8.2: Origen del Sistema Solar—La Hipótesis Nebular

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Chris Johnson, Matthew D. Affolter, Paul Inkenbrandt, & Cam Mosher
Salt Lake Community College via OpenGeology

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Nuestro sistema solar se formó al mismo tiempo que nuestro Sol como se describe en la hipótesis nebular. La hipótesis nebular es la idea de que una nube de polvo que gira compuesta en su mayoría de elementos ligeros, llamada nebulosa, se aplanó en un disco protoplanetario, y se convirtió en un sistema solar compuesto por una estrella con planetas orbitantes [12]. La nebulosa que gira recolectó la gran mayoría del material en su centro, razón por la cual el sol representa más del 99% de la masa en nuestro sistema solar.

Figura\(\PageIndex{1}\): Pequeños discos protoplanetarios en la *Nebulosa* de Orión

Arreglo y Segregación de Planetas

Figura\(\PageIndex{1}\): Este disco es asimétrico, posiblemente debido a un gran planeta gigante gaseoso que orbita relativamente lejos de la estrella.

A medida que nuestro sistema solar se formó, la nube nebular de partículas dispersas desarrolló distintas zonas de temperatura. Las temperaturas fueron muy altas cerca del centro, solo permitiendo la condensación de metales y minerales de silicato con altos puntos de fusión. Más lejos del Sol, las temperaturas fueron más bajas, permitiendo la condensación de moléculas gaseosas más ligeras como metano, amoníaco, dióxido de carbono y agua [13]. Esta diferenciación de temperatura resultó en que los cuatro planetas internos del sistema solar se volvieran rocosos, y los cuatro planetas externos se convirtieran en gigantes gaseosos.

El disco naranja tiene zonas que son más oscuras, lo que indica que los planetas están creciendo al usar ese material en el disco. — Figura\(\PageIndex{1}\): Imagen del telescopio ALMA de HL Tauri y su disco protoplanetario, mostrando surcos formados a medida que los planetas absorben el material en el disco.

Tanto los planetas rocosos como los gaseosos tienen un modelo de crecimiento similar. Las partículas de polvo, que flotaban en el disco, fueron atraídas entre sí por cargas estáticas y eventualmente, por la gravedad. A medida que los grupos de polvo se hicieron más grandes, interactuaron entre sí, colisionando, pegándose y formando protoplanetas. Los planetas continuaron creciendo en el transcurso de muchos miles o millones de años, a medida que se agregaba material del disco protoplanetario. Tanto los planetas rocosos como los gaseosos comenzaron con un núcleo sólido. Los planetas rocosos construyeron más roca en ese núcleo, mientras que los planetas de gas agregaron gas y hielo. Los gigantes de hielo se formaron más tarde y en los bordes más alejados del disco, acumulando menos gas y más hielo. Es por ello que los planetas gigantes de gas Júpiter y Saturno están compuestos en su mayoría por gas hidrógeno y helio, más del 90%. Los gigantes de hielo Urano y Neptuno están compuestos principalmente por hielos de metano y solo alrededor del 20% de gases de hidrógeno y helio.

Muestra un anillo de hielo alrededor de la estrella — Figura\(\PageIndex{1}\): La impresión de este artista de la línea de nieve de agua alrededor de la joven estrella V883 Orionis, como se detectó con ALMA.

La composición planetaria de los gigantes gaseosos es claramente diferente de los planetas rocosos. Su tamaño también es dramáticamente diferente por dos razones: Primero, la nebulosa planetaria original contenía más gases y hielos que metales y rocas. Había abundante hidrógeno, carbono, oxígeno, nitrógeno y menos silicio y hierro, dando a los planetas exteriores más material de construcción. En segundo lugar, la atracción gravitacional más fuerte de estos planetas gigantes les permitió recolectar grandes cantidades de hidrógeno y helio, que no podían ser recolectadas por la gravedad más débil de los planetas más pequeños.

El meteorito es pulido mostrando el Patrón Widmanstätten. — Figura\(\PageIndex{1}\): Fragmento pulido del Meteorito Toluca rico en hierro, con Patrón de Widmanstätten octaédrico.

La gravedad masiva de Júpiter dio forma aún más al sistema solar y al crecimiento de los planetas rocosos internos. A medida que la nebulosa comenzó a fusionarse en planetas, la gravedad de Júpiter aceleró el movimiento de los materiales cercanos, generando colisiones destructivas en lugar de unir constructivamente el material [14]. Estas colisiones crearon el cinturón de asteroides, un planeta inacabado, ubicado entre Marte y Júpiter. Este cinturón de asteroides es la fuente de la mayoría de los meteoritos que actualmente impactan sobre la Tierra. El estudio de asteroides y meteoritos ayuda al geólogo a determinar la edad de la Tierra y la composición de su núcleo, manto y corteza. La gravedad de Júpiter también puede explicar la menor masa de Marte, con el planeta más grande consumiendo material a medida que migraba del borde interno al exterior del sistema solar [15].

Plutón y Planeta Definición

Figura\(\PageIndex{1}\): Ocho objetos más grandes descubiertos más allá de Neptuno.

La parte más externa del sistema solar se conoce como el cinturón de Kuiper, que es una dispersión de cuerpos rocosos y helados. Más allá de eso está la nube de Oort, una zona llena de pequeños y dispersos rastros de hielo. Estas dos ubicaciones son donde la mayoría de los cometas se forman y continúan orbitando, y los objetos que aquí se encuentran tienen órbitas relativamente irregulares en comparación con el resto del sistema solar. Plutón, anteriormente el noveno planeta, se encuentra en esta región del espacio. La XXVI Asamblea General de la Unión Astronómica Internacional (IAU) despojó a Plutón del estatus planetario en 2006 porque los científicos descubrieron un objeto más masivo que Plutón, al que llamaron Eris. La IAU decidió no incluir a Eris como planeta, y por lo tanto, también excluyó a Plutón. La IAU redujo la definición de planeta a tres criterios:

Masa suficiente para tener fuerzas gravitacionales que la obliguen a redondearse
No lo suficientemente masivo como para crear una fusión
Lo suficientemente grande como para estar en una órbita despejada, libre de otros planetesimales que deberían haberse incorporado en el momento en que se formó el planeta. Plutón pasó las dos primeras partes de la definición, pero no la tercera. Plutón y Eris se clasifican actualmente como planetas enanos