7.4: Origen del Sistema Solar
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Objetivos de aprendizaje
Al final de esta sección, podrás:
- Describir las características de los planetas que se utilizan para crear modelos de formación del sistema solar
- Describir cómo las características de los sistemas extrasolares nos ayudan a modelar nuestro propio sistema solar
- Explicar la importancia de las colisiones en la formación del sistema solar
Gran parte de la astronomía está motivada por el deseo de entender el origen de las cosas: encontrar al menos respuestas parciales a preguntas milenarias de dónde venimos el universo, el Sol, la Tierra y nosotros mismos. Cada planeta y luna es un lugar fascinante que puede estimular nuestra imaginación mientras tratamos de imaginarnos cómo sería visitar. Tomados en conjunto, los miembros del sistema solar conservan patrones que pueden decirnos sobre la formación de todo el sistema. Al comenzar nuestra exploración de los planetas, queremos presentar nuestra imagen moderna de cómo se formó el sistema solar.
El reciente descubrimiento de cientos de planetas en órbita alrededor de otras estrellas ha demostrado a los astrónomos que muchos sistemas exoplanetarios pueden ser bastante diferentes de nuestro propio sistema solar. Por ejemplo, es común que estos sistemas incluyan planetas de tamaño intermedio entre nuestros planetas terrestres y gigantes. A estos se les suele llamar supertierras. Algunos sistemas de exoplanetas incluso tienen planetas gigantes cerca de la estrella, invirtiendo el orden que vemos en nuestro sistema. En El nacimiento de las estrellas y el descubrimiento de planetas fuera del Sistema Solar, veremos estos sistemas exoplanetarios. Pero por ahora, centrémonos en las teorías de cómo se ha formado y evolucionado nuestro propio sistema particular.
Buscando Patrones
Una manera de abordar nuestra cuestión de origen es buscar regularidades entre los planetas. Encontramos, por ejemplo, que todos los planetas se encuentran en casi el mismo plano y giran en la misma dirección alrededor del Sol. El Sol también gira en la misma dirección alrededor de su propio eje. Los astrónomos interpretan este patrón como evidencia de que el Sol y los planetas se formaron juntos a partir de una nube giratoria de gas y polvo que llamamos la nebulosa solar (Figura\(\PageIndex{1}\)).
La composición de los planetas da otra pista sobre los orígenes. El análisis espectroscópico permite determinar qué elementos están presentes en el Sol y los planetas. El Sol tiene la misma composición dominada por hidrógeno que Júpiter y Saturno, y por lo tanto parece haber sido formado a partir del mismo reservorio de material. En comparación, los planetas terrestres y nuestra Luna son relativamente deficientes en los gases ligeros y los diversos hielos que se forman a partir de los elementos comunes oxígeno, carbono y nitrógeno. En cambio, en la Tierra y sus vecinos, vemos en su mayoría los elementos pesados más raros como el hierro y el silicio. Este patrón sugiere que los procesos que llevaron a la formación de planetas en el sistema solar interno debieron de alguna manera haber excluido gran parte de los materiales más ligeros que son comunes en otros lugares. Estos materiales más ligeros debieron haberse escapado, dejando un residuo de cosas pesadas.
El motivo de esto no es difícil de adivinar, teniendo en cuenta el calor del Sol. Los planetas internos y la mayoría de los asteroides están hechos de roca y metal, que pueden sobrevivir al calor, pero contienen muy poco hielo o gas, que se evaporan cuando las temperaturas son altas. (Para ver a lo que nos referimos, solo compara cuánto tiempo sobreviven una roca y un cubito de hielo cuando se colocan a la luz del sol). En el sistema solar exterior, donde siempre ha sido más fresco, los planetas y sus lunas, así como los planetas y cometas enanos helados, están compuestos principalmente por hielo y gas.
La Evidencia de Lejos
Un segundo enfoque para comprender los orígenes del sistema solar es mirar hacia afuera en busca de evidencia de que otros sistemas de planetas se están formando en otros lugares. No podemos mirar atrás en el tiempo a la formación de nuestro propio sistema, pero muchas estrellas en el espacio son mucho más jóvenes que el Sol. En estos sistemas, los procesos de formación de planetas aún podrían ser accesibles para la observación directa. Observamos que hay muchas otras “nebulas solares” o discos circunestelares —nubes aplanadas, giratorias de gas y polvo que rodean a las estrellas jóvenes. Estos discos se asemejan a las etapas iniciales de formación de nuestro propio sistema solar hace miles de millones de años (Figura\(\PageIndex{2}\)).
Construyendo Planetas
Los discos circunestelares son una ocurrencia común alrededor de estrellas muy jóvenes, sugiriendo que los discos y las estrellas se forman juntos. Los astrónomos pueden usar cálculos teóricos para ver cómo se pueden formar cuerpos sólidos a partir del gas y el polvo en estos discos a medida que se enfrían. Estos modelos muestran que el material comienza a unirse primero formando objetos más pequeños, precursores de los planetas, a los que llamamos planetesimales.
Las computadoras rápidas de hoy pueden simular la forma en que millones de planetesimales, probablemente no mayores de 100 kilómetros de diámetro, podrían reunirse bajo su gravedad mutua para formar los planetas que vemos hoy. Estamos empezando a entender que este proceso fue violento, con planetesimales chocando entre sí y a veces incluso interrumpiendo a los planetas en crecimiento mismos. Como consecuencia de esos impactos violentos (y del calor de los elementos radiactivos en ellos), todos los planetas fueron calentados hasta ser líquidos y gaseosos, y por lo tanto diferenciados, lo que ayuda a explicar sus estructuras internas actuales.
El proceso de impactos y colisiones en el sistema solar temprano fue complejo y, al parecer, a menudo aleatorio. El modelo de nebulosa solar puede explicar muchas de las regularidades que encontramos en el sistema solar, pero las colisiones aleatorias de colecciones masivas de planetesimales podrían ser la razón de algunas excepciones a las “reglas” del comportamiento del sistema solar. Por ejemplo, ¿por qué los planetas Urano y Plutón giran a sus lados? ¿Por qué Venus gira lentamente y en dirección opuesta a los otros planetas? ¿Por qué la composición de la Luna se parece a la Tierra de muchas maneras y, sin embargo, exhibe diferencias sustanciales? Las respuestas a tales preguntas probablemente se encuentran en enormes colisiones que tuvieron lugar en el sistema solar mucho antes de que comenzara la vida en la Tierra.
Hoy, unos 4.5 mil millones de años después de su origen, el sistema solar es —gracias a la bondad— un lugar mucho menos violento. Como veremos, sin embargo, algunos planetesimales han seguido interactuando y colisionando, y sus fragmentos se mueven alrededor del sistema solar como “transitorios” errantes que pueden causar problemas a los miembros establecidos de la familia del Sol, como nuestra propia Tierra. (Se discute esta “problemática” en Cometas y Asteroides: Escometas del Sistema Solar.)
Una gran variedad de infografías en space.com te permiten explorar cómo sería vivir en varios mundos del sistema solar.
Conceptos clave y resumen
Las regularidades entre los planetas han llevado a los astrónomos a plantear la hipótesis de que el Sol y los planetas se formaron juntos en una nube gigante, giratoria de gas y polvo llamada nebulosa solar. Las observaciones astronómicas muestran discos circunestelares tentadoramente similares alrededor de otras estrellas. Dentro de la nebulosa solar, el material primero se fundió en planetesimales; muchos de estos se reunieron para hacer los planetas y lunas. El resto aún se puede ver como cometas y asteroides. Probablemente todos los sistemas planetarios se han formado de formas similares, pero muchos sistemas de exoplanetas han evolucionado a lo largo de caminos bastante diferentes, como veremos en Muestras Cósmicas y el Origen del Sistema Solar.
Glosario
- planetesimales
- objetos, de decenas a cientos de kilómetros de diámetro, que se formaron en la nebulosa solar como un paso intermedio entre los granos diminutos y los objetos planetarios más grandes que vemos hoy en día; los cometas y algunos asteroides pueden ser planetesimales sobrantes
- nebulosa solar
- la nube de gas y polvo de la que se formó el sistema solar