Sistema Solar Temprano – Los Planetas Jovianos
El sistema solar es un lugar increíblemente rico y variado, con innumerables objetos que proporcionan pistas sobre los orígenes y la evolución de los planetas y lunas individuales, así como los sistemas de cuerpos gravitacionalmente unidos. El sistema solar interno está dominado por los planetas relativamente densos: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte, con superficies de rocas de silicato y minerales. Por el contrario, los cuatro planetas exteriores: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, son gigantes gaseosos hechos principalmente de hidrógeno y helio, pero con muchas otras moléculas interesantes. El inventario diverso de lunas proporciona aún más perspectiva sobre temas comunes. en el comportamiento de los mundos terrestres y en lo que hace a la Tierra tan especial.
Júpiter
La idea aceptada es que hace 4.567 millones de años, cuando el Sol se encendió y barrió los vientos solares más allá de los planetas, el hidrógeno, el helio y otros gases fueron eliminados y expulsados hacia el exterior, lejos en regiones más frías del espacio donde los gases podrían condensarse en líquidos o sólidos (Como el hielo). Como consecuencia, el carácter del sistema solar cambia radicalmente más allá del cinturón de asteroides, más allá de unos 750 millones de kilómetros del Sol. Este es el dominio más frío y oscuro de los planetas gigantes gaseosos o jovianos.
Júpiter es, con mucho, el más grande de los planetas jovianos. Al igual que todos los gigantes gaseosos, es básicamente una esfera de hidrógeno y helio, probablemente con un núcleo rocoso “invisible” (Me refiero a que aún no lo vemos) que puede tener aproximadamente la misma masa que uno de los planetas terrestres internos. Aun así, ese centro rocoso representa como máximo solo un pequeño porcentaje de la masa total. Júpiter es aproximadamente 2.5 veces más masivo que todos los otros planetas combinados. Debido a que es tan masivo y está tan lejos del Sol, Júpiter tiene una fracción significativa del momento angular del sistema solar.
Una forma de pensar en un planeta gigante gaseoso como Júpiter es un intento fallido de hacer una estrella. El interior de Júpiter y otros gigantes gaseosos está caliente y comprimido, y una gran cantidad de energía potencial gravitacional se convierte en calor a medida que se forma el planeta, pero no hay suficiente temperatura y presión para provocar las reacciones de fusión.
Júpiter, a cinco veces la distancia Tierra-Sol, orbita al Sol cada 12 años terrestres. Aun así, el día de Júpiter es corto, solo unas 10 horas, porque Júpiter gira sobre su eje muy rápido. Esa rotación rápida hace que el planeta se “hinche” sobre su centro, un fenómeno fácilmente visible en las fotografías del planeta, y también causa un clima extremo.
La rotación rápida rompe la espesa atmósfera de Júpiter en bandas y remolinos que se mueven rápidamente, que se ven fácilmente como una secuencia de rayas más claras y oscuras paralelas al ecuador. Júpiter experimenta una cizalladura extrema del viento que crea inmensos vórtices: Ciclones muchas veces del diámetro de la Tierra que pueden durar muchos años y con vientos sostenidos de cientos de kilómetros por hora.
La exploración de planetas gigantes gaseosos enfrenta desafíos que no se aplican a los planetas terrestres más cercanos, incluido el hecho de que la NASA no puede aterrizar en Júpiter porque no hay una superficie real, o al menos no se ha detectado. A pesar de las dificultades en cualquier acercamiento cercano a Júpiter, hemos tenido algunas sondas espaciales espectaculares que visitan el gran planeta, en particular las misiones Voyager, Galileo y Ulises que han devuelto magníficas fotos y montones de datos sobre Júpiter y sus alrededores.
Uno de los aspectos más sorprendentes de Júpiter, y uno que tiene importancia para comprender los orígenes y la evolución de la Tierra, es la riqueza de sus satélites. De hecho, los astrónomos han identificado al menos 64 satélites naturales orbitando Júpiter, que varían en tamaño desde grandes rocas de solo un kilómetro o dos de diámetro, a objetos asteroides irregulares de hasta 200 kilómetros de diámetro o a varios “Planetoides” esféricos que varían en tamaño hasta el planeta Ganímedes, que tiene más de 5,200 kilómetros de diámetro, significativamente más grande que el planeta Mercurio.
Los satélites «irregulares» más pequeños (Es decir, aquellos que no tienen forma esférica) representan la mayor parte de este gran número, 56 en total, y el número sigue creciendo a medida que se encuentran más pequeños. Las órbitas de estos pequeños satélites tienden a ser bastante elípticas en muchos casos y en una mezcla de direcciones. Por el contrario, los ocho satélites «regulares» (Esféricos) de Júpiter tienen órbitas casi circulares, todas se encuentran en un solo plano orbital que coincide con el plano de rotación de Júpiter, y las direcciones de la órbita son las mismas que la rotación de Júpiter.
Los cuatro satélites más grandes de Júpiter, llamadas galileanos porque Galileo las vio por primera vez en su telescopio a principios del siglo XVII, son posiblemente las más interesantes. Io, Europa, Ganímedes y Calisto son lo suficientemente grandes como para ver con un buen par de binoculares. Cada satélite ha sido estudiado por sondas espaciales en sobrevuelos de aproximación cercana, por lo que tenemos una gran cantidad de datos, incluidas fotografías en primer plano y mucha información física y química.
Saturno, Urano y Neptuno
Saturno, el planeta anillado, es una vista majestuosa y hermosa. Es solo un tercio de la masa de Júpiter, pero es bastante similar en composición y carácter. Al igual que Júpiter, Saturno está hecho principalmente de hidrógeno y helio. Y, como Júpiter, también tiene un clima violento y muchos satélites.
Saturno está muy lejos, casi 10 veces más lejos del Sol que la Tierra, y lleva casi 30 años completar una órbita. Entonces, a diferencia de los otros planetas que hemos conocido, cada uno de los cuales tiende a moverse significativamente en el cielo nocturno de año a año, si no mes a mes, Saturno deambula por el cielo a un ritmo pausado. Al igual que Júpiter, el día de Saturno de 10 horas provoca un abultamiento ecuatorial y un clima severo, con el mismo cizallamiento atmosférico extremo y tormentas ciclónicas intensas.
La característica más distintiva de Saturno, visible incluso en un telescopio modesto, es el magnífico complejo de anillos. Lo que al principio parece ser un anillo ancho continuo es en realidad un sistema complejo de rizos con un conjunto muy dinámico de satélites pastores y otras interacciones gravitacionales complejas. Los anillos brillantes están compuestos principalmente de pequeños cristales de hielo en una lámina plana sorprendentemente delgada.
Los astrónomos han identificado más de 60 satélites de Saturno de más de 1 kilómetro de diámetro. La mayoría de estos son cuerpos irregulares, similares a los asteroides, pero 24 han sido clasificados como satélites «regulares», es decir, tienen órbitas casi circulares en el plano de rotación de Saturno.
Con mucho, el satélite más interesante, de hecho, uno de los lugares más interesantes del sistema solar, es el más grande, Titán. Este “planetoide” tiene una atmósfera espesa, es el único satélite con esa característica, y su propia superficie dinámica única. Es el único cuerpo que no sea la Tierra con lagos y ríos en su superficie. Titán es más grande que Mercurio, aunque solo la mitad de masivo, porque es aproximadamente la mitad de hielo, mucho menos denso que la roca de silicato.
La sonda espacial Huygens (De la misión Cassini-Huygens) aterrizó en Titán y tomó fotografías sorprendentes durante su descenso de un complejo sistema de lagos y ríos, probablemente llenos de hidrocarburos líquidos, porque las temperaturas en la superficie están muy por debajo del punto de congelación del agua. Huygens confirmó que Titán tiene una atmósfera de nitrógeno sustancial, con una presión superficial estimada en aproximadamente 1.5 atmósferas.
La atmósfera de Titán también presenta un fascinante “smog” naranja que parece estar hecho de compuestos a base de carbono, que es el tipo de química que debe haber precedido el origen de la vida en la Tierra. Entonces Titán es otro lugar donde los científicos planetarios quieren visitar en su búsqueda de vida en otros mundos.
Los dos planetas exteriores principales, Urano y Neptuno, no son visibles sin la ayuda de un buen telescopio. Urano fue descubierto en 1781 por el célebre astrónomo inglés William Herschel. Él y otros astrónomos sospecharon la existencia de este séptimo planeta debido a irregularidades orbitales en Saturno. Como dijo Isaac Newton, ningún objeto en el sistema solar puede cambiar su camino sin una fuerza, por lo que la desviación de Saturno de su órbita prevista implicaba alguna otra gran fuente de gravedad aún no vista.
Urano está a aproximadamente 19 veces la distancia Tierra-Sol, con un período orbital de 84 años. El planeta tiene más de 4 veces el diámetro de la Tierra y 15 veces más masa.
La Voyager 2 reveló que el día de Urano tiene aproximadamente 17 horas de duración y que el eje de rotación de Urano está inclinado en relación con los otros planetas. Urano en realidad se desplaza en su órbita, por lo que, a diferencia de otros planetas, cada polo de Urano recibe luz solar directa durante 42 años a la vez.
Al igual que los otros gigantes gaseosos, Urano está compuesto principalmente de elementos ligeros, pero también tiene muchos más congelados, incluidos metano y amoníaco. Urano tiene cinco satélites principales, todas los cuales parecen congelados e inactivas, así como más de 20 más pequeños y un complejo sistema de anillos.
El descubrimiento de Neptuno, el planeta más distante, fue un gran triunfo del modelo de gravedad y fuerzas de Isaac Newton. Urano fue descubierto porque la órbita de Saturno parecía estar ligeramente perturbada, y los astrónomos habían notado que la órbita de Urano en sí estaba ligeramente perturbada, por lo que los astrónomos de Inglaterra y Francia dedujeron independientemente la existencia y la ubicación aproximada del octavo planeta. Luego, en 1846, el planeta fue observado por astrónomos franceses y alemanes.
Neptuno está muy lejos: 30 veces la distancia entre la Tierra y el Sol, por lo que la luz tarda unas cuatro horas en viajar del Sol a Neptuno. Neptuno orbita al Sol una vez cada 165 años terrestres. Neptuno es difícil de estudiar en telescopios terrestres porque es muy tenue y lejano, pero obtuvimos una muy buena vista en 1989 desde el sobrevuelo de la Voyager 2. Fue entonces cuando obtuvimos las mejores fotografías del hermoso planeta azul.
La atmósfera de Neptuno, que consiste en hidrógeno y helio mezclados con metano y amoníaco, se encuentra a 60 grados Celsius por encima del cero absoluto. El planeta gira rápidamente, una vez cada 16 horas, lo que impulsa patrones climáticos dinámicos. Tiene tormentas ciclónicas grandes y duraderas como las que se ven en Júpiter y Saturno.
Como todos los otros planetas gigantes gaseosos, Neptuno tiene muchos satélites, 14 en el último recuento, y un complejo de anillos también. El satélite más grande e interesante es Tritón, de 2.700 kilómetros de diámetro con su propia atmósfera rica en metano.
Tritón es una anomalía real: Tiene una composición de hielo más roca que es bastante diferente de Neptuno, y también está orbitando alrededor de Neptuno en una órbita retrógrada (La forma «incorrecta»). Estas características sugieren que Tritón es un “plutoide” capturado; es solo un poco más grande que Plutón, y no parece ser una luna formada como las lunas galileanas de Júpiter. Es un escenario muy complicado: Que un planeta capture un gran satélite.
Referencias
2009 The Crowded Universe: The Search for Living Planets
Alan Boss
Roberth M. Hazen
James Trefil, Robert M. Hazen