El origen del Sistema Planetario Solar

Por M. en C. Rafael Govea Villaseñor

Versión 1.1

Los únicos seres vivos que conocemos se encuentran en nuestro planeta Tierra; de ahí que para explicar el surgimiento de la vida sea necesario dar cuenta de la formación de estos astros y los sistemas planetarios.

Nuestra galaxia, la Vía Láctea, existe desde hace unos 8 mil millones de años y nuestra estrella, el Sol, tiene apenas 4 mil seiscientos millones de años. Por ello se dice que nuestro Sol es probablemente una estrella de segunda o tercera generación.

Kant y Laplace en el siglo 18 propusieron el origen de nuestro sistema planetario a partir de una nebulosa. Su Teoría Nebular se ha mostrado en esencia correcta.

La nebulosa (región del espacio con mayor concentración de gas y polvo) que dio origen a nuestro sistema planetario estaba constituida no sólo por gas hidrógeno (H) y helio (He), sino también por cerca de un dos por ciento de elementos Z > 2 (más pesados que el He) generados en el interior de estrellas de la primera y segunda generación y depositados en el espacio al finalizar su existencia al arrojar al espacio sus envolturas exteriores, fundamentalmente al explotar como supernovas.

La materia prima para formar estrellas y planetas son las nebulosas (nebu = nube, -ulo = pequeño) que no obstante su nombre, derivado de su apariencia en las fotografías tomadas por los astrónomos, son muy grandes y sus dimensiones se miden en años-luz (9.5 x 1012 km).

Aún así, una Nebulosa es mucho más pequeña que cualquier galaxia. Nuestra Vía Láctea tiene contiene muchas nebulosas. Ve la figura:


La formación de un sistema planetario comienza con la caída del gas y polvo interestelares de la nebulosa hacia su centro de masa (colapso gravitacional) provocado por ejemplo por una onda de choque producida por la explosión Supernova de una estrella relativamente cercana (así se cree que ocurrió en nuestro caso) o por el retorcimiento de la nebulosa por las líneas del campo magnético galáctico.


Como todo cuerpo en el espacio, la nebulosa giraba lentamente alrededor de su propio eje, al ir disminuyendo de tamaño conforme el gas y el polvo caían al centro, la velocidad con que giraba iba en aumento; de la misma forma que una patinadora sobre hielo aumenta la velocidad con que gira al ir acercando sus brazos al eje de su cuerpo de acuerdo al principio de conservación de la cantidad de movimiento angular.
Al cabo de un tiempo casi todo el gas y el polvo interestelar se concentraron en una esfera bastante mayor que nuestro Sol, excepto una pequeña porción situada en el plano ecuatorial, debido a la acción de la fuerza centrífuga

Mientras en la esfera no se encendieron reacciones de fusión nuclear, se le denominó: Protoestrella: (proto- = primero). El resto del material, acomodado en un disco delgado y plano girando a su alrededor, se nombra: Disco circumestelar (circum- = alrededor). Fíjate en la forma de las órbitas de los cuerpos que conforman al disco.

Con el paso del tiempo ambas estructuras se convertirán en una estrella y en una serie de planetas, res­pectivamente.

El proceso por el cual se forman de los planetas se llama ACRECION y ocurrió aproximadamente así:

· Primero los granos de polvo del disco circumestelar sirven de núcleo de agregación a partir de los cuales se forman unos cuerpos sólidos que giran alrededor de la protoestrella llamados Planetesimales. Cada planetesimal crecía sí y sólo si en una órbita muy cercana y paralela se movía otro planetesimal. Más temprano que tarde ambos cuerpos se emparejaban provocando que la fuerza de gravedad aumentara de­bido al acercamiento, alterando con ello la órbita del planetesimal más pequeño.

· De modo que ambas órbitas se cruzaban suavemente, entrando en curso de colisión (Choque adhesivo); permitiendo reunir en un sólo cuerpo a los dos planetesimales.

· El choque a baja velocidad permitió el aumento de la masa de los planetesimales grandes a costa de la materia de los pequeños. Ese aumento de masa permitió que los planetesimal más grandes afectaran la órbita de planetesimales más lejanos y pequeños. La captura de estos incrementó aún más su fuerza de gravedad y aceleró el proceso.

· Después de tan sólo unos cientos de miles de años el número de cuerpos disminuyó a unas decenas de objetos del tamaño de los planetas y sus satélites. Cuando la protoestrella inició las reacciones de fusión nuclear se convirtió en una estrella y comenzó a lanzar una enorme cantidad de partículas al espacio (Viento estelar) que arrastró al gas y polvo sobrante hacia el exterior del sistema planetario recién for­mado, bastante más lejos de la órbita de Neptuno donde hay un anillo formado por cuerpos de varios km de diámetro en órbita solar constituidos por hielos mezclados con otros materiales (la nube de Oort). Esos cuerpos se convierten en cometas, cuando sus órbitas son alteradas por perturbaciones gravitacionales, que los lanzan hacia el interior del sistema planetario.


· El resultado final es una estrella con planetas a su alrededor y estos rodeados a su vez por “lunas”.

Los detalles de este escenario están aún discutiéndose, pero se tienen evidencias de la acreción. Por ejemplo:

1. Las fotografías tomadas por sondas automáticas -Mariner, Venera, Vikingo y Voyager, entre otras -reve­lan que todos los cuerpos de nuestro sistema planetario sufrieron el bombardeo de meteoritos que dejaron sus superficies cascadas, cubiertas por millones de cráteres de impacto.

2. La aplicación de las leyes de la mecánica a un programa de simulación por computadora conduce siempre a la formación de cuerpos parecidos a planetas.

3. Se han logrado observar discos de materia circumestelar alrededor de varias estrellas cercanas (ß-pictoris, Vega y otras) gracias a un telescopio orbital llamado IRAS que tomó fotografías con un detector sensible a la luz infrarroja.

4. También ya se han detectado más de una centena de planetas orbitando alrededor de otras estrellas, tales como: 51-Pegasi, 55-Rho Canneri, Tau Bootes y ß-Pictoris. Puedes encontrar más información en el dossier Los nuevos planetas En Mundo Científico, nov. de 1996, 173:926-46 y también en Flamsteed, S (1997) Planetas increíbles Discover en español, octubre, 26-32.

5. La mayor temperatura existente en las órbitas cercanas al naciente Sol determinó que se formaran dos tipos de planetas con características opuestas, los Planetas de tipo Terrestre conformados cerca del Sol, los cuales son pequeños, densos, sólidos y constituidos por sustancias refractarias y los Planetas Jovianos (semejantes a Júpiter).

Por último debemos decir que la caída de meteoritos sobre la superficie liberaba enormes cantidades de calor medidas en decenas de bombas nucleares.
¿Qué proceso ocurrió por la acumulación del calor producido por la caída de meteoritos y de la desintegración de isótopos de uranio 92, torio 90 y potasio 40? La estratificación de los planetas y satélites formando las capas geológicas de acuerdo al peso específico de las sustancias.

La atmósfera original de la Tierra estuvo formada por H2 y He gaseosos. Como estas sustancias son muy volátiles y la Tierra y dada su pequeña gravedad, la Tierra fue incapaz de retenerlos cuando la temperatura dejó de ser muy baja, entonces, muy pronto estos gases esca­paron hacia el espacio.

Es probable que la Tierra nunca se haya quedado sin atmósfera pues los gases perdidos por el manto y la corteza formaron una cubierta gaseosa constituida principalmente por sustancias reducidas (unidas químicamente a hidrógeno) que sustituyó a la atmósfera original.

No sabemos con precisión la composición de la Atmósfera Primitiva, pero parece que hay consenso en admitir que tenía muy poco oxígeno elemental (O2), es decir que era una Atmósfera reductora (dadora de e-) y no oxidante como la actual Atmósfera Secundaria, la que por supuesto quita electrones.

Fíjate que el desgasamiento permitió la aparición de grandes cantidades de agua en estado de vapor que en cuanto la temperatura bajó lo suficiente pasó al estado líquido, formando, muy pronto, un Océano primitivo poco salado, rico en NaHCO3 y con pH básico, es decir con una concentración elevada de iónes OH.

Pronto se estableció un ciclo hidrológico semejante al actual en donde ocurrieron muchas de las reacciones químicas que dieron lugar a los compuestos orgánicos y a partir de ellos los primeros seres vivos, después millones de años de evolución.

El sistema Tierra-Luna se formó por el choque de la prototierra con un cuerpo de similar tamaño vaporizando con ello una gran cantidad de material, el cual quedó en órbita y pronto la acreción formó a la Luna. La Luna ha tenido un enorme efecto sobre la Tierra, estabilizando su rotación y reduciendo su bamboleo. Reduciendo así, cambios demasiado bruscos del Clima terrestre.




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Un pequeño texto que les sugiero leer para desarrollar su competencia lectora es:

http://space.about.com/b/2008/05/06/the-origin-of-the-solar-system.htm