Sistemas planetarios y planetas

Desarrollo de los Sistemas planetarios: es la formación y evolución de planetas, satélites y otros cuerpos celestes a partir del gas y el polvo que acompaña a las estrellas. 

Se cree que los sistemas planetarios, como nuestro propio Sistema Solar, se forman junto con sus estrellas (en nuestro caso el Sol) a partir de nubes de materia que se contraen por la acción de su propia gravedad. 

Es imposible que las primeras estrellas —que se formaron a partir del hidrógeno y helio iniciales producidos en la Gran Explosión o Big Bang que dio origen al Universo— tuvieran planetas, porque no existían elementos pesados con los que poder constituirse. 

Los sistemas planetarios son en su totalidad sistemas de segunda generación (o posterior), formados a partir de los restos de estrellas de generaciones anteriores en las que se generaron mediante nucleosíntesis elementos pesados que más tarde se dispersaron en el espacio por explosiones estelares.

 

Formación de planetas

     Los sistemas planetarios no se forman de modo aislado. Las nubes interestelares son tan grandes que cuando una de ellas se contrae se rompe en numerosos fragmentos, tantos como para formar varios cientos de estrellas como el Sol. 

Las nubes interestelares pueden considerarse como viveros estelares en los que nacen muchas estrellas a la vez, formando una asociación no demasiado estrecha conocida como cúmulo abierto de estrellas, que se dispersa a medida que las estrellas individuales siguen sus propias órbitas alrededor del centro de la galaxia. Véase Materia interestelar.

    A medida que la nube empieza a contraerse, cualquier movimiento de rotación que posea la hace girar más y más deprisa, como ocurre con un patinador sobre hielo cuando encoge los brazos. 

Los distintos fragmentos de la nube acaban girando en sentidos opuestos (algunos en el sentido de las agujas del reloj y otros en sentido contrario), con lo que el movimiento de giro (momento angular) global de la nube se reparte y ninguna estrella individual acaba teniendo una rotación excesivamente rápida.

 Por otra parte, los campos magnéticos asociados con la joven estrella le permiten mantener su influencia sobre materiales situados muy lejos de su núcleo. 

Estas influencias magnéticas pueden transportar momento angular hacia el exterior. Cuando el núcleo de cada fragmento se contrae para formar una estrella, parte del material a partir del cual se está formando se mantiene alejado del centro de la nube como consecuencia del giro residual, y el material se estabiliza formando un disco de polvo alrededor de la joven estrella. 

Este tipo de discos se ha detectado en torno a estrellas jóvenes, lo que confirma que nuestra comprensión de la formación de los sistemas planetarios es correcta a grandes rasgos. 

En uno de estos sistemas, Beta Pictoris, una estrella joven está rodeada por un grueso disco de materia, que ha sido fotografiado y que se extiende a ambos lados de la estrella a una distancia varias veces superior al tamaño de nuestro Sistema Solar.

    Cuando la estrella empieza a brillar (convirtiendo hidrógeno en helio por fusión nuclear en su interior), las partículas de materia pueden tener unos cuantos milímetros de tamaño, y se empiezan a concentrar en un disco más fino alrededor de la estrella. 

El proceso de acreción —la acumulación de partículas que se van quedando ‘pegadas’— avanza hasta que los granos de polvo originales se han convertido en pedazos de roca de aproximadamente 1 km de anchura, similares a los numerosos asteroides que orbitan en la actualidad en torno al Sol entre las órbitas de Marte y Júpiter.

    Cuando los pedazos de roca alcanzan este tamaño, empiezan a atraerse entre sí por gravedad de forma significativa, lo que los reúne en grupos que orbitan juntos alrededor de la estrella, chocando ocasionalmente entre sí. 

La gravedad agrupa más y más los pedazos, y los trozos más grandes (los que ejercen una mayor atracción gravitatoria) atraen cada vez más material, y crecen convirtiéndose en planetas y lunas.

    En nuestro propio Sistema Solar hay cuatro planetas rocosos próximos al Sol, todos ellos formados del modo que acabamos de describir: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. A continuación existe un cinturón de ‘escombros’ espaciales (el cinturón de asteroides), un anillo que en muchos aspectos es representativo del tipo de material del que se formaron los planetas interiores.

El material de este anillo no pudo agruparse para constituir un planeta porque se vio perturbado continuamente por la influencia gravitatoria de Júpiter, el planeta más grande del Sistema Solar. 

Más allá del cinturón de asteroides hay cuatro planetas gaseosos gigantes: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Probablemente, sus características son típicas de los planetas que se forman a gran distancia de la estrella, en los que se conserva el material volátil originario, con lo que están compuestos sobre todo por gas, aunque puedan contener un pequeño núcleo rocoso.

Tierra: Algunos datos sobre nuestro planeta:

Superficie: 510.000.000 Km2
Superficie de tierra firme: 29,2% (149.000.000 Km2)
Superficie cubierta por las aguas: 70,8% (361.000.000 Km2)
Perímetro en el Ecuador: 40.077 Km.
Perímetro meridiano: 40.009 Km.
Diámetro ecuatorial: 12.756,8 Km.
Diámetro polar: 12.713,8 Km.
Radio ecuatorial: 6.378,4 Km.
Radio polar: 6.356,4 Km.
Volumen: 1.083.230·106 Km3
Masa: 5,9·1021 Toneladas
Densidad: 5,5 g/cm3
Punto más alto: 8.848 m., Monte Everest (Nepal)
Punto más bajo en la superficie: -395 m., Mar Muerto (Jordania)
Altitud media: 840 m.
Mayor profundidad oceánica: 11.022 m., Fosa Oceánica Challenger (I. Marianas)
Profundidad media de mares y océanos: 3.808 m.
Distancia media al Sol: 149,6 millones de Km.
Afelio (Distancia máxima al Sol): 152.007.016 Km.
Perihelio (Distancia mínima al Sol): 147.000.830 Km.
Oblicuidad de la eclíptica: 23º27'08''
Año tropical: 365'24 días (de equinoccio a equinoccio)
Año sideral: 365,26 días (de estrella fija a estrella fija)
Día solar: 24h 03m 56s
Día sideral: 23h 56m 04s
El ecuador de la Tierra está inclinado 23.5 grados con respecto a la eclíptica (órbita alrededor del Sol). La duración de un día ha aumentado un promedio de 1.7 milisegundos por siglo, en los últimos 2.700 años. 

La fuerza magnética de la Tierra se debe a que la Tierra, al girar, hace girar su núcleo formado por hierro fundido que conduce la electricidad y produce un gran campo magnético. Los polos magnéticos de la Tierra no son fijos y varían lentamente. Actualmente el polo magnético Norte está situado en la región ártica canadiense. 

Ha habido ocasiones en un pasado muy lejano en las que el polo Norte magnético estuvo situado en la Antártida (polo Sur actual). Estas modificaciones son hoy día un misterio y por tanto bastante impredecibles y el cambio completo de los polos parece requerir unos 5000 años.

 Formación de cuerpos celestes más pequeños

    Pero los gigantes gaseosos no están aislados. Alrededor de cada uno de ellos hay un conjunto de satélites (lunas) y anillos, como si se tratara de un sistema planetario en miniatura, y aunque algunas de las lunas pueden ser trozos de desechos cósmicos capturados, muchas de ellas se han formado en órbita en torno a sus planetas por los mismos procesos de acreción y atracción gravitatoria que formaron los planetas. 

Esto demuestra que, siempre que se forman objetos grandes por atracción gravitatoria a partir de nubes de desechos en el espacio, estos objetos están acompañados por una familia de objetos menores que orbitan en torno a ellos: un indicio bastante significativo de que la formación de sistemas planetarios alrededor de estrellas es un hecho común.

    Sin embargo, debe hacerse una salvedad. Todo lo dicho es válido para sistemas estelares que, como en el caso del Sol, están formados por una sola estrella. 

Una gran cantidad de estrellas no son solitarias, sino que pertenecen a sistemas formados por dos o más estrellas, en los que puede resultar difícil la formación de planetas debido a la inexistencia de órbitas estables: los protoplanetas se verían arrastrados en una y otra dirección por las influencias gravitatorias de las diferentes estrellas. 

En estos sistemas es probable que lo único que se forme sean pedazos de escombros cósmicos como los que existen en nuestro cinturón de asteroides.

    Incluso después de que los cuatro cuerpos principales que se convertirían en los planetas interiores hubieran tomado forma en el disco de material situado en torno al joven Sol, existían muchos pedazos de escombros más pequeños en el Sistema Solar interior, que seguían sus propias órbitas y eran absorbidos por los cuatro planetas al pasar cerca de ellos. 

Los cráteres de la superficie lunar muestran el efecto del bombardeo que continuó después de la formación de los planetas; las sondas espaciales que han visitado Mercurio, planeta que —al igual que la Luna— carece de una atmósfera que borre las huellas del antiguo bombardeo, han encontrado impactos similares. Una vez más, parece que estos impactos son típicos del modo en que se forman los planetas, aunque sólo podemos estudiar en detalle el ejemplo de nuestro propio Sistema Solar. 

En el caso de éste, el proceso de formación de planetas comenzó hace unos 4.500 millones de años, al mismo tiempo que se formó el Sol, y el bombardeo finalizó hace unos 4.000 millones de años (aparte de impactos ocasionales como el que probablemente causó la extinción de los dinosaurios hace unos 65 millones de años).

    Pero los planetas, asteroides y satélites no son los únicos componentes de los sistemas planetarios. Los cometas son otros cuerpos celestes que contienen poca masa (en comparación con un planeta) pero que orbitan en grandes cantidades en torno a su estrella, a distancias mucho mayores que los planetas, llegando a mitad de camino de las estrellas vecinas.

    La tierra gira alrededor de su eje a 1.666 kilómetros por hora  y alrededor del Sol a 107.244 Kilometros por hora.  Junto al resto del Sistema Solar, la Tierra gira a 777.600 kilometros por hora dentro de la Vía Láctea y nuestra galaxia se desplaza a 2.880.000 kilometros por hora en el espacio.