28 de marzo de 2009

La formación de los planetas

La formación de los planetas

El mecanismo, que lleva a la formación de planetas, a través de una nube original de polvo y gas, hasta ahora no está totalmente aclarado.
Formación de planetas extra solares

Pero, por intermedio de los datos de observaciones más recientes, en especial por los telescopios l Hubble y Chandra, en discos de polvo que rodean estrellas, es apoyado ampliamente el siguiente modelo, que describe la formación del sistema solar. Sin embargo, la formación de lo planetas es una “aventura arriesgada”, como lo muestran las fotografías del telescopio Hubble. Discos de polvo son iluminados por la intensa luz UV de las estrellas centrales, en la constelación de Orión, donde evidentemente ha comenzado la formación de planetas,
Con la gentil autorización de NASA, J.Bally (University of Colorado, Boulder, CO), H. Throop Southwest Research Institute, Boulder, CO), C.R. O'Dell (Vanderbilt University, Nashville, TN)


Como se puede concluir de estas observaciones, la formación de planetas no es ninguna rareza, mientras tanto ya tenemos conocimientos de más de 200 planetas extra solares, y esta cifra aumenta casi a diario. En muchos lugares donde se forman estrellas, como por ejemplo en T Tauri, se pueden observar discos de polvo de lo que se puede deducir, que la formación de nuestro sistema solar no es un suceso único, ni en la galaxia ni en el universo en general.



Discos de polvo alrededor de T Tauri
En algunos millones de años, después de la ignición de la fusión nuclear en el sistema T Tauri, brillará una nueva estrella similar a nuestro Sol. Hasta entonces se nos abre un laboratorio de observación, en el cual complicados procesos gravitacionales, que quizás hacen surgir planetas, lanzan chorros al espacio y las nubes de polvo y gas se siguen densificando o son soplados por el viento estelar hacia el espacio.

Con la gentil autorización de C. & F. Roddier (IfA, Hawaii), CFHT


Los planetas de nuestro sistema solar muestran, una órbita casi circular, y estos se encuentran aproximadamente en un mismo plano. ¿Cómo puede ser esto?
Para esto existe una explicación natural: El Sol y sus planetas se formaron juntos de una única nube de gas y polvo gravitacional estable. Si de una nube como esta, se forma una estrella pobre en masa como nuestro Sol, entonces el impulso principal de giro, se traspasa a la materia estelar circunstante. Esto se puede reconocer, porque los planetas en conjunto sólo representan el 1/750 de la masa del Sol, y tiene sólo el 1/200 del total del momento angular. Todos los planetas, que se formaron en conjunto, han mantenido entonces la dirección de giro de la nube. En el caso de estrellas masivas, el momento angular principal, le corresponde al cuerpo central, por lo que difícilmente aquí se pueden encontrar planetas. En contra de esto, también está la relativamente temprana iniciación del viento estelar, de esta especie, que expulsa toda la materia circundante.
La nube interestelar tenía entonces un momento angular determinado (El cual provenía originalmente de la rotación de la galaxia) y además un campo magnético débil. Su composición química correspondió a aproximadamente al promedio de la distribución de los elementos de la distribución de los elementos, como también se puede encontrar en la actualidad en el cosmos. Otros momentos angulares provienen de las colisiones de las partículas entre si. Si dos partículas colisionan, entonces no siempre chocan justo en el medio, si no la mayoría de las veces, lateralmente. Con ello, en última instancia, la energía cinética se convierte en rotación.

Ahora partículas de polvo individuales comienzan a aglomerarse, lo que sucede mayoritariamente por colisiones suaves. Estos conglomerados en formación aumentan constantemente de tamaño, donde ahora se incrementan continuamente la gravedad. Se forman innumerables fragmentos en el ámbito de 100 a 1000 [m], esto nos lo demuestran, aún hoy los numerosos cráteres en Mercurio, la Luna y Marte.

Una toma hecha por el Mariner 10, del año 1974, nos muestra los incontables cráteres de impacto en la edad tempranera del planeta. Con 4800 [Km.] de diámetro, Mercurio es sólo un poco más grande que la Luna (3500 [Km.]. Su temperatura superficial se encuentra entre – 180 [ºC] y 400 [ºC]. La similitud con la Luna es sorprendente.

Con la gentil autorización de Mariner 10, NASA

La nube se compone de una mezcla de gas y polvo, y las partículas de polvo funcionan como semillas de condensación. Algo similar sucede en una nube normal, cuando el agua evaporada asciende, se enfría y finísimas gotas se condensan alrededor de partículas de polvo que flotan en el aire.



Una zona de formación de estrellas en la parte norteña de la Galaxia, región de Cepheus a una distancia de 3000 años luz. Nubes de polvo son iluminadas por luz estelar, porque su componente UV incita a los electrones del hidrógeno atómico, y al estimular la absorción de sus antiguos niveles de energía, emiten fotones de luz roja. De esta manera podemos echar una mirada a las oscuras nubes de polvo, que son lugar de nacimiento de nuevas estrellas y planetas.

Con la gentil autorización de Arne Henden (US Naval Observatory, Flagstaff), Image Processed by Al Nelly

En el interior de la nube original las temperaturas naturalmente son más altas, porque aquí el roce entre las partículas es mayor. En estas zonas condensaban combinaciones poco volátiles, a estos condensados los llamamos hoy rocas. En las zonas exteriores, las temperaturas so tan bajas que moléculas volátiles como agua, amoníaco y metano, pueden condensarse a hielo, de esto se forman los planetas gaseosos.




La nube de la nebulosa original colapsa. En el centro ya se ha formado el Sol, donde aún no se producido la ignición de la reacción nuclear.

Fuente: Universidad de Tubingia


Las partículas ahora siguen creciendo lentamente, pero mientras más pesado se hacen, tanto más difícil es, que sean arrastrados por el gas. La consecuencia: Descienden en dirección del plano de simetría del disco, que se forma por la incipiente rotación de la nube, y creando aquí una acumulación concentrada de partículas. Para alcanzar un diámetro de aproximadamente 1 [m], una parte necesita más de cien mil años, pero ya en los próximos 1000 años ha crecido a un diámetro de 1000 [Km.]. Ahora constantemente se producen choques, con lo cual, más de un fragmento es destruido. Sin embargo, trozos más grandes ya están en condición de atraer a pedazos más pequeños debido a su gravitación y con esto continúa su crecimiento.

Gérmenes planetarios, desde los 100 [m] hasta los 1000 [Km.] aún estaban rodeados por grandes masas de gas, proveniente de la nube original, por lo cual era posible la captación de más partículas de polvo sin mayor esfuerzo gravitacional. Para la formación de los planetas similares a la Tierra, fueron necesarios sólo un par de millones de años, También la creación de los planetas gigantes ya se había finalizada después de unos cien millones de años. Para esta época el Sol comenzó a brillar, después de la ignición de las primeras fusiones nucleares y el aumento de la cuota de reacción. Ahora comenzó a soplar el primer viento solar, que le ponía fin a la formación de planetas, aventando el resto de gas y polvo fuera del sistema. Con esto, el sistema solar se hizo transparente. Sin embargo, los cuerpos gélidos que se encontraban en los lejanos y helados ámbitos, podían resistir los embates del aún salvaje Sol, como por ejemplo los satélites de Saturno y Urano, o los miles de millones de cometas.

Es difícil representar en un modelo, como se formaban las definitivas masas planetarias, aquí juegan un rol muchos factores, como temperatura, densidad, contenido de polvo, velocidad de crecimiento y cantidad residual de gas.




Otros ejemplos más, de la nube original de la zona de la nebulosa de Orión. Las nubes en proceso de contracción tuvieron un determinado momento angular, de lo cual se da una agrupación en forma de disco de la materia. En estos discos se forman nuevos planetas, en los cuales quizás en muchos millones de años se puede originar vida nueva.

Con la gentil autorización de C. R. O'Dell and S. K. Wong (Rice U.), WFPC2, HST, NASA,

Mientras más aumentaba el tamaño de la masa de los planetas, tanto más rápido pudieron captar partículas y fragmentos. Con esto la energía cinética, del impacto de las partículas, era liberada como calor, con esto aumentó la temperatura de los planetas. Esta fue la fase más tormentosa: En aproximadamente 100 hasta 200 millones de años, los distintos cuerpos aceleraron a altas velocidades por la atracción mutua, y las colisiones se hicieron cada vez más intensas. Si los planetas hasta ahora eran una aglomeración de fragmentos individuales, así la fusión incipiente pudo formar un sólido núcleo planetario. Bajo estas condiciones se originaron reacciones químicas, se formaban nuevos compuestos y por la sedimentación, los componentes más pesados descendieron cada vez más. Probablemente la mayoría de los planetas tengan un núcleo de Hierro (y Níquel), donde a lo contrario, los silicatos más livianos ascendían.
Ahora ya pasaron unos 500 millones de años. El Sol mientras tanto, por su viento, ha expulsado la atmósfera original y al resto de los componentes gaseosas y de polvo, de los planetas más cercanos al Sol, fuera del sistema planetario.


En el interior del Sol se desarrollan ahora fusiones nucleares, ahora brilla como la estrella central del sistema y por su fuerte viento, los restos de la nube original son expulsados al cosmos.

Fuente: Universidad de Tubingia

Los lejanos planetas gigantes, sin embargo retuvieron hasta ahora la atmósfera de la nube original, el viento solar debilitado en esas zonas no tiene poder sobre los gases fuertemente atados por la gravitación. La mayoría de los fragmentos más pequeños ya fueron capturados por los planetas, y la Tierra ya es circundada por la Luna, según los últimos conocimientos presumiblemente arrancado de la Tierra, por la colisión con un cuerpo del tamaños de Marte.
Después de una tormentosa fase inicial, nuestro Sol ahora entra en la rama principal del diagrama Herzsprung-Russel, y a partir de ahora, quema en forma tranquila y pareja su reserva de Hidrógeno. El viento solar disminuye, y en los planetas tipo Tierra las calientes fundiciones eliminan sus gases y comienza la actividad volcánica. Con esto se liberan enormes cantidades de gases, entre ellos vapor de agua, dióxido de carbono y nitrógeno. Después de largos años de enfriamiento comienza la condensación del vapor de agua – se forman los primero mares. En ellos se disuelven grandes cantidades de dióxido de carbono, de lo cual se forman combinaciones insolubles de metales alcalinos y compuestos alcalinos, como Potasio, Magnesio, etc., que hasta hoy se pueden encontrar en las rocas sedimentarias
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La diversidad con la cual se pueden originar los planetas, ya los muestra nuestro sistema planetario. Tan diferente que son, parece que su formación sigue ciertas reglas

Con la gentil autorización del Jet Propulsion Laboratory

La segunda, nueva atmósfera de la Tierra contenía sólo muy poco Oxígeno, quizás sólo 0.1%. Este se formó por fotodisociación del vapor de agua como consecuencia de las fuertes radiaciones UV. Más no podía aumentar el contenido de Oxígeno, porque absorbía la radiación UV de la luz (Formación del Ozono). Recién al comenzar la fotosíntesis de las plantas, la atmósfera es enriquecida con Oxígeno, con lo cual se reducía, al mismo tiempo, el contenido de dióxido de carbono, ya que era absorbido por las plantas. Planetas más pequeños, dentro de le ecosfera, perdieron pronto completamente su atmósfera volcánica. Ya que la gravitación de estos era muy reducida. El planeta Venus parecido a la Tierra, pudo atar a si la atmósfera, pero es demasiado caliente, para que se pudiera formar vida primitiva.
Los planetas extra solares encontrados hasta ahora, en su mayoría son gigantes de gas similares a Júpiter. Esto por la simple razón, porque nuestros instrumentos todavía no son lo suficientemente sensibles, para detectar planetas parecidos a la Tierra. En los próximos años la técnica se va a mejorar y con seguridad encontraremos planetas más pequeños. Los gigantes gaseosos hasta ahora encontrados, tienen una órbita diez veces más estrecha que Mercurio. Con esto los científicos están obligados a reformular la teoría de la formación de los planetas. Ya que el disco de la nebulosa original, a una distancia tan cercana de la estrella, no puede contener tanta materia, para que se formen estos gigantes. Incluso si esto fuese el caso entonces necesita hielo y frío para su formación. Y por último, seguramente sería desgarrado por la cercanía de la estrella

Alrededor de la estrella Ypsilon Andrómeda, giran 3 planetas del tipo Júpiter. El gigante gaseoso está más cerca de su estrella que Mercurio al Sol, El segundo aproximadamente a la misma distancia que la Tierra, mientras que la órbita del tercero esta a una distancia similar a Júpiter del Sol, para lo cual, según el modelo arriba indicado también estaría “justificado”. Sistemas planetarios como estos nos obligan a repensar la formación de los planetas.

Con la gentil autorización de Sylvain Korzennik y el observatorio Lick

Por lo tanto se ha considerado, si un planeta como este pudo haber sido capturado de una órbita mucho más lejana. ¿Pero porqué entonces, después de un camino tan largo no se precipitó directamente sobre la estrella y en vez de esto se ubicó en una órbita estable?
La ciencia se encuentra frente a las ruinas de una hermosa teoría, que ahora mediante nuevas observaciones debe ser ampliada o totalmente rescrita.

Última revisión, 14 de Noviembre de 2006
Traducida al castellano por AAGB, Stgo. Chile, Agosto 2008. Con la gentil autorización de Werner Kasper, Mittelweg 1, D- 35117 Münchhausen, Abenteuer-Universum (Aventura Universo)

2 comentarios:

Rosario dijo...

Muchas gracias por la interesante explicación, busqué en varios sitios esta información pero aquí encontré algo más detalladi, fácil de comprender y al parecer bastante actualizado.

Rosario Moyano Aguirre

Anónimo dijo...

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