roca y hierro, mientras que los exteriores son mucho más grandes y se componen principalmente de hidrógeno, hielo y helio.
Mercurio es el planeta más denso, debido a su núcleo de hierro masivo. Su atmósfera es muy tenue, y su superficie presenta numerosos cráteres causados por impactos de asteroides. Venus, por su parte, posee una atmósfera densa de dióxido de carbono (CO2), 90 veces más densa que la de la Tierra, lo que genera un fuerte efecto invernadero y mantiene su superficie extremadamente caliente, con temperaturas de aproximadamente 477 °C, la más alta de todos los planetas.
La Tierra es el único planeta conocido que tiene grandes cantidades de agua líquida y vida. Marte, aunque en el pasado pudo haber tenido agua en su superficie, tiene ahora una atmósfera muy delgada de dióxido de carbono, lo que lo convierte en un planeta frío y seco, con casquetes polares de dióxido de carbono sólido.
Júpiter, el mayor de los planetas, tiene el mayor número de lunas conocidas. Su atmósfera de hidrógeno y helio está salpicada de nubes de tonos suaves, y su enorme magnetosfera, junto con sus anillos y satélites, lo convierte en un sistema planetario por sí mismo. Saturno, rivalizando con Júpiter, tiene un sistema de anillos más complejo y una gran cantidad de lunas, incluida Titán, que posee una atmósfera densa.
Urano y Neptuno, por otro lado, tienen menos hidrógeno en comparación con los dos gigantes, y Urano se destaca por su inclinación, ya que su eje de rotación forma un ángulo de 8° con respecto a su órbita, además de contar con anillos.
Los planetas enanos
La resolución de la Unión Astronómica Internacional de agosto de 2006, que estableció la definición de “planeta”, también introdujo dos nuevas categorías para los cuerpos del Sistema Solar: los planetas enanos y los cuerpos pequeños. A diferencia de los planetas, los planetas enanos no han logrado despejar su órbita de otros cuerpos cercanos. Los tres primeros cuerpos en ser clasificados como planetas enanos fueron Plutón, Ceres y Eris, este último un objeto ligeramente más grande que Plutón, inicialmente denominado de manera provisional como 2003 UB313 (anteriormente conocido como Xena).
Plutón, con características similares a las de las lunas más grandes y heladas de Júpiter y Saturno, se encuentra tan distante del Sol y tiene temperaturas tan bajas que el metano se congela en su superficie. Ceres, que tiene un diámetro aproximado de 950 km, se encuentra en una órbita entre Marte y Júpiter. Eris, por su parte, fue descubierto en julio de 2005 en el cinturón de Kuiper, una región del espacio más allá de Neptuno, que está compuesta por una multitud de cuerpos rocosos que orbitan el Sol.
Otros Componentes
La categoría de “cuerpos pequeños del Sistema Solar” abarca todos los objetos que no son planetas, planetas enanos ni satélites, e incluye la mayoría de los asteroides, los objetos transneptunianos, los cometas y los meteoroides. Los asteroides son cuerpos rocosos que siguen trayectorias elípticas, principalmente entre Marte y Júpiter. Existen miles de asteroides de distintos tamaños, siendo los más grandes de varios cientos de kilómetros de diámetro.
Algunos de estos asteroides pueden desviarse de sus órbitas originales y acercarse más al Sol. Los cuerpos más pequeños que orbitan alrededor del Sol son los meteoroides. Al entrar en la atmósfera terrestre y quemarse, estos objetos producen destellos luminosos conocidos como meteoros. Los fragmentos que sobreviven al paso por la atmósfera y caen sobre la Tierra se llaman meteoritos.
El estudio de estos meteoritos en los laboratorios ha proporcionado valiosa información sobre las condiciones primordiales del Sistema Solar. Las superficies de planetas como Mercurio y Marte, así como las de varios satélites planetarios, incluidos la Luna, presentan evidentes marcas de impactos de asteroides ocurridos en los primeros tiempos del Sistema Solar. En la Tierra, estas marcas se han ido desgastando, excepto en algunos cráteres más recientes.
El polvo interplanetario también proviene de los cometas, que están formados principalmente por gases helados y polvo, con diámetros de entre 1 y 10 km. Muchos de estos cometas orbitan el Sol a distancias extremadamente lejanas, pero a veces las estrellas cercanas los desvían hacia trayectorias que los traen al Sistema Solar interior. Al acercarse al Sol, los cometas liberan sus gases y polvo, formando una brillante cabellera y una cola visible. Bajo la influencia de Júpiter, algunos cometas adoptan órbitas más cortas.
El cometa más famoso, Halley, regresa al Sistema Solar interior cada 75 años, y su última aparición fue en 1986. En 1994, los fragmentos del cometa Shoemaker-Levy 9 colisionaron contra la atmósfera de Júpiter a velocidades de hasta 210.000 km/h, lo que generó explosiones colosales, liberando una enorme cantidad de energía cinética convertida en calor y creando bolas de fuego más grandes que la propia Tierra.
Las superficies de los satélites helados de los planetas exteriores muestran signos de impactos de los núcleos de cometas. Un ejemplo de esto es el asteroide Quirón, que orbita entre Saturno y Urano y que podría ser un cometa inactivo de gran tamaño. De manera similar, algunos de los asteroides que cruzan la órbita terrestre podrían ser los restos rocosos de cometas que han dejado de estar activos.
Los cometas se distribuyen en dos grandes agrupaciones alrededor del Sol: el cinturón de Kuiper y la nube de Oort. El cinturón de Kuiper es un anillo que se extiende más allá de la órbita de Neptuno, entre 30 y 50 UA (unidades astronómicas), y contiene una reserva de cometas con periodos orbitales inferiores a 500 años. Por otro lado, la nube de Oort se encuentra teóricamente en una capa esférica más alejada, a medio camino entre el Sol y la heliopausa, siendo el lugar de origen de cometas con órbitas muy largas.
En 2002, dentro del cinturón de Kuiper, se identificó un cuerpo celeste llamado Quaoar, de unos 1.300 km de diámetro, el más grande descubierto en la región desde Plutón en 1930. En 2004 se confirmó el hallazgo de Sedna, un objeto más pequeño que Plutón, pero probablemente mayor que Quaoar, que podría formar parte de la nube de Oort. Sedna tiene una órbita extremadamente elíptica y presenta un color rojizo con un brillo característico.
El Sol está rodeado por tres anillos de polvo interplanetario. Uno de estos anillos, ubicado entre Júpiter y Marte, es conocido desde hace tiempo como la fuente de la luz zodiacal. Los otros dos anillos fueron descubiertos en 1983; uno se encuentra a solo dos anchos solares de distancia del Sol, y el otro está en la región de los asteroides.
Movimientos de los planetas y sus satélites
Si se pudiera observar el Sistema Solar desde el polo norte de la Tierra, los planetas parecerían moverse alrededor del Sol en sentido contrario a las agujas del reloj. Todos los planetas, excepto Venus y Urano, giran sobre su eje en la misma dirección. El sistema solar en su conjunto es relativamente plano, aunque las órbitas de Mercurio y Plutón están algo inclinadas. La órbita de Plutón, además, es tan elíptica que en algunos momentos se acerca más al Sol que Neptuno.
Los sistemas de satélites siguen en su mayoría el mismo comportamiento que los planetas principales, aunque hay varias excepciones. Por ejemplo, Júpiter, Saturno y Neptuno tienen satélites que se mueven en órbitas retrógradas (en sentido de las agujas del reloj), y muchas de las órbitas de los satélites son altamente elípticas. Además, Júpiter tiene dos grupos de asteroides atrapados en órbitas estables, llamados los Troyanos, que se encuentran a 60° delante y detrás del planeta en su órbita alrededor del Sol. Saturno también tiene algunos satélites que capturan cuerpos más pequeños de manera similar.
En medio de este complejo patrón de movimientos, existen resonancias notables. Por ejemplo, Mercurio realiza tres rotaciones sobre su eje por cada dos revoluciones alrededor del Sol. También, no existen asteroides con periodos de 1/2, 1/3,…, 1/n del periodo de Júpiter. Los tres satélites interiores de Júpiter, descubiertos por Galileo, tienen períodos de órbita en una proporción de 4:2:1. Estos ejemplos muestran el delicado equilibrio de fuerzas que caracteriza a un sistema gravitatorio compuesto por muchos cuerpos.
Teorías sobre el origen
A pesar de sus diferencias, los miembros del Sistema Solar probablemente forman una familia común que se originó al mismo tiempo. Una de las primeras teorías sobre el origen del Sistema Solar fue la hipótesis nebular, propuesta por el filósofo alemán Immanuel Kant y el astrónomo Pierre Simon Laplace. Según esta teoría, una nube de gas se fragmentó en anillos que luego se condensaron para formar los planetas.
Sin embargo, las dudas sobre la estabilidad de estos anillos llevaron a algunos científicos a considerar otras hipótesis, como la de un encuentro violento entre el Sol y otra estrella. Aunque tales encuentros son extremadamente raros, en caso de ocurrir, los gases calientes se dispersarían en lugar de condensarse para formar los planetas.
En la actualidad, las teorías sobre la formación del Sistema Solar están conectadas con la formación del Sol, que ocurrió hace unos 4.700 millones de años. Se cree que la fragmentación y el colapso gravitacional de una nube interestelar de gas y polvo, posiblemente provocada por las explosiones de una supernova cercana, llevó a la creación de una nebulosa solar primordial. En esta nebulosa, el Sol se formó en la región central, la cual era más densa.
La alta temperatura cerca del Sol impidió la formación de materiales más ligeros, como los silicatos, lo que podría explicar la composición de Mercurio, un planeta cercano al Sol con una pequeña envoltura de silicatos y un núcleo de hierro denso. A mayores distancias, los gases se condensaron en sólidos, como los que encontramos en los planetas exteriores como Júpiter.
La evidencia de una posible explosión de supernova en el pasado se encuentra en los isótopos anómalos encontrados en meteoritos. Esta relación entre la formación de planetas y la de estrellas sugiere que muchas otras estrellas en nuestra galaxia también podrían tener planetas. Además, la presencia de sistemas de estrellas múltiples y binarias, así como grandes sistemas de satélites alrededor de Júpiter y Saturno, apoya la idea de que el colapso de una nube de gas pueda fragmentarse en sistemas de cuerpos múltiples.
