El sistema solar adquirió su configuración actual poco después de su formación.

Hola lector Mi nombre es Irina, estoy conduciendo un canal de telegramas sobre astrofísica y mecánica cuántica "Quant" . Esta vez preparé para usted una traducción de un artículo sobre el proceso de configuración del Sistema Solar al estado que estamos observando ahora (¡y lo más importante, cuando sucedió!)
Disfrute leyendo.



Un modelo desarrollado por investigadores brasileños muestra una fase caótica que coloca objetos en las órbitas actuales.

La hipótesis de que el sistema solar surgió de una nube gigante de gas y polvo fue presentada por primera vez en la segunda mitad del siglo XVIII por el filósofo alemán Immanuel Kant y desarrollada por el matemático francés Pierre-Simon de Laplace. Actualmente, los astrónomos son unánimes en este asunto.

Pero no fue sin controversia. Hasta hace poco, se creía que el sistema solar adquirió sus características actuales como resultado de un período de turbulencia que ocurrió aproximadamente 700 millones de años después de su formación. Sin embargo, algunos de los últimos estudios muestran que se formó en el pasado más lejano, en algún momento durante los primeros 100 millones de años.

Un estudio realizado por tres investigadores brasileños proporciona una fuerte evidencia de esta estructuración anterior. Según un artículo publicado en la revista Icarus, el estudio fue apoyado por la Fundación de Investigación de São Paulo - FAPESP. Todos los autores están afiliados a la Escuela Politécnica de la Universidad Estatal de São Paulo en Guaratingueta (Brasil).

El autor principal es Rafael Ribeiro de Souza. Los otros dos autores son Andre Isidoro Ferreira Da Costa y Ernesto Vieira Neto, investigador principal de este estudio.

"Una gran cantidad de datos obtenidos como resultado de la observación detallada del sistema solar nos permite determinar con precisión las trayectorias de muchos cuerpos que orbitan alrededor del sol", dijo Ribeiro. - Esta estructura orbital nos permite escribir la historia de la formación del sistema solar. Al dejar la nube de polvo de gas que rodeaba al Sol hace unos 4.600 millones de años, los planetas gigantes se formaron en órbitas ubicadas más cerca una de la otra, así como más cerca del Sol. Las órbitas también eran más coplanarias y más circulares que ahora, y estaban más interconectadas en sistemas dinámicos resonantes. "Estos sistemas estables son el resultado más probable de la dinámica gravitacional de la formación de planetas a partir de discos protoplanetarios gaseosos".

"Los cuatro planetas gigantes - Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno - emergieron de la nube de polvo de gas en órbitas más compactas", continúa Isidoro. “Sus movimientos estaban muy sincronizados debido a los circuitos resonantes, con Júpiter haciendo tres órbitas alrededor del Sol y Saturno dos. Todos los planetas estuvieron involucrados en este sincronismo, generado por la dinámica del disco de gas primario y la dinámica gravitacional de los planetas ".

Sin embargo, en toda el área de la formación del sistema solar exterior, incluida la zona ubicada fuera de las órbitas actuales de Urano y Neptuno, el sistema solar tenía una gran cantidad de planetesimales, pequeños cuerpos de piedra y hielo se consideraron bloques de construcción de planetas y precursores de asteroides, cometas y satélites.

El disco planetesimal externo comenzó a alterar el equilibrio gravitacional del sistema. Las resonancias se rompieron después de la fase gaseosa, y el sistema entró en un período de caos en el que los planetas gigantes interactuaron violentamente y arrojaron materia al espacio.

"Plutón y sus vecinos helados fueron empujados al cinturón de Kuiper, donde están ahora, y todo el grupo de planetas emigró a órbitas más alejadas del Sol", dijo Ribeiro.

El Cinturón de Kuiper, cuya existencia fue propuesta en 1951 por el astrónomo holandés Gerard Kuiper y luego confirmada por observaciones astronómicas, es una estructura toroidal que consta de miles de pequeños cuerpos en órbita alrededor del Sol.

La diversidad de sus órbitas no se observa en ninguna otra parte del sistema solar. El borde interno del cinturón de Kuiper comienza en la órbita de Neptuno, a unas 30 unidades astronómicas del Sol. El borde exterior está aproximadamente a 50 unidades astronómicas del sol. Un A.E. igual a la distancia de la tierra al sol.

Volviendo a la violación del sincronismo y el inicio de la etapa caótica, surge la pregunta, ¿cuándo sucedió esto, muy temprano en la vida del sistema solar, cuando tenía 100 millones de años o menos, o mucho más tarde, probablemente unos 700 millones de años después de la formación de los planetas?

"Hasta hace poco, prevalecía la hipótesis de la inestabilidad tardía", dijo Ribeiro. —La datación de las piedras lunares traídas por los astronautas del Apolo sugiere que fueron creadas por asteroides y cometas que se estrellaron en la superficie lunar al mismo tiempo. Este cataclismo se conoce como el "bombardeo pesado tardío" de la luna. Si esto sucedió en la luna, entonces probablemente también sucedió en la Tierra y otros planetas del sistema solar. Como se proyectó una gran cantidad de materia en forma de asteroides y cometas en todas las direcciones del sistema solar durante el período de inestabilidad planetaria, se dedujo de las rocas lunares que este período caótico fue tardío, pero en los últimos años la idea de un "bombardeo tardío" de la luna ha pasado de moda ".

Según Ribeiro, si ocurriera una catástrofe caótica tardía, destruiría la Tierra y otros planetas cercanos a la Tierra, o al menos causaría disturbios que los colocarían en órbitas completamente diferentes a las que estamos observando ahora.

Además, se descubrió que las piedras lunares traídas por los astronautas del Apolo fueron disparadas de un solo golpe. Si surgieran al final de la inestabilidad de los planetas gigantes, entonces habría evidencia de varias colisiones, dada la dispersión de planetesimales por planetas gigantes.

“El punto de partida para nuestro estudio fue la idea de que la inestabilidad debería ser fechada dinámicamente. La inestabilidad podría ocurrir más tarde si hubiera una distancia relativamente grande entre el borde interno del disco planetesimal y la órbita de Neptuno cuando se agotaba el gas. Esta distancia relativamente grande era inaceptable en nuestra simulación ”, dijo Ribeiro.

Este argumento se basa en una suposición simple: cuanto menor es la distancia entre Neptuno y el disco planetesimal, más fuerte es el efecto gravitacional y, por lo tanto, más temprano es el período de inestabilidad. Por el contrario, la inestabilidad posterior requiere una mayor distancia.

“Primero creamos un modelo del disco planetesimal primario. Para hacer esto, tuvimos que volver a la formación de los gigantes de hielo Urano y Neptuno. Las simulaciones por computadora basadas en un modelo construido por el profesor Isidoro [Ferreira Da Costa] en 2015 mostraron que la formación de Urano y Neptuno pudo haber ocurrido en núcleos planetarios con varias masas terrestres. Las colisiones masivas de estos SuperEarths explican, por ejemplo, por qué Urano gira de lado ", dijo Ribeiro, refiriéndose a la" inclinación "de Urano, con los polos norte y sur ubicados a los lados, y no arriba y abajo.

Estudios anteriores señalaron la importancia de la distancia entre la órbita de Neptuno y el límite interno del disco planetesimal, pero utilizaron un modelo en el que ya se formaron cuatro planetas gigantes.

“La novedad de este último estudio es que el modelo no comienza con planetas completamente formados. En cambio, Urano y Neptuno todavía están en una etapa de crecimiento, y dos o tres colisiones con objetos que pesan hasta cinco masas de tierra son la fuerza impulsora detrás del crecimiento ", dijo Isidoro.

“Imagina una situación en la que se forman Júpiter y Saturno, pero en lugar de Urano y Neptuno, tenemos de cinco a diez Super Tierras. El gas obliga a las súper-tierras a sincronizarse con Júpiter y Saturno, pero dado que hay muchas de ellas, su sincronismo fluctúa y eventualmente colisionan. Las colisiones reducen su número, haciendo posible la sincronización. Al final, Urano y Neptuno se quedaron. Mientras se formaron dos gigantes de hielo en el gas, el disco planetesimal fue absorbido. Parte del asunto se acreció a Urano y Neptuno, y parte se transfirió a las afueras del sistema solar. Por lo tanto, el crecimiento de Urano y Neptuno determinó la posición del límite interno del disco planetesimal. Lo que queda del disco ahora se llama cinturón de Kuiper. El Cinturón de Kuiper es básicamente una reliquia del disco planetesimal original,que una vez fue mucho más masivo ".

El modelo propuesto es consistente con las órbitas actuales de los planetas gigantes y la estructura observada en el cinturón de Kuiper. Esto también es consistente con el movimiento de los troyanos, un gran grupo de asteroides que comparten la órbita de Júpiter y, aparentemente, fueron capturados durante la violación de sincronización.

Según un artículo publicado por Isidoro en 2017, Júpiter y Saturno todavía estaban en la etapa formativa, y su crecimiento contribuyó al desplazamiento del cinturón de asteroides. El último artículo es una especie de continuación, que comienza con la etapa en la que Júpiter y Saturno se formaron por completo, pero aún sincronizados, y describe la evolución del sistema solar desde ese momento.

“La interacción gravitacional entre los planetas gigantes y el disco planetesimal causó perturbaciones en el disco de gas, que se propagó en forma de ondas. Waves creó sistemas planetarios compactos y sincrónicos. Cuando terminó el gas, la interacción entre los planetas y el disco planetesimal interrumpió el sincronismo y generó una fase caótica. Teniendo todo esto en cuenta, descubrimos que simplemente no hay condiciones para que la distancia entre la órbita de Neptuno y el límite interno del disco planetesimal sea lo suficientemente grande como para soportar la hipótesis de la inestabilidad tardía. Esta es la principal contribución de nuestro estudio, que muestra que la inestabilidad ocurrió en los primeros 100 millones de años y puede haber ocurrido, por ejemplo, antes de la formación de la Tierra y la Luna ", dijo Ribeiro.