El decisivo papel de Júpiter en la evolución del Sistema Solar

¿Por qué es nuestro Sistema Solar tan distinto? ¿Qué hizo que la atmósfera terrestre no fuera de hidrógeno y que nuestra masa fuera baja? Una nueva investigación sugiere que antes de la Tierra, otros planetas existieron cerca del Sol

Por Glenys Álvarez

Los investigadores que estudian nuestro Sistema Solar nos dicen que somos distintos. No representamos a los otros que han sido descubiertos, como dijo las astrónoma chilena Bárbara Rojas-Ayala, en una entrevista para la revista Órbitas Científicas, “nuestro Sistema Solar es bien particular, nosotros no somos la regla”. Ahora, un nuevo estudio cuyos resultados fueron obtenidos mediante simulaciones computacionales, nos dice que estas diferencias pueden provenir de la presencia de otros planetas mucho más masivos que la Tierra (súper-Tierras) y el papel del gigante Júpiter en su destrucción.

Mucho antes de que se formaran Mercurio, Venus, la Tierra y Marte, existían unos planetas masivos en el interior del Sistema Solar, planetas más grandes que la Tierra pero más pequeños que Neptuno, que fueron devorados por el Sol debido a un cambio en sus órbitas. Ese cambio se lo deben a la relación entre Júpiter y Saturno y la danza que ejecutaron en los primeros millones de años de vida en el disco protoplanetario.

Konstantin Batygin, científico planetario de Caltech, y Gregory Laughlin de la Universidad de California en Santa Cruz, hicieron cálculos y simulaciones basados en resultados de investigaciones anteriores que resuelven preguntas como ¿por qué los planetas terrestres en nuestro sistema tienen baja masa en comparación con los planetas orbitando otras estrellas? De acuerdo con los investigadores, las órbitas de Júpiter jugaron un papel estelar en la gran obra de la evolución del sistema.

“Nuestro trabajo sugiere que la migración interior-exterior de Júpiter podría haber destruido una primera generación de planetas y haber sentado las bases para la formación de los planetas terrestres de masa empobrecida que nuestro sistema solar tiene hoy”, dijo Batygin. “Todo esto encaja a la perfección con otros acontecimientos recientes en la comprensión de cómo el sistema solar evolucionó, además de que llena grandes vacíos sobre nuestro particular hogar”.

En primer lugar, los sistemas de exoplanetas que conocemos son bien diferentes al nuestro. Las estrellas, algunas parecidas al sol, tiene planetas que las orbitan, sin embargo, están bien cercanos a ellas. En nuestro sistema no es así pues muy poco encontraremos más allá de Mercurio, quizás asteroides y un poco de basura espacial, pero no más planetas. Lo contrario es lo que se han encontrado alrededor de otras estrellas, donde los planetas no sólo son mucho más masivos que la Tierra sino que orbitan cerca de su estrella.

Primero está Júpiter, planeta crítico para entender la evolución de nuestro vecindario. En 2001 y 2011, dos estudios elaborados por equipos en la Universidad Queen Mary de Londres y en el Observatorio de Niza, hablan de los primeros millones de años del sistema, cuando el Sol era joven y aún existía el disco protoplanetario a su alrededor. La formación del cuerpo planetario gigante de Júpiter estaba integrada en el disco de gas y polvo y con el tiempo, Júpiter comenzó a adquirir tanta masa que se convirtió en un cuerpo gravitacionalmente influyente, lo que ayudó a que limpiase una brecha en el disco cerca de él; como el Sol también limpiaba un poco del disco a su alrededor, la órbita de Júpiter comenzó a rodar hacia el interior del sol, como si se encontrara en una gigantesca cinta transportadora.

Es aquí donde entra el papel de Saturno. Batygin dice que si no hubiera sido por Saturno, Júpiter eventualmente hubiese caído dentro del Sol, pero cuando comenzó a formarse Saturno, después de Júpiter, los dos planetas se acercaron lo suficiente y se unieron en una relación especial llamada resonancia orbital, “donde sus periodos orbitales eran racionales y Saturno, por ejemplo, completaba dos órbitas alrededor del Sol en el mismo tiempo en que Júpiter completaba una, y ese baile comenzaba a ejercer una influencia gravitatoria entre ambos.

“Esa resonancia permitió que los dos planetas abrieran una brecha mutua en el disco que causaba que todo el gas se moviera hacia el exterior, una situación que hizo que la dirección de la migración planetaria cambiara hacia el otro lado, a ese escenario se la ha llamado el 'Grand Tack', los planetas migran hacia adentro y luego cambian de dirección drásticamente, algo así como un barco que dobla alrededor de una boya”, expresó Batygin.

Mientras tanto, ¿qué pasaba con los planetas más cercanos al Sol?

Y es aquí donde entran unos planetas primordiales que ya no están con nosotros, las súper-Tierras. Según sus cálculos, fue un momento realmente violento, pues estos masivos planetas fueron empujados hacia el Sol por la órbita de Júpiter, a medida que estas súper-Tierras se acercaban al sol, sus órbitas se convertían en elípticas lo que hacía que colisionaran unos con otros; de hecho, una vez cada 200 años chocaban otra vez, descomponiéndose y enviando muchos de estos residuos hacia el sol. No obstante, no todo el material planetario caía en la estrella pues algunos se devolvían, además, sólo es necesario el 10% del material que Júpiter barrió hacia el sol para producir a Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Precisamente, los investigadores hicieron simulaciones sobre lo que ocurriría en un sistema de exoplanetas conocido como Kepler-11, el cual tiene seis súper-Tierras con una masa combinada de 40 veces la de nuestro planeta, y descubrieron que estos planetas gigantes caerían dentro de su estrella en 20 000 años.

Luego de toda esta violencia, se necesitarían millones de años para que estos planetesimales o residuos planetarios se agruparan y formaran los planetas terrestres, lo cual concuerda con la información actual que dice que la Tierra se formó entre 100 a 200 millones de años después del nacimiento del Sol. Más aún, esto podría explicar también por qué la Tierra carece de una atmósfera de hidrógeno.

“Nos formamos de estos desechos volátiles”, dice el investigador.

Y es eso lo que nos diferencia de los demás sistemas exoplanetarios. La violenta evolución del sistema es lo que ha permitido que nuestro planeta sea tan poco común a los demás que hoy conocemos, es lo que ha permitido, además, la posibilidad de la atmósfera terrestre, el agua y la vida.

El estudio fue publicado en PNAS.
Más información en inglés: http://www.caltech.edu/news/new-research-suggests-solar-system-may-have-once-harbored-super-earths-46017
Crédito de imagen: K. Batygin / Caltech