El Sistema Solar, nuestro rincón en la Vía Láctea (I)

El universo es irracionalmente grande, y nosotros vivimos en un lugar minúsculo. El Sistema Solar, nuestro pequeño barrio, no es sólo una pequeña fracción del cosmos. También es sólo una pequeña parte de nuestra galaxia, la Vía Láctea…

El descubrimiento del Sistema Solar

Concepto artístico del Sistema Solar y las órbitas de sus planetas.
Crédito: Harman Smith y Laura Generosa/NASA

Antes de la llegada de la astronomía moderna, muy pocas personas, o civilizaciones, supieron reconocer el Sistema Solar. De hecho, la gran mayoría de sistemas astronómicos planteaba que la Tierra era un objeto estacionario. A su alrededor, giraban todos los objetos celestiales conocidos. Además, creían que era completamente diferente al resto de objetos estelares. Para ellos, el resto eran de origen divino o etéreo.

Aun con todo, hubo algunos astrónomos griegos, árabes y asiáticos, durante la Edad Antigua y Medieval, que creyeron que el universo era de naturaleza heliocéntrica. Es decir, la Tierra y otros objetos giraban alrededor del Sol. Las cosas cambiaron en el siglo XVI. Nicolás Copérnico desarrolló su modelo de un sistema heliocéntrico, y provocó que, poco a poco, el concepto comenzó a popularizarse.

Durante el siglo XVII, científicos como Galileo Galilei, Johannes Kepler e Isaac Newton desarrollaron nuestra comprensión de la física. Desencadenaron la aceptación, gradual, de que la Tierra gira alrededor del Sol. El desarrollo de teorías como la de la gravedad también fueron importantes. Llevaron a la percepción de que otros planetas están gobernados por las mismas leyes de la física que nuestro planeta.

La revolución del telescopio

Nicolas Copérnico.
Crédito: Desconocido

El uso, cada vez más popular, del telescopio también llevó a una revolución en la astronomía. Galileo descubrió cuatro lunas de Júpiter en 1610. Las conocemos como satélites galileanos y son Ío, Europa, Ganímedes y Calisto. Christian Huygens descubrió que Saturno también tenía lunas en 1655. Con el tiempo, también se descubrieron nuevos planetas, como Urano y Neptuno. Así como cometas, como el popular cometa Halley y el Cinturón de Asteroides.

En el siglo XIX, tres observaciones realizadas por tres astrónomos diferentes sirvieron para determinar la naturaleza del Sistema Solar y su lugar en el universo. La primera fue hecha en 1839. El astrónomo alemán Friedrich Bessel midió con éxito un aparente cambio en la posición de una estrella, provocado por el movimiento de la Tierra alrededor del Sol. Eso no sólo confirmó el modelo heliocéntrico más allá de toda duda. También nos permitió calcular la enorme distancia entre el Sol y las estrellas.

En 1859, Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff (un químico y físico alemán) utilizaron el recién inventado espectroscopio para examinar la firma espectral del Sol. Descubrieron que estaba hecho de los mismos elementos que hay en la Tierra. Así quedaba demostrado que la Tierra y el firmamento estaban compuestos de los mismos elementos. Después, Angelo Secchi, un astrónomo italiano y director de la Pontificia Universidad Gregoriana, comparó la firma espectral del Sol con la de otras estrellas. Observó que eran casi idénticas. Así se demostraba que el Sol está hecho de los mismos materiales que cualquier otra estrella del universo.

Otros descubrimientos

Planetas y planetas enanos del Sistema Solar a escala (pero no sus distancias).

Planetas y planetas enanos del Sistema Solar a escala (pero no sus distancias).
Crédito: Wikimedia Commons/Michael Kornmesser/Pepedavila

Las órbitas de los planetas exteriores, aquellos más allá del cinturón de asteroides, presentaban ciertas discrepancias. Eso llevó al astrónomo americano Percival Lowell a concluir que debía haber otro planeta. Se refirió a él inicialmente como el Planeta X y dedujo que debía estar más allá de la órbita de Neptuno. Tras su fallecimiento, su observatorio, el observatorio Lowell, condujo una búsqueda que, eventualmente, llevó a Clyde Tombaugh al descubrimiento de Plutón, en 1930.

Además, en 1992, los astrónomos David C. Jewiit de la Universidad de Hawaii, y Jane Luu, del Insituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) descubrieron un objeto transneptuniano (TNO) conocido como 1992 QB1. Si alguna vez te has preguntado de dónde salen esos nombres tan extraños, lo puedes consultar aquí. Este hallazgo fue el primero de una nueva población de objetos, una región a la que conocemos como el Cinturón de Kuiper. Los astrónomos ya habían predicho su existencia en el borde del Sistema Solar.

La investigación del Cinturón de Kuiper a finales del siglo pasado nos llevó a realizar otros descubrimientos. Entre ellos está el de Eris y otros plutoides (objetos similares a Plutón). Eso llevó a Mike Brown, Chad Trujillo, David Rabinowitz y otros astrónomos a iniciar un debate que no dejó indiferente a nadie. Obligó a la Unión Astronómica Internacional a consolidar la definición de planeta y provocó que, en 2006, Plutón perdiese su categoría de planeta, para pasar a ser considerado planeta enano.

La estructura del Sistema Solar

Los cuatro planetas interiores. Sus tamaños están representados a escala.
Crédito: Wikimedia Commons/Lsmpascal

En el centro del Sistema Solar se encuentra el Sol. Es una estrella en su fase de secuencia principal, de tipo G2, que está rodeada por cuatro planetas terrestres. Los llamamos planetas interiores y son Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Después tenemos el Cinturón de Asteroides, donde también se encuentra el planeta enano Ceres. Después nos encontramos con los planetas exteriores. Son cuatro gigantes gaseosos: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

Tras ellos, nos encontramos un gigantesco campo de pequeños objetos. Se extiende desde las 30 a las 50 UAs (unidades astronómicas) y lo denominamos el Cinturón de Kuiper. A todo este sistema hay que sumarle una nube esférica de pequeños planetesimales congelados. La conocemos como la Nube de Oort, y creemos que podría extenderse hasta una distancia de 100.000 UAs, llegando al medio interestelar.

La gravedad del Sol lo domina todo. La mayor parte de objetos grandes en órbita alrededor de nuestra estrella están cerca del plano orbital de la Tierra. Es lo que llamamos la eclíptica. La mayor parte de los planetas y objetos rotan en la misma dirección. Lo hacen en sentido contrario a las agujas del reloj, si los observamos desde encima del polo norte de nuestro planeta. Los planetas están muy cerca de la eclíptica, mientras los cometas y objetos del Cinturón de Kuiper suelen estar en ángulos más pronunciados.

La masa del Sistema Solar

Los planetas gigantes del Sistema Solar. Los tamaños son relativos.
Crédito: NASA

Nuestra estrella contiene el 99,86% de la masa conocida del Sistema Solar. Los cuatro gigantes gaseosos representan el 99% de la masa restante. De ellos, Júpiter y Saturno, por si solos, acumulan el 90% de la masa. Por tanto, el resto de objetos del Sistema Solar (los cuatro planetas terrestres, planetas enanos, satélites, asteroides y cometas) juntos representan menos del 0,002% del total de la masa de nuestro sistema.

De manera informal, los astrónomos  suelen dividir esta estructura en cuatro regiones diferentes.  Primero tenemos el Sistema Solar Interior, compuesto por los cuatro planetas terrestres y el Cinturón de Asteroides. Después el Sistema Solar Exterior, en el que se incluyen los cuatro planetas gigantes gaseosos. Y por último, están las partes más lejanas del Sistema Solar, que son consideradas una región diferente formada por los objetos más allá de la órbita de Neptuno. Nos solemos referir a ellos como objetos transneptunianos (TNO por sus siglas en inglés).

La mayoría de los planetas del Sistema Solar poseen sistemas secundarios propios. Es decir, a su alrededor orbitan otros objetos planetarios, que llamamos satélites naturales, o simplemente lunas. En el caso de los cuatro gigantes gaseosos, también hay sistemas de anillos. Son bandas de diminutas partículas que orbitan al planeta al unísono. La mayor parte de los satélites naturales grandes están en rotación síncrona. Por lo que una de sus caras siempre apunta hacia el planeta (como pasa con la Luna).

La composición del Sistema Solar

El Sol, fotografíado en falso color en el espectro ultravioleta.
Crédito: NASA

El Sol, que posee casi toda la materia del Sistema Solar, está compuesto, aproximadamente, de un 98% de hidrógeno y helio. Los planetas terrestres del Sistema Solar Interior están compuestos principalmente de rocas de silicato, hierro y níquel. Más allá del Cinturón de Asteroides, los planetas están compuestos principalmente de gases (como el hidrógeno y el helio) y hielos, como agua, metano, amoniaco, ácido sulfhídrico y dióxido de carbono.

Los objetos más lejanos del Sol están compuestos principalmente de materiales con puntos de fusión muy bajos. La mayor parte de los satélites de los planetas gigantes, así como de Urano y Neptuno, son sustancias congeladas. Por eso, en ocasiones, nos referimos a ambos planetas como gigantes de hielo. Además, todos los objetos transneptunianos están compuestos de estos mismos materiales.

Juntos, estos gases y hielos son lo que llamamos elementos volátiles. La franja, en el Sistema Solar, a partir de la cual estas sustancias volátiles pueden condensarse es algo que llamamos línea de hielo. Está, aproximadamente, a unas 5 UAs de distancia del Sol. Dentro del Cinturón de Kuiper, los objetos y planetesimales que podemos encontrar en esta región están compuestos principalmente por estos materiales y rocas.

La formación del Sistema Solar

Concepto artístico de un disco protoplanetario.
Crédito: NASA

El Sistema Solar se formó hace 4.568 millones de años. Se produjo a partir del colapso gravitacional de parte de una enorme nube molecular compuesta por hidrógeno, helio y pequeñas cantidades de elementos más pesados. Esos elementos proceden de la fusión de generaciones de estrellas anteriores. A medida que colapsaba la región que se convertiría en el Sistema Solar (a la que llamamos nebulosa presolar), la conservación del momento angular provocó que girase más rápido.

El centro, donde se acumuló la mayor parte de la masa, se volvió mucho más caliente que el disco que lo rodeaba. Al tiempo que la nebulosa se contraía y giraba cada vez más rápido, comenzó a achatarse en un disco protoplanetario, con una densa y caliente protoestrella en el centro. Los planetas se formaron por la acreción de ese disco, en el que el polvo y el gas gravitaban conjuntamente. Así, fueron acumulándose hasta formar objetos enormes.

Debido a sus puntos de ebullición más altos, sólo los metales y silicatos podían existir en forma sólida cerca del Sol. Eventualmente formarían los cuatro planetas terrestres que todos conocemos. Mercurio, Venus, la Tierra y Marte están formados por elementos metálicos. Son sólo una pequeña fracción de lo que había en la nebulosa solar, y por tanto, no podían haberse convertido en planetas gigantes.

La formación de los planetas gigantes

Recreación artística de la Nube de Oort.
Crédito: Desconocido

Sin embargo, los planetas gigantes, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, se formaron lejos de ese punto entre las órbitas de Marte y Júpiter del que he hablado antes. Mucho más allá de la línea de hielo, donde el material está lo suficientemente frío como para permitir que los compuestos volátiles permanezcan en estado sólido. Los hielos que formaron esos planetas eran mucho más abundantes que los metales y silicatos que formaron los planetas terrestre interiores.

Así que posibilitaron que los gigantes gaseosos creciesen tanto como para capturar atmósferas gigantescas de hidrógeno y helio. Los restos que nunca llegaron a incorporarse a los planetas se fueron acumulando en el resto de regiones: el Cinturón de Asteroides, el Cinturón de Kuiper y la Nube de Oort. Estos objetos son, literalmente, vestigios del origen del Sistema Solar, que han perdurado inalterados desde su formación.

En 50 millones de años, la presión y densidad del hidrógeno en el centro de la protoestrella fue lo suficientemente elevada como para provocar que comenzase el proceso de fusión termonuclear. La temperatura, ritmo de reacción, presión y densidad del objeto aumentaron hasta que se alcanzó el equilibrio hidroestático. A partir de este punto, el Sol se convirtió en una estrella de secuencia principal. El viento solar del Sol creó la heliosfera, y expulsó todo el gas y polvo restantes del disco protoplanetario al espacio interestelar. Así terminó el proceso de formación planetario.

El futuro del Sistema Solar

Comparación del tamaño actual del Sol y su posible tamaño como gigante roja.
Crédito: Wikimedia Commons/Oona Räisänen

El sistema Solar permanecerá en su estado actual hasta que el hidrógeno del núcleo del Sol se convierta en helio. Es algo que sucederá dentro de unos 5.000 millones de años. Marcará el final de la vida del Sol como una estrella en secuencia principal. En ese momento, su núcleo se colapsará y la cantidad de energía producirá será muy superior a la que emite en la actualidad.

Las capas exteriores del Sol se expandirán unas 260 veces su diámetro actual. En ese momento, el Sol se habrá convertido en una gigante roja. Creemos que la expansión de nuestra estrella supondrá la destrucción de Mercurio y Venus. También hará que la Tierra se vuelva inhabitable, porque la zona habitable se moverá hasta la órbita de Marte. Eventualmente, el núcleo del Sol será lo suficientemente caliente para desencadenar la fusión de helio. Lo quemará durante un tiempo. Después, las reacciones nucleares comenzarán a disminuir.

A partir de ese momento, las capas exteriores del Sol serán expulsadas al espacio. Tras de sí quedará una enana blanca. Un objeto extraordinariamente denso que tendrá la mitad de la masa original del Sol, pero con el tamaño de la Tierra. Las capas exteriores, expulsadas, formarán lo que conocemos como una nebulosa planetaria. Devolverán parte del material que formó el Sol al medio interestelar. Ese material, en un futuro lejano, podría formar parte de otras estrellas y sistemas que todavía están por nacer.

Esta es la primera entrega de una serie de tres sobre el Sistema Solar. La segunda parte está disponible aquí. La tercera parte está aquí.

Referencias: Universe Today

Alex Riveiro

Amante de la astronomía. Hablo de todo lo relacionado con el universo y sus conceptos de una manera amena y sencilla. Desde los púlsares hasta la historia de la astronomía en Al-Andalus.

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12 Respuestas

  1. Arnoldo José De la Hoz dice:

    ¿Puedes explicarme aquello de que los planetas giran en sentido contrario a las manecillas del reloj?

  2. Arnoldo José De la Hoz dice:

    Debo agradecerte una cosa: este blog ha hecho que me interese la astronomía. Ha hecho que considere la vida, tal y como la conocemos, como un privilegio del cual solo nosotros tenemos la posibilidad de disponer.

  3. Gamaliel Pineda Ochoa dice:

    Me encanta la información astronómíca como base cultural de la vida …

  1. 4 junio, 2017

    […] serie de tres sobre el Sistema Solar. Si quieres leer el artículo entero, la primera parte está aquí, y la tercera […]

  2. 13 junio, 2017

    […] Sistema Solar se formó hace algo más de 4.600 millones de años. La Vía Láctea, por su parte, tiene unos […]

  3. 14 junio, 2017

    […] lugar en el universo ha ido cambiando. Sabemos que no ocupamos el centro del universo. Ni que el Sistema Solar, ni la Vía Láctea son lugares especiales en comparación a lo que vemos ahí fuera. Ya en 2013, […]

  4. 22 junio, 2017

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  5. 4 julio, 2017

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