Los pequeños cuerpos del Sistema Solar

En la resolución de la Unión Astronómica Internacional (UAI) del año 2006 muchas cosas cambiaron en cuanto a la clasificación de objetos que componen el Sistema Solar. Ese año Plutón dejó de ser el noveno planeta, pero también fue el año en el que se definieron los límites entre las diferentes categorías de cuerpos celestes que existen en la actualidad. A partir de ese año, para que un cuerpo sea considerado un planeta debe cumplir cuatro requisitos: orbitar alrededor de una estrella (1), tener masa suficiente para alcanzar el equilibrio hidrostático y adquirir una forma más o menos esférica (2), haber limpiado su órbita de otros objetos (3) y no emitir luz propia (4). Si no cumple todas ellas, pero sí algunas, ese cuerpo podría ser un planeta enano (no ha sido capaz de limpiar su órbita), un satélite (no orbita alrededor de una estrella) o un cuerpo menor del Sistema Solar (no tiene masa suficiente para alcanzar el equilibrio hidrostático). Este último concepto, del que hablaremos en este post, incluye tanto a los cometas como a los asteroides que protagonizan el cine de Impactos, así como a los meteoroides y a los objetos transneptunianos.

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Los cuerpos menores del Sistema Solar son cuerpos rocosos que no hay alcanzado un tamaño que les permita adquirir una forma esférica. Ejemplos de algunos de los cuerpos menores del Sistema Solar (fuente: NASA / JPL-Caltech / JAXA / ESA).

El cinturón de asteroides, un planeta que no fue

Los asteroides son cuerpos rocosos de más de 50 m de diámetro que orbitan en las partes internas del Sistema Solar, por lo que todos los cuerpos de los confines del sistema no son asteroides. La mayoría de los asteroides se encuentran en una región concreta situada entre las órbitas de Marte y Júpiter, el cinturón de asteroides, de gran interés científico porque podría guardar las claves para comprender el origen de nuestro Sistema Solar. Los asteroides no deben confundirse nunca con los meteoroides, que son cuerpos similares pero con un diámetro inferior a 50 m.

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Ilustración artística del cinturón de asteroides, la región situada entre las órbitas de Marte y Jjúpiter donde más cuerpos menores se concentran (fuente: NASA / JPL-Caltech / Wikimedia Commons).

El cinturón de asteroides está constituido por miles o millones de objetos que en conjunto apenas suponen un 4% de la masa de la Luna. Estos cuerpos tienen unas morfologías y unos tamaños diversos que oscilan entre los 50 m y los 800 km de diámetro, ya que el primero define el límite de meteoroide y el segundo es el tamaño mínimo estimado para cumplir el requisito del equilibrio hidrostático que da paso a los planetas enanos. De hecho, algunos de los asteroides del cinturón de asteroides son ahora considerados planetas enanos (Ceres) o firmes candidatos a ser considerados como tales en un futuro (Vesta), con una forma próxima a un esferoide aunque todavía no está claro que sea porque ha alcanzado ese equilibrio hidrostático.

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Vesta es uno de los cuerpos menores más grandes que hemos encontrado que podría acabar pasando a ser considerado como un planeta enano. Esta fotografía de Vesta fue tomada por la sonda espacial Dawn (fuente: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA).

Todo lo que encontramos en el Sistema Solar, incluidos los planetas, cometas, satélites e incluso el propio Sol, procede de una nebulosa que se formó tras la explosiva muerte de una estrella anterior. A lo largo de millones de años la nebulosa evolucionó hasta constituirse como un disco de gas y polvo que giraba lentamente sobre sí mismo, pero con el tiempo, y gracias a fuerzas como la gravedad, el material expulsado durante la supernova se fue acumulando poco a poco en determinados puntos. En el centro, la mayoría de esa materia acabó por dar lugar a nuestro Sol, mientras que en otras partes del disco se fue acumulando poco a poco mediante un proceso conocido como acreción, gracias al cual el polvo y las partículas más pequeñas se fueron agregando y cohesionando para dar lugar a partículas cada vez mayores que reciben el nombre de planetésimos. Estos pequeños cuerpos rocosos con el tiempo dieron lugar a objetos cada vez más grandes, primero posiblemente meteoroides y más tarde asteroides, hasta constituir al final los planetas rocosos que conocemos. Según este modelo, el cinturón de asteroides habría sido un planeta que por la intensa gravedad de Júpiter no pudo terminar de formarse.

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El Sistema Solar se formó a partir de una nebulosa generada tras la muerte de una estrella anterior al Sol. Ilustración artística de los primeros momentos del Sistema Solar (fuente: NASA).

El estudio de los asteroides es de gran importancia porque nos puede dar una información muy valiosa acerca de la formación de los planetas rocosos mediante el proceso de acreción de planetésimos. Todos los asteroides del Sistema Solar los podemos considerar vestigios de esas primeras etapas en las que los planetas se estaban formando y en la que las colisiones entre diferentes cuerpos eran comunes (recordemos el origen de la Luna). Es por este motivo por el que en el año 2007 la NASA envió la sonda Dawn para explorar Ceres, que con sus 946 km de diámetro es el planeta enano más pequeño identificado y el único que se encuentra en las regiones internas del Sistema Solar. Esta sonda también se acercará a estudiar Vesta, actualmente uno de los asteroides más grandes del cinturón de asteroides y sin duda el más masivo.

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Ceres es el cuerpo más grande del cinturón de Asteroides y hoy en día ya no se considera como un asteroide sino como un planeta enano, posiblemente el que vio interrumpida su formación por la cercanía con Júpiter. Fotografía de Ceres en color natural tomada por la sonda espacial Dawn en mayo de 2015 (fuente: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA / Justin Cowart).

El cinturón de asteroides es la región del Sistema Solar donde hay una mayor acumulación de estos cuerpos menores, aunque no es la única en la que encontramos asteroides. Próximos a la Tierra tenemos tres grupos de asteroides con órbitas muy similares a la de nuestro planeta: los asteroides Atón, los asteroides Apolo y los asteroides Amor, los dos primeros que cruzan la órbita terrestre y el tercero que se queda muy cerca pero no la atraviesa. A todos estos cuerpos los hemos denominado asteroides próximos a la Tierra o NEA (del inglés Near-Earth Asteroid) y su estudio y seguimiento es muy importante porque son los principales candidatos a colisionar con nuestro planeta en un futuro.

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Los cuerpos NEA (asteroides próximos a la Tierra), son cuerpos menores que orbitan muy cerca de nuestro planeta. En este esquema se pueden ver las órbitas de tres de estos cuerpos (Apolo, Aten y Amor) junto a las órbitas de la Tierra (azul) y Marte (rojo) y el cinturón de asteroides (fuente: wikipedia.org).

Compañeros de planetas: los asteroides troyanos

En la órbita de todo cuerpo hay unas regiones concretas en las que la combinación de la gravedad del planeta y de otro cuerpo, por lo general el Sol, hace posible que pequeños objetos puedan permanecer estables a lo largo del tiempo sin verse atraídos por la gravedad del planeta. A estas regiones las llamamos puntos de Lagrange o puntos de Libración y son cinco que se distribuyen de una manera muy peculiar, con dos de ellos a 60º con respecto a la posición del planeta (L4 y L5), otros dos delante y detrás del planeta con respecto a la posición del Sol (L1 y L2) y el último en el lado opuesto al planeta dentro de su propia órbita (L3). Los puntos de Lagrange son muy importantes porque son los que usamos para situar los satélites artificiales sin riesgo a que caigan de nuevo en la Tierra, pero también son los lugares donde podemos encontrar los llamados asteroides troyanos.

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Los puntos de Lagrange son las 5 posiciones que dentro de un sistema orbital son estables en el tiempo. Distribución esquemática de la posición de los cinco puntos de Lagrange (fuente: wikipedia.org).

El nombre de asteroide troyano fue propuesto para definir a los asteroides que orbitan alrededor del Sol compartiendo la órbita de Júpiter, es decir, en los puntos L4 y L5 del gigante gaseoso. Igual que todos los planetas del Sistema Solar reciben el nombre de dioses clásicos, en este caso se optó por nombrar a estos asteroides con el nombre de personajes implicados en la guerra de Troya (Aquiles, Patroclo o Héctor) pero separando los bandos, de manera que los asteroides que se encuentran en el punto L4 son el campo Griego y los del punto L5 son el campo de Troya. Actualmente hemos identificado miles de estos asteroides en ambos campos, con tamaños y formas muy diversas que hace bastante difícil hablar de unas características físicas generales, aunque sí tenemos modelos que expliquen su origen. Concretamente tenemos actualmente dos hipótesis: (1) son planetesimales que fueron atrapados por la gravedad joviana durante la formación del planeta y (2) son objetos transneptunianos que durante la migración planetaria, un suceso que afectó a todo el Sistema Solar como resultado del establecimiento de la resonancia orbital 2:1 que existe entre Júpiter y Saturno (por cada dos vueltas alrededor del Sol del primero el segundo da una), acabaron en las regiones internas del Sistema Solar, donde se establecieron en los puntos de lagrange del gigante gaseoso.

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Esquema del Sistema Solar interno en el que se indican no solo los planetas rocosos (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) y Júpiter, sino también la posición del cinturón de asteroides y los dos campos de asteroides troyanos: el Campo de Troya y el Campo Griego (modificado a partir de NASA / Lunar and Planetary Institute).

Los asteroides troyanos fueron encontrados por primera vez en la órbita de Júpiter y es el motivo de que reciban este nombre, pero actualmente conocemos ejemplos en Marte, Neptuno, Urano e incluso la Tierra, pero no en Saturno posiblemente por la influencia gravitatoria de Júpiter. En 1990 se descubrió el primer asteroide troyano no joviano en el punto L4 de Marte, al que le han seguido con los años al menos otros seis más en el punto L5 de la órbita de dicho planeta, mientras que en la Tierra conocemos uno en el punto L4 (asteroide 2010 TK7) y otro en el punto L5 (asteroide 2010 SO16), en principio sin riesgo de colisión con nuestro planeta por la estabilidad del lugar que ocupan.

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En los últimos años hemos identificado varios asteroides troyanos dentro de la órbita terrestre. Imagen del asteroide 2010 TK7, tomada por el telescopio WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) de NASA (fuente: NASA / Jet Propulsion Lab-Caltech / UCLA).

Los habitantes de los confines del Sistema Solar

Si recordamos la definición de asteroide, esta habla de todo cuerpo con un tamaño superior a 50 m de diámetro que se sitúa en las regiones internas del Sistema Solar. Con esta definición quedan fuera todos los objetos que, con unas características físicas similares, se encuentran orbitando alrededor del Sol a una distancia que los lleva parcial o totalmente más allá de la órbita de Neptuno. A estos cuerpos rocosos los hemos denominado como objetos transneptunianos, en los que no solo tenemos cuerpos menores sino que también hay planetas enanos como Plutón, Eris, Makemake y Haumea, que por encontrarse en los confines del Sistema Solar reciben el nombre de plutoides (el único planeta enano no plutoide es Ceres, que se encuentra en el cinturón de asteroides).

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Imagen formada a partir de la combinación de cuatro fotografías tomadas por el instrumento LORRI de New Horizons.  El color de la superficie y la escasez de cráteres de impacto en ella, que sugiere una edad relativamente joven, fue una de las mayores sorpresas (fuente: NASA / JHUAPL / SwRI).

Los objetos transneptunianos se agrupan en tres regiones concretas que desconocemos bastante. El cinturón de Kuiper es la más próxima al Sol, también la que más conocemos, y está formado por un número indeterminado de cuerpos, como es Plutón y sus lunas, que suelen estar en resonancia orbital con Neptuno, ya sea 1:2 (twotinos) o 2:3 (plutinos), aunque también los hay con órbitas prácticamente circulares que no parecen tener una relación con el gigante gaseoso (cubewanos). La siguiente región, que se solapa en su parte interna con el cinturón de Kuiper, es el llamado disco disperso, donde encontramos cuerpos helados como son Sedna o Eris, de los que poco conocemos dada la enorme distancia a la que se encuentran. La tercera región de objetos traneptunianos es la nube de Oort, una acumulación hipotética de cuerpos de diferentes tamaños que se encontraría a una distancia realmente enorme del Sol. En este caso estamos hablando de una nube de la que aún no hemos encontrado pruebas de su existencia, aunque está bastante aceptada.

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Posición teórica del cinturón de Kuiper y la nube de Oort, lugar del que proceden numerosos cometas y asteroides (modificado a partir de ESA).

Los cometas, vagabundos del Sistema Solar

El último grupo de cuerpos menores son los cometas, cuerpos celestes constituidos por una mezcla de hielo y roca que orbitan alrededor del Sol en órbitas tan elípticas que los podemos encontrar tanto en los confines del Sistema Solar como en las partes más internas. Los cometas tardan décadas en dar una vuelta completa alrededor del Sol y permanecen la mayor parte de su tiempo invernando en las regiones externas, pero cuando se van acercando a la estrella su núcleo se calienta y el hielo que contienen sublima. De esta forma empieza a surgir a su alrededor una especie de nube de polvo y gas que es enviada hacia atrás por el viento solar y que recibe el nombre de cola. El material que se desprende de un cometa suele quedar como una estela invisible durante décadas o siglos, de manera que cada vez que la Tierra la atraviese se parte de él se incendia en la atmósfera, dando lo que conocemos como lluvia de estrellas. Los cometas, dado que atraviesan todo el Sistema Solar, tienen un riesgo de colisión con otros cuerpos muy alto.

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Los cometas son cuerpos rocosos de órbitas muy elípticas que cuando se acercan al Sol pierden parte del hielo y desarrollan una cola muy llamativa (fuente: planetariodemontevideo.wordpress.com).

Los cometas son astros de gran impacto en las civilizaciones del pasado, que los llegaron a considerar como presagios de los dioses que advertían de grandes cambios, aunque su origen dista mucho de ser místico. Actualmente consideramos que los cometas son objetos transneptunianos que se han visto lanzados hacia el interior del Sistema Solar, ya sea como resultado del empuje gravitacional de algún cuerpo estelar cercano como podrían ser la hipotética estrella Némesis o el no menos hipotético Planeta X, por el tirón gravitacional de alguno de los planetas del Sistema Solar o a partir de colisiones entre los diferentes cuerpos del cinturón de Kuiper o de la nube de Oort, las regiones con más opciones de ser los lugares de origen de los cometas. Por todo ello el estudio de este tipo de cuerpos menores es muy importante, ya que según esta hipótesis podríamos decir que en realidad se trata de planetésimos congelados en las partes más alejadas del Sistema Solar, por lo que estudiándolos podremos obtener una información muy valiosa acerca de los primeros estadios de evolución del pequeño lugar que ocupamos en la inmensidad del universo.

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Esquema de la órbita alrededor del Sol de un cometa cualquiera del Sistema Solar (fuente: spaceplace.nasa.gov).

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