Los científicos continúan estudiando el sistema solar y parece muy interesante. Por ejemplo, las órbitas planetarias modernas albergan pistas que revelan las duras condiciones del origen del sistema solar y, posiblemente, la existencia de un gigante interestelar que se descarrió hace mucho tiempo. Nuestro sistema solar es como la escena de un crimen que ocurrió hace 4.600 millones de años.
Las órbitas modernas albergan pistas que revelan las duras condiciones del origen del sistema solar, y posiblemente la existencia de un gigante interestelar que se descarrió hace mucho tiempo.
Nuestro sistema solar es como la escena de un crimen que ocurrió hace 4.600 millones de años.
Las superficies sembradas de cráteres, las órbitas planetarias desplazadas y las nubes de escombros interplanetarios son análogos cósmicos de las salpicaduras de sangre en la pared y las marcas de derrape de un automóvil que sale de una persecución. Estas y otras pistas hablan de los orígenes caóticos de nuestra familia planetaria.
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Al acecho entre estas huellas hay pistas sobre un hermano perdido, el planeta 9 (no, no Plutón), arrojado al tira y afloja gravitacional que acompañó a la formación original del sistema solar.
Hoy en día, cuatro enormes planetas dominan la periferia del sistema solar: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Detrás de ellos está el cinturón de Kuiper, un campo de fragmentos de hielo, entre los que se encuentra Plutón.
"No crean que la periferia del sistema solar siempre ha sido la misma que ahora", dice David Nesvorny, científico planetario del Southwest Research Institute en Boulder, Colorado, quien se pronunció por primera vez a favor del planeta fugitivo en 2011. año.
Nesvorni es miembro de un grupo de científicos que están tratando de averiguar cómo evolucionó el sistema solar en los primeros cientos de millones de años de su existencia. Usando sofisticados modelos de computadora, los investigadores compilaron una cronología de colisiones entre planetas recién nacidos que surgieron relativamente cerca entre sí: se deslizaron y saltaron alternativamente de una órbita a otra. Estos modelos han revelado muchos pequeños detalles sobre cómo los planetas, asteroides y cometas giran hoy alrededor del sol.
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Había solo un problema. Por lo general, los escenarios simulados terminaron con la expulsión de Urano o Neptuno del sistema solar, como escribió Nesvorny en septiembre en la Revisión anual de astronomía y astrofísica.
Dado que en realidad Urano y Neptuno permanecen en sus lugares, las naves espaciales los han visitado a ambos, algo en estos escenarios no funcionó. Sin embargo, como sospechan muchos investigadores, un actor clave en este misterio y un eslabón perdido en la historia del sistema solar bien puede ser el quinto planeta gigante.
Planeta perdido
Los astrónomos se basan en modelos informáticos para recrear estas escenas antiguas, creando miles de sistemas solares diferentes de miles de formas diferentes. Traducen las leyes de la física y cualquier posición planetaria inicial que se les ocurra en código. El investigador establece los parámetros (un planeta aquí, un montón de asteroides allá) y luego se reclina en su silla y deja que el entorno simulado haga todo el trabajo por él. Después de un par de semanas en tiempo real, millones de años en el modelo, el astrónomo verifica los resultados para ver qué sucedió con el sistema solar. Cuanto más se acerca a la realidad, más éxito tiene el modelo.
Esto es lo que hizo Nesvorni en 2009. Profundizó en los sistemas solares virtuales en un intento de rescatar a Urano virtual y Neptuno virtual de sus caminos virtuales en el espacio profundo.
El problema era Júpiter, un planeta hooligan gigante cuya gravedad puede llegar lo suficientemente lejos como para ser empujada por planetas más pequeños y varios desechos. En la simulación más exitosa hasta la fecha, Júpiter y uno de los dos planetas exteriores rebotaron entre sí y finalmente se establecieron en sus órbitas actuales. Pero esto sucedió solo en el uno por ciento de todos los modelos. En el 99% restante de los casos, Júpiter arrojó a Urano o Neptuno con tanta fuerza que dejaron el sistema solar y nunca regresaron a él.
"Esto hizo que la situación fuera muy misteriosa, ya que sabíamos que Urano y Neptuno continuaban existiendo en su forma actual", dice Nesvorni. Así que continuó experimentando. Después de un año de simular innumerables escenarios diferentes, comenzó a pensar en agregar planetas mártires: planetas adicionales sacrificados para salvar al resto.
“Simplemente simulé su existencia para ver qué sucedía, y no porque me tomara en serio la idea en sí misma”, dice Nesvorni. "Pero luego me di cuenta de que podría haber un grano razonable en él". Ejecutó alrededor de 10,000 escenarios, cambiando el número de planetas adicionales, su ubicación original y la masa de cada uno de ellos.
La mejor opción, que predijo con mayor precisión el estado actual de nuestro sistema solar, resultó ser aquella en la que el planeta extra estaba ubicado entre las órbitas originales de Saturno y Urano. En términos de masa, el planeta era aproximadamente igual a Urano y Neptuno, y era casi 16 veces más grande que la Tierra. Es un planeta que podría chocar con la órbita de Júpiter y salir volando del sistema solar.
El gráfico muestra cómo la distancia entre los planetas y el sol ha cambiado con el tiempo. Los primeros millones de años en el modelo de computadora, las órbitas cambiaron lentamente, luego hubo un estrecho contacto entre Saturno (verde) y un planeta extra (púrpura), lo que llevó a la desestabilización de las órbitas. Las líneas de puntos indican los tamaños actuales de las órbitas. (Fuente: extraído de materiales de D. Nesvorny / sección de astronomía y astrofísica de la revista Knowable, 2018.)
Las posibilidades aún son escasas. En modelos posteriores, esta alineación terminó con éxito en aproximadamente el cinco por ciento de las veces. "La existencia del sistema solar en su forma actual no es típica ni predecible", señaló Nesvorny en 2012 en un artículo coescrito con su colega Alessandro Morbidelli del Observatorio de la Riviera francesa. A pesar de esto, el modelo fue una mejora significativa con respecto a la tasa de éxito del 1% para aquellos modelos que incluían solo los cuatro planetas gigantes que conocemos y amamos hoy.
"Asumir un quinto planeta hace que sea mucho más fácil explicar lo que está sucediendo", dice Sean Raymond, científico planetario de la Universidad de Burdeos en Francia. Y aunque la evidencia es mayoritariamente circunstancial, "es mucho más lógico suponer que entonces también había un quinto planeta".
Esto puede parecer una suposición muy controvertida. ¿Cómo pueden los astrónomos saber algo sobre lo que sucedió hace cuatro mil millones de años, incluso con los planetas que podemos observar ahora, y mucho menos aquellos de los que no sabemos nada? Sin embargo, resulta que los planetas han dejado muchas cicatrices de batalla de la juventud como evidencia para los detectives del futuro.
Salpicaduras de sangre interplanetaria
"Estamos más que seguros de que los planetas no se originaron donde están hoy", dijo Nathan Keib, científico planetario de la Universidad de Oklahoma en Norman.
Sin embargo, esta constatación sucedió recientemente. Durante la mayor parte de la historia, los astrólogos no han tenido ninguna duda de que los planetas siempre han estado en sus órbitas actuales. Pero a principios de la década de 1990, los investigadores se dieron cuenta de que faltaba algo en ese modelo.
Neptuno y Tritón.
Un poco más allá de la órbita de Neptuno se encuentra el cinturón de Kuiper, una dispersión de escombros de hielo que rodea el sol. “Esta es nuestra salpicadura de sangre en la pared”, dice Konstantin Batygin, científico planetario del Instituto de Tecnología de California.
La ubicación de los objetos del cinturón de Kuiper llevó a los investigadores a la conclusión inevitable: Neptuno debería haberse formado mucho más cerca del Sol de lo que sugiere su ubicación actual. Muchos objetos del cinturón de Kuiper se agrupan en órbitas concéntricas que se asemejan vagamente a los surcos de un disco musical. Estas órbitas no son aleatorias, están directamente relacionadas con Neptuno.
Por ejemplo, Plutón es el habitante más famoso del cinturón de Kuiper. Él y un par de cientos de sus compañeros de viaje que conocemos hacen exactamente dos revoluciones alrededor del Sol en las tres que hace Neptuno durante el mismo período. Otras corrientes de escombros en el cinturón hacen una revolución completa por cada dos que completa Neptune, o más bien, cuatro por cada siete.
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El cinturón de Kuiper no podría hacerse de esta manera sin una influencia externa. Sin embargo, suponiendo que Neptuno surgiera más cerca del Sol y luego se moviera hacia afuera, su fuerza gravitacional sería lo suficientemente fuerte como para atrapar desechos interplanetarios en sus redes y enviarlos a estas órbitas inusuales.
Este modelo muestra cómo la disposición cercana de los planetas exteriores (imagen de la izquierda) puede cambiar con el tiempo. Las órbitas de Júpiter y Saturno están convergiendo (imagen central), lo que conduce a un cambio en todas las demás órbitas. Específicamente en este modelo, Urano y Neptuno se intercambian. Después de un tiempo, (imagen de la derecha) los desechos espaciales se esparcen, algunos de ellos se asientan en el cinturón de Kuiper, mientras que los planetas comienzan a moverse hacia sus órbitas actuales. (Fuente: adaptado de Astromark / Wikimedia Commons.)
Esto coincidió con las predicciones de algunos modelos obtenidas una década antes.
La formación de los planetas dejó un lío de escombros esparcidos por todo el sistema solar. Cualquier fragmento que se acercara demasiado a Neptuno caería inevitablemente bajo la influencia de su gravedad. Dado que cada acción es seguida por una fuerza igual de oposición, cada vez que Neptuno empujaba el fragmento, él mismo se movía en la dirección opuesta. Lenta pero seguramente, Neptuno se alejó del sol.
El proceso de migración de Neptuno también se aplica a otros planetas gigantes. Después de todo, Júpiter, Saturno y Urano se abrieron paso a través del mismo campo de escombros y lidiaron con interacciones gravitacionales similares. Y si Neptuno se mudó a un nuevo lugar, lo mismo debería haber sucedido con todos los demás planetas gigantes.
Y este proceso claramente no fue sencillo.
Las continuas colisiones con todos estos escombros deberían haber convertido las órbitas de los planetas gigantes en círculos perfectos y delgados, al igual que la arcilla en un torno de alfarero se alisa con la mano firme de un alfarero. Sin embargo, las órbitas resultaron ser bastante diferentes. En cambio, los planetas gigantes se mueven en órbitas ligeramente alargadas y distorsionadas. Como si alguien golpeara una rueda, remodelando las ollas una vez redondas.
Júpiter saltando
Para 2005, los investigadores habían identificado al culpable. Los nuevos modelos sugirieron que en algún momento los planetas gigantes pasaron por lo que los científicos llaman "inestabilidad dinámica". En otras palabras, durante aproximadamente un millón de años, todo se convirtió en un torbellino loco. La razón más probable de esto parecía ser una serie de colisiones entre Saturno y Urano, o Neptuno, es decir, uno de los gigantes de hielo, que enviaron a uno de ellos directamente hacia Júpiter. Tan pronto como el planeta perdido se acercó, su gravedad tiró de Júpiter, ralentizándolo y empujándolo a una órbita más estrecha. Sin embargo, Júpiter tiró del planeta invasor con no menos fuerza. El gigante de hielo, al ser mucho más liviano, aceleró mucho más que Júpiter desaceleró y se alejó del sol.
Tal incidente sería un pogromo gravitacional para el sistema solar. Júpiter saltó más hacia adentro, mientras que el resto de los planetas exteriores saltaron hacia afuera. Tal impulso doblaría las órbitas de los planetas gigantes a su estado actual. Además, salvaría al sistema solar interior (Mercurio, Venus, Tierra, Marte y el cinturón de asteroides) de la gravedad de Júpiter y Saturno, que era otro problema en los primeros modelos.
Lo que nos lleva a la eliminación de Urano o Neptuno del sistema. Es en esta etapa de la simulación cuando Júpiter arroja con mayor frecuencia a uno de los gigantes de hielo.
Este es el problema que Nesvorny intentó resolver sin romper todo lo demás en las simulaciones que funcionaron. El gigante de hielo adicional se lleva la peor parte del golpe de Júpiter, lo que le da al resto del escenario la capacidad de desarrollarse sin obstáculos.
"Esto es bastante plausible", dice Batygin. "No es en absoluto un hecho que siempre haya habido exactamente dos gigantes de hielo en lugar de tres". Por el contrario, dice, algunos cálculos permiten la existencia original de hasta cinco planetas similares a Neptuno.
Batygin y sus colegas investigaron este tema en paralelo con Nesvorni, aunque por diferentes razones. “Quería demostrar que no podía haber un planeta gigante adicional”, dice Nesvorni.
Gran Mancha Roja de Júpiter. Foto tomada por la Voyager 1.
Razonó que al salir del sistema solar, este planeta putativo debe haber dejado un rastro aquí y allá en el cinturón de Kuiper, en un área conocida como el "cinturón clásico frío". Si el cinturón de Kuiper fuera una dona, continúa Batygin, el cinturón clásico frío se convertiría en su relleno de chocolate, un grupo de objetos cuyas órbitas se ubican prácticamente en el mismo plano dentro del cinturón de Kuiper. Un planeta que pasaba debería haber interrumpido estas órbitas, al menos, eso creían Batygin y sus colegas.
Sus modelos de computadora mostraron que no había sucedido nada como esto. Para su sorpresa, el planeta exiliado no habría destruido el clásico cinturón frío al salir. Esto no prueba la existencia del planeta; el resultado obtenido solo indica que el sistema solar podría existir en su forma actual, tanto con él como sin él. ¿Podría este planeta haber dejado una huella más clara? O, volviendo a la analogía de la escena del crimen, ¿hay algún rastro de derrape? Nesvorni cree que esos rastros bien podrían quedar.
Núcleo de la verdad
Hay otra parte del cinturón de Kuiper: una estrecha corriente de escombros helados llamada núcleo, cuyas órbitas no se corresponden con la posición actual de Neptuno. Su origen es un misterio. En 2015, Nesvorni argumentó que, quizás, la razón de todo podría ser el movimiento de Neptuno desde el Sol, provocado por un planeta pasado.
A medida que Neptuno se movía a su órbita final y barría los escombros en órbitas consistentes con la suya, en algún momento podría quedar expuesto y liberar suficiente de estos escombros para formar su propia corriente.
Los modelos han demostrado que el mismo impacto gravitacional que podría hacer que Júpiter salte de una órbita a otra y empuje al planeta extra fuera del sistema solar, podría haber ocurrido en el momento adecuado para empujar a Neptuno también.
“El resultado es algo así como un núcleo”, dice Nesvorni. "Esta es una evidencia circunstancial … no es concluyente".
En verdad, nunca sabremos con certeza qué sucedió en el sistema solar durante su formación. “No podemos escribir la Biblia del sistema solar”, dice Batygin. "Solo podemos hablar de estos eventos en términos muy generales".
Si uno de los habitantes del sistema solar es efectivamente expulsado de sus fronteras, está en buena compañía. En los últimos años, los astrónomos han encontrado varios planetas rebeldes a la deriva entre las estrellas, que, muy probablemente, también fueron expulsados de sus hogares. Al proyectar los resultados de este descubrimiento en el resto de la galaxia, "hay muchos más planetas que vuelan libremente del tamaño de Júpiter que estrellas", dice Nesvorni.
Esto puede ser una exageración, según estimaciones recientes, solo hay un planeta similar a Júpiter por cada cuatro estrellas, pero todavía son miles de millones de mundos itinerantes. Y estos son solo aquellos que son comparables en tamaño a Júpiter. Nuestro paria era probablemente más pequeño, del tamaño de Neptuno; y no tenemos idea de cuántos de esos cuerpos deambulan por la galaxia. Pero sabemos que el Universo tiende a favorecer a los cuerpos pequeños que a los grandes.
"Apuesto a que hay muchos", dice Nesvorni. Entre otras cosas, los astrónomos han descubierto miles de sistemas estelares en la Vía Láctea, y muchos de ellos muestran signos de colisiones a una escala mucho mayor que la que se discutió anteriormente. "Es asombroso", dice Nesvorni, "lo ordenado que se ha mantenido el sistema solar".
Christopher Crockett
