11 de diciembre de 2011

El Sistema Solar 1

El Sistema Solar

La estructura del sistema solar
Debido al descubrimiento de muchos otros sistemas planetarios, sabemos hoy, que nuestro sistema solar es algo totalmente normal en el universo. Casi a diario se descubren nuevos planetas fuera de nuestro sistema solar y parece ser inevitable, que con el nacimiento de una nueva estrella, también se forman planetas, casi como un “producto de desecho”. En esta sección nos dedicaremos a nuestro sistema planetario. La mayoría de los cuerpos en nuestro sistema solar, tiene propiedades bien definidas, que fueron marcados por su formación hace 4,56 mil millones de años, pero también por su desarrollo diferenciado. Responsable de esto son sus diferentes masas, como también sus distintas distancias a la estrella madre, el Sol.
Veamos en primer término, de que cuerpos está compuesto el sistema solar (exceptuando al Sol sobre el cual hay un capítulo aparte). Debe tenerse en cuenta, que desde el 24 de Agosto de 2006, tiene validez una (discutida) definición para los planetas, respectivamente planetas enanos, en el sistema solar. Según esto Plutón ya no es un planeta:

Planeta
Cuerpo de cierto tamaño que gira alrededor del Sol. Los planetas son Mercurio, Venus (Los planetas interiores); Tierra, Marte (planetas terrestres), Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno (Los planetas exteriores). Un cuerpo es un planeta cuando gira alrededor del Sol, cuando debido a su auto-gravitación adquiere una forma esférica y ha despejado (de pequeños cuerpos) su entorno y su órbita

Planeta enano
Un cuerpo que gira alrededor del Sol, y que debido a su gravedad a tomado una forma aproximada de una esfera y que no ha despejado su entorno y su trayectoria. Plutón es uno de estos planetas enanos.

Cuerpo planetario
Designación general para un cuerpo que rota alrededor de una estrella.
Asteroide (también planetoide)
Cuerpo planetario más pequeño que un planeta y planeta enano.

Meteoroide
Cuerpo pequeño

Meteorit
o
Un cuerpo con una masa lo suficientemente grande, que al chocar con la tierra no se quema totalmente en la atmósfera, y cuyos restos pueden ser recogidos.

Meteoro
Es un pequeño meteorito, que se quema totalmente en la atmósfera, generalmente conocido como estrella fugaz.

Cometa
Cuerpo planetario que se compone de hielo y polvo. Los cometas presentan orbitas elípticas, parabólicas e incluso hiperbólicas. Si llegan a las cercanías del Sol, se evapora parte de su sustancia.]

Satélite
Denominación general, para un objeto natural o artificial, que orbita a un planeta

Luna
Objeto natural, generalmente con una masa mayor que se encuentra el órbita alrededor de un planeta



















De esta manera un se podría imaginar la formación de un nuevo sistema planetario. La estrella central ha comenzado con su liberación de energía por la reacción nuclear, y su fuerte viento dispersa las nubes de gas y polvo. Los planetas ya se han formado y siguen creciendo.

Con la gentil autorización de David Hardy, ROE, ATC, NSF, NASA

Masas
El cuerpo más grande del sistema solar, visto desde el punto de vista de la masa, es naturalmente nuestra estrella central, ella abarca en si 333 000 masas terrenales, esto son el 99,865% de la masa total del sistema solar. Los ocho, tienen en total sólo 446,7 veces la masa de la Tierra, de los cuales Júpiter tiene 317 veces la masa terrenal, lo que es un poco más de uno por mil de la masa total. Todas las lunas de los planetas tienen en total sólo 0,12 masas terrenales.

El tamaño de los planetas comienzo con Júpiter con 143 000 [km] de diámetro y termina con Mercurio con 4876 [km] de diámetro. El tamaño de las lunas comienza con Ganimedes con 5280 [km] y llega hasta los reducidos 10 [km], incluso, en los sistemas anillares de los planetas gigantes llegan hasta el ámbito de los milímetros. Los asteroides comienzan con 1000 [km] de diámetro, hasta un tamaño de 10 [km], su cantidad podría llegar hasta los 10^10 en el sistema solar. Mayor aún es la cantidad de cometas, estimativamente deberían ser unos 10^12. Sus núcleos tienen un tamaño de entre 1 hasta 100 [km]. El tamaño más común de los meteoritos estarían entre 1 [cm] y 0,01 [mm], aquí cuerpos más grandes son más bien raros.
Encasillamiento de los cuerpos

Los cuerpos grandes de nuestro sistema solar pueden dividirse groseramente en tres grupos: Terrenales, tipo Júpiter y cuerpos tipo gélidos.

I. Cuerpos terrenales
Entre ellos cuentan los planetas Mercurio, Venus, Tierra y Marte, como también nuestra Luna. Io y Europa. Los cuerpos terrenales se distinguen por tener un núcleo de Hierro rodeado por un manto sólido de roca. Tienen un diámetro relativamente pequeño, sin embargo una alta densidad. A esto también se cuentan los planetoides a pesar de no tener núcleo de Hierro

II. Cuerpos tipo Júpiter
En su centro guardan un núcleo rocoso, que se ha rodeado con un manto de gas, durante su formación. Posiblemente es parcialmente líquido. Estos planetas, a los cuales contamos Júpiter, Saturno, Urano, y Neptuno, disponen de un gran diámetro, pero sólo tienen una reducida densidad. El manto de gas corresponde aproximadamente a la composición del Sol, ya que todos los planetas junto con el Sol se formaron de una nebulosa originaria (ver La formación de los planetas).

III. Cuerpos tipo gélidos
Estos son cuerpos bastante pequeños, que se componen de hielo, metano y amoníaco congelado que posiblemente se acumularon alrededor de un núcleo rocoso. Sus densidades igualmente son bajas, entre ellos se cuenta al planeta enano Plutón y las lunas Titán, Rea, Calisto y Ganimedes. A estos se le podría agregar también los cometas, pero estos no tienen un núcleo rocoso.















Las órbitas de los planetas interiores, mostradas aquí a escala. A mano de las órbitas de Júpiter y Saturno, aquí agregados, es posible entender las enormes distancias.















Las órbitas de los planetas exteriores. Para su representación hubo que elegir otra escala. Aquí Plutón aún es considerado como un planeta, notorio es la inclinación de su órbita hacia la eclíptica.


La distribución del momento angular
Extrañamente a primera vista la distribución del momento angular en nuestro sistema solar, está diametralmente opuesto a la distribución de la masa. Mientras que el Sol abarca casi el 99,9% del total de la masa, ya sólo Júpiter engloba el 61% del momento angular. El Sol sólo tienen una pequeña proporción de aproximadamente 0,5%. En primer término debemos diferenciar entre el momento angular propio alrededor de su eje de rotación, y el momento angular orbital. El Sol no muestra ningún momento angular orbital, (el Sol no se puede orbitar a si mismo. Concretamente, sin embargo, hay que considerar, que orbita al centro galáctico, pero aquí sólo se mira al sistema solar), en base a su enorme masa tiene si un considerable momento angular propio. Este, en el caso de los planetas es bastante reducido y casi lo podríamos despreciar. El momento angular orbital I de un planeta se puede calcular según

I = m • r • v

donde m es la masa del planeta, r el radio de su órbita. La velocidad v orbital se calcula de G (G = 6,67259 • 10^-11 [m^3 Kg^-1 s^-2]) y la masa solar M (M = 2•10^30 [Kg]):
Ahora podemos resumir ambas fórmulas y obtenemos la siguiente sencilla expresión, para el impulso orbital de cada cuerpo celestial que gira alrededor del Sol, donde sintetizamos GM como una constante:
Si se toma en forma exacta, en cierto sentido, el Sol se orbita a si mismo. Por la acción, de la muy débil influencia gravitacional de los planetas, oscila levemente junto con todo el sistema alrededor de un centro de gravedad. Sólo este reducido “bamboleo” nos permite hoy, localizar sistemas planetarios de otras estrellas, ya que los planetas mismos no son visibles.
Hasta ahora no se sabe con exactitud cómo se originó, en el sistema solar, esta extraña distribución del momento angular. ¿Por qué la parte del león fue trasladada a los planetas, donde, sin embargo la mayor parte de la masa le corresponde al cuerpo central? Se supone que por un acoplamiento magnético, del entonces Sol con una rotación más veloz, se produjo una transferencia de impulso sobre el sistema restante.

Expansión
Desgraciadamente no se pueden dar datos exactos sobre el tamaño de nuestro sistema solar. El planeta más lejano recorre una órbita elíptica, y se puede alejar hasta unos 30,39 [UA] (unidades astronómicas) del Sol. Plutón se aleja hasta 49 [UA], Eris incluso hasta 97 [UA]. En promedio se puede partir desde una parte central del sistema solar, que se encuentra por debajo de 40 [UA], y que contienen los cuerpos mayores con órbitas periódicas. El centro está rodeado por una enorme nube de cometas, que se extiende hasta una distancia de 150 000 [UA], esto equivale a u os 2,3 años luz. En una distancia tan enorme hacia el Sol, ya se hacen notorias las fuerzas gravitacionales de otras estrellas, que pueden provocar que algunos cometas abandonen al sistema solar.

Movimiento
Los movimientos de todos los cuerpos del sistema solar, son dirigidos por el campo gravitacional de nuestra estrella central. Evita que estos se alejen en forma arbitraria y por otro lado las fuerzas centrífugas, evitan que ellos se precipiten sobre el Sol. A primera vista es curioso es que, los cuerpos muestran un recorrido hacia la derecha, o sea que se mueven en la misma dirección que la Tierra. Si se considera ahora, que todos estos cuerpos se formaron a partir de la misma nube originaria, esta regularidad no es de extrañar. Sin embargo, también existen cuerpos con un movimiento retrógrado: Algunos satélites, cometas y meteoroides. Estos posiblemente fueron capturados posteriormente u obligados a tomar estas órbitas por interferencias gravitacionales.

Los planetas presentan órbitas prácticamente circulares, con sólo una muy reducida excentricidad (= desviación de la forma circular). Mercurio y el planeta enano Plutón y en especial Eris se apartan de esta regla. También las inclinaciones de las órbitas, en relación al plano principal, concuerdan aproximadamente con el plano de la órbita de la Tierra, a excepción de algunos planetas enanos. Las inclinaciones y excentricidades de cometas de períodos cortos como de planetoides son notoriamente más grandes. Los cometas de períodos largos muestran órbitas de forma casi parabólicas.
Los movimientos de las lunas no son influenciadas por el Sol, si no por la cercanía a sus planetas y de sus campos gravitacionales.

El efecto Poynting-Robertson
En pequeñas partículas en el sistema solar también junto a la gravitación también actúan otras fuerzas. El efecto Poynting-Robertson. Llamado según J. H. Poynting y H. P. Robertson; esto acciona un acercamiento de pequeñas partículas al Sol, cuando absorben sus fotones. Los fotones transfieren un impulso a la partícula, este junto a una componente en sentido opuesto (radial) al Sol, también tiene una tangencial, que está opuesta al movimiento de traslado de la partícula. Con esto se reduce un poco la energía cinética, y de esto resulta un diminuto acercamiento al Sol. Mientras más pequeña es la partícula, tanto con mayor fuerza actúa esta componente tangencial y tanto más rápido se precipita la partícula sobre el Sol.
Por otro lado, actúa la natural presión de radiación de los fotones solares, a partir de una cierto tamaño de las partículas: por debajo de un diámetro de aprox. 10^-4 [cm], las partículas son aventados lejos del Sol, partículas más grandes, por el efecto Poynting-Robertson se precipitan al Sol. Dura 20 millones de años, hasta que una partícula de 1 [cm] de diámetro, a la distancia de la Tierra, cae sobre el Sol por este efecto.

La serie de Titius-Bode
Si bien hasta hoy aún no se puede justificar teóricamente, porqué es acertada la fórmula, parta el cálculo de las distancias de los planteas, enunciadas en 1766 por J.W. Titius y J.E. Bode, pero funciona y dice:

rn = 0,4 + 0,3 • 2^n

Con esta fórmula se puede calcular la media de las órbitas r de los planetas, en unidades astronómicas y se obtiene una serie; n es un número entero, y para Venus n = 0, para la Tierra n = 1, para Marte n = 2, etc., para Mercurio n = -∞ a fórmula no es exacta, ya que es meramente empírica, pero sin embargo las coincidencias son sorprendentes. También llevó al descubrimiento de los primeros asteroides, ya que en aquel entonces aún existía un vacío para n = 3. También el descubrimiento de Urano en 1781, se deben a esta predicción. Únicamente con Neptuno y el ex planeta Plutón, aparecen grandes desviaciones.
La serie Titius-Bode se ve de la siguiente manera:

Planetar calculador observado
Mercurio- ∞0.40,39
Venus00,70,72
Tierra11,01,00
Marte22,01,6
Asteroides32,82,9
Júpiter45,25,20
Saturno510,09,52
Urano619,319,16
Neptuno738,330,0
Pluton 8 77,2 39,40


Esto en cuanto a la descripción general de nuestro sistema solar.

¡Haga ahora un viaje a cada uno de los planetas!

Última r evisión: 13 de Diciembre de 2006

Traducido al castellano por AAGB, Stgo. Chile, Septiembre.2010. Con la gentil autorización de Werner Kasper, Mittelweg 1, D- 35117 Münchhausen, Abenteuer-Universum (Aventura Universo)

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