3.4: Órbitas en el Sistema Solar
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Objetivos de aprendizaje
Al final de la sección, podrás:
- Comparar las características orbitales de los planetas en el sistema solar
- Comparar las características orbitales de asteroides y cometas en el sistema solar
Recordemos que el camino de un objeto bajo la influencia de la gravedad a través del espacio se llama su órbita, ya sea que ese objeto sea una nave espacial, un planeta, una estrella o una galaxia. Una órbita, una vez determinada, permite calcular las posiciones futuras del objeto.
Dos puntos en cualquier órbita de nuestro sistema solar han recibido nombres especiales. El lugar donde el planeta está más cerca del Sol (helios en griego) y se mueve más rápido se llama el perihelio de su órbita, y el lugar donde está más alejado y se mueve más lentamente es el afelio. Para la Luna o un satélite que orbita la Tierra (gee en griego), los términos correspondientes son perigeo y apogeo. (En este libro, usamos la palabra luna para un objeto natural que rodea un planeta y la palabra satélite para significar un objeto hecho por el hombre que gira alrededor de un planeta).
Órbitas de los Planetas
Hoy, el trabajo de Newton nos permite calcular y predecir las órbitas de los planetas con una precisión maravillosa. Conocemos ocho planetas, comenzando con Mercurio más cercano al Sol y extendiéndose hacia fuera hasta Neptuno. Los datos orbitales promedio para los planetas se resumen en la Tabla\(\PageIndex{1}\). (Ceres es el más grande de los asteroides, ahora considerado un planeta enano).
Según las leyes de Kepler, Mercurio debe tener el periodo orbital más corto (88 días terrestres); así, tiene la velocidad orbital más alta, promediando 48 kilómetros por segundo. En el extremo opuesto, Neptuno tiene un periodo de 165 años y una velocidad orbital promedio de apenas 5 kilómetros por segundo.
| Planeta | Eje Semimajor (AU) | Periodo (y) | Excentricidad |
|---|---|---|---|
| Mercurio | 0.39 | 0.24 | 0.21 |
| Venus | 0.72 | 0.6 | 0.01 |
| Tierra | 1 | 1.00 | 0.02 |
| Marte | 1.52 | 1.88 | 0.09 |
| (Ceres) | 2.77 | 4.6 | 0.08 |
| Júpiter | 5.20 | 11.86 | 0.05 |
| Saturno | 9.54 | 29.46 | 0.06 |
| Urano | 19.19 | 84.01 | 0.05 |
| Neptuno | 30.06 | 164.82 | 0.01 |
Todos los planetas tienen órbitas de excentricidad bastante baja. La órbita más excéntrica es la de Mercurio (0.21); el resto tiene excentricidades menores a 0.1. Es una suerte que entre el resto, Marte tenga una excentricidad mayor que la de muchos de los otros planetas. De lo contrario, las observaciones pre-telescópicas de Brahe no habrían sido suficientes para que Kepler dedujera que su órbita tenía la forma de una elipse en lugar de un círculo.
Las órbitas planetarias también están confinadas cerca de un plano común, que está cerca del plano de la órbita terrestre (llamado la eclíptica). La extraña órbita del planeta enano Plutón está inclinada unos 17° con respecto a la eclíptica, y la del planeta enano Eris (orbitando aún más lejos del Sol que Plutón) en 44°, pero todos los planetas mayores se encuentran dentro de los 10° del plano común del sistema solar.
Puedes usar un simulador orbital para diseñar tu propio mini sistema solar con hasta cuatro cuerpos. Ajustar las masas, velocidades y posiciones de los planetas, y ver qué sucede con sus órbitas como resultado.
Órbitas de asteroides y cometas
Además de los ocho planetas, hay muchos objetos más pequeños en el sistema solar. Algunas de ellas son lunas (satélites naturales) que orbitan todos los planetas excepto Mercurio y Venus. Además, hay dos clases de objetos más pequeños en órbitas heliocéntricas: asteroides y cometas. Se cree que tanto los asteroides como los cometas son pequeños trozos de material sobrante del proceso de formación del sistema solar.
En general, los asteroides tienen órbitas con semiejes más pequeños que los cometas (Figura\(\PageIndex{1}\)). La mayoría de ellos se encuentran entre 2.2 y 3.3 UA, en la región conocida como el cinturón de asteroides (ver Cometas y asteroides: Desechos del Sistema Solar). Como se puede ver en Tabla\(\PageIndex{1}\), el cinturón de asteroides (representado por su miembro más grande, Ceres) se encuentra en medio de una brecha entre las órbitas de Marte y Júpiter. Es porque estos dos planetas están tan separados que pueden existir órbitas estables de cuerpos pequeños en la región entre ellos.
Los cometas generalmente tienen órbitas de mayor tamaño y mayor excentricidad que las de los asteroides. Por lo general, la excentricidad de sus órbitas es de 0.8 o superior. De acuerdo con la segunda ley de Kepler, por lo tanto, pasan la mayor parte de su tiempo lejos del Sol, moviéndose muy lentamente. A medida que se acercan al perihelio, los cometas aceleran y azotan más rápidamente las partes internas de sus órbitas.
Conceptos clave y resumen
El punto más cercano en la órbita de un satélite alrededor de la Tierra es su perigeo, y el punto más lejano es su apogeo (correspondiente al perihelio y afelio para una órbita alrededor del Sol). Los planetas siguen órbitas alrededor del Sol que son casi circulares y en el mismo plano. La mayoría de los asteroides se encuentran entre Marte y Júpiter en el cinturón de asteroides, mientras que los cometas generalmente siguen órbitas de alta excentricidad.
Glosario
- afelio
- el punto en su órbita donde un planeta (u otro objeto orbitante) está más alejado del Sol
- apogeo
- el punto en su órbita donde un satélite terrestre está más alejado de la Tierra
- cinturón de asteroides
- la región del sistema solar entre las órbitas de Marte y Júpiter en la que se encuentran la mayoría de los asteroides; el cinturón principal, donde las órbitas son generalmente las más estables, se extiende de 2.2 a 3.3 UA desde el Sol
- perigeo
- el punto en su órbita donde un satélite terrestre está más cerca de la Tierra
- perihelio
- el punto en su órbita donde un planeta (u otro objeto orbitante) está más cercano al Sol
- satélite
- un objeto que gira alrededor de un planeta