Sistema solar: descubriendo nuestro vecindario planetario

Imagen compuesta del Sistema Solar.

El sistema solar está lleno de misterios por descubrir. Diversas misiones espaciales han sido enviadas a explorar desde nuestro Sol hasta los gélidos confines ubicados más allá de Plutón. ¿Qué tanto sabemos de nuestro sistema solar?

¿Qué es el sistema solar?

Se le llama sistema solar al conjunto de planetas y otros astros como satélites naturales, asteroides y cometas, que se encuentran orbitando alrededor del Sol, casi todos en un mismo plano llamado plano de la eclíptica.

El sistema solar ocupa un espacio inmenso en comparación a las dimensiones que conocemos aquí en la Tierra. Ésta al mismo tiempo parece pequeña al lado de planetas más grandes como Júpiter, el cual se puede observar con un telescopio sencillo, ya que su radio es más de diez veces mayor al de la Tierra. Júpiter a su vez tiene un radio diez veces menor al del Sol.

Sin embargo, el radio nada más nos da una parte de la información importante cuando queremos comprender no sólo las dimensiones sino las relaciones físicas de nuestro sistema solar. Aquí es donde entra en juego la masa: a pesar de tener diversos objetos en nuestro vecindario espacial, la mayor contribución en términos de masa la aporta el Sol, que contiene el 99.85%1 de la masa total del sistema solar. Esta exorbitante concentración de masa es la que mantiene a todos los planetas de nuestro sistema girando alrededor de un único objeto.

Por su parte, los planetas contienen sólo el 0.135% de la masa del sistema solar mientras que el pequeño porcentaje restante se distribuye en el resto de objetos celestes2. Ya que los planetas son los astros más grandes después del Sol, el sistema solar es también un sistema planetario.

La humanidad y el sistema solar: del modelo geocéntrico al modelo heliocéntrico

Aunque Mercurio y Venus eran ya conocidos por antiguas civilizaciones, con la invención del telescopio en el siglo XVI, se tienen las primeras observaciones más detalladas de Venus en 1610, Mercurio en 1631, y poco a poco de los demás planetas que conforman lo que hoy en día conocemos como sistema solar. Un primer modelo de nuestro sistema solar nace en la antigua Grecia y fue propuesto por Claudio Ptolomeo en el siglo II d.C. Este modelo geocéntrico consideraba que la Tierra estaba en el centro del universo y a su alrededor giraban todos los astros: no sólo el sol y la luna, sino también otros objetos celestes que se movían de manera errante, o en griego “planḗtēs”.

Así, lo que hoy llamamos planetas viene de la observación del movimiento errante de estos astros. Pasarían 14 siglos más para llegar a la concepción actual de nuestro sistema solar con el modelo heliocéntrico propuesto por Nicolas Copérnico (1473-1543), en el que ese movimiento errante cobra un orden y cada uno de los planetas gira alrededor del Sol3. El astrónomo Johannes Kepler (1571-1630) apoyó el modelo copernicano, y además especificó que la trayectoria de los planetas  describen órbitas elípticas, con el Sol en uno de los focos de cada elipse.

A su vez, el modelo copernicano fue validado por Galileo Galilei (1564-1642), que con observaciones directas demostró que Venus tiene fases como la luna (usando un telescopio que inventó y construyó él mismo). Posteriormente, Isaac Newton (1642-1727) explicó con sus leyes de movimiento y la fuerza de gravitación entre dos objetos masivos, por qué los planetas se mueven de la manera que lo hacen. Así nace la concepción moderna del sistema solar.

¿Cómo saben los planetas que el Sol está allí?

Los planetas describen órbitas elípticas alrededor de nuestra estrella central, como si supieran que la presencia del Sol los obliga a moverse con esas trayectorias. La fuerza responsable de que los planetas giren alrededor del Sol manteniendo unido al sistema solar en una configuración estable, es la gravedad. La masa del Sol produce una atracción gravitacional tan grande que tiene a todos los planetas anclados a su alrededor, aún cuando estos objetos celestes están muy lejos del Sol, a miles de millones de kilómetros de distancia.

¿Qué es la gravedad?

La gravedad es una fuerza de atracción entre dos cuerpos masivos – así lo describe Isaac Newton en su obra Principios Matemáticos de la Filosofía Natural (1687). Para Albert Einstein, la gravedad son alteraciones en la geometría del espacio y el tiempo producidas por el contenido de materia presente, como lo describe en su Teoría de la Relatividad General publicada en 1915.

Ambos paradigmas son válidos, y cada uno describe fenómenos gravitacionales a diferentes escalas. En el caso del sistema solar, podemos usar la gravedad newtoniana para explicar la mayoría de los fenómenos que observamos. Algunos datos interesantes se muestran en la siguiente tabla.4

Astro
Radio (km)

Masa ( 1021 kg)

Distancia al Sol (106 km)

Gravedad (m/s2)

Velocidad orbital media alrededor del Sol (km/s)
Sol
696,342
1,988,550,000274.0
Júpiter
69,911
1,898,60078024.7913.07
Saturno58,232568,460143010.4459.69
Neptuno24,622102,430450011.155.43
Urano25,36286,83228708.696.81
Tierra6371.05,973.61509.8066529.78
Venus6051.84,868.51088.87235.02
Marte3389.5641.852283.72124.077
Mercurio2439.7330.2583.747.87
Información del Sol y los planetas del Sistema Solar.

¿Cómo se formó el sistema solar?

La formación del sistema solar es aún un tema arduo de investigación. Los aspectos de interés se encuentran astronómicamente cerca en el espacio, pero distantes en el tiempo, de manera que no podemos “ver” lo que ocurrió en nuestro entorno cercano hace unos miles de millones de años – por ello debemos obtener información sobre la historia del sistema solar por otros medios.

Además, si bien se pensaba que la configuración gravitacional del sistema solar era estándar y prototípica, se han descubierto otros sistemas planetarios que poseen una estructura muy distinta a la nuestra5. Así que no hay una comprensión completa de las condiciones iniciales ni del entorno en el que se den los procesos necesarios para formar sistemas planetarios como el nuestro.

El Sol y los meteoritos: informantes ancestrales

Lo que parece estar claro es que primero se tuvo que formar el Sol por el colapso gravitacional de una región de gas en el medio interestelar conocidas como nubes moleculares, y que pueden alcanzar tamaños de hasta 10,000 sistemas solares. Después de este suceso, parte de ese gas formó un disco de acreción a partir del cual se formaron los planetas y muchos cuerpos más pequeños del sistema solar. Es por ello que para aprender sobre el origen del sistema solar y sus planetas, también es importante estudiar la formación estelar.6

El Sol es el objeto central de nuestro sistema solar
El Sol es el objeto central de nuestro sistema solar. Crédito: NASA/SDO

Otra manera de indagar sobre el origen del sistema solar es a partir de información valiosa que se puede extraer de los meteoritos. Estudiar los meteoritos es la única manera de estimar directamente el tiempo de formación de nuestro sistema solar. La mayoría de los meteoritos tienen más de 4.500 millones de años y se originaron en el cinturón principal de asteroides, ubicado entre Marte y Júpiter. El cinturón principal de asteroides cuenta con el único vestigio de los primeros objetos más grandes en el disco protoplanetario: los planetesimales proporcionaron, en su momento, las primeras piezas para formar planetas más grandes.

Las partes del sistema solar: ¿Cómo se divide?

El sistema solar tiene una estrella (el Sol), ocho planetas, cinco planetas enanos, al menos unas 290 lunas, más de 1.3 millones de asteroides, y unos 3,900 cometas7. El Sol se ubica en el centro, siendo este el objeto masivo que atrapa gravitacionalmente al resto de los objetos que lo orbitan. Las trayectorias de los planetas a su alrededor describen elipses, que ordenados de la siguiente manera, desde el más cercano al Sol hacia el exterior del sistema solar: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

Para aprendértelos en este orden, puedes inventar una frase graciosa con las iniciales de cada planeta: MVTMJSUN. Por ejemplo: “Mi Vaso Tiene Mucho Jugo Sin Una Naranja”

Por su parte, los cinco planetas enanos son Ceres, Plutón, Haumea, Eris y Makemake. Ceres se encuentra en el cinturón principal de asteroides, mientras que los cuatro restantes están en el cinturón de Kuiper y son objetos transneptunianos por estar ubicados más allá de la órbita de Neptuno. En resumen, el sistema solar está conformado por el Sol, planetas, planetas enanos, satélites, y cuerpos menores que se dividen en asteroides, cometas, meteoroides (fragmentos de cometas, asteroides y objetos más grandes) y objetos transneptunianos, de acuerdo a la Unión Astronómica Internacional (IAU por sus siglas en inglés).

¿Dónde se encuentra el sistema solar?

Así como nuestro planeta es uno más del sistema solar, nuestro Sol es sólo una estrella más de un conglomerado de cientos de miles de millones de estrellas que conforman nuestra galaxia tipo espiral, la Vía Láctea. El Sol se ubica en uno de los brazos espirales externos de la galaxia y describe una trayectoria casi circular entorno al centro galáctico.8

De acuerdo a mediciones tomadas por el interferómetro GRAVITY, la distancia entre el centro de la Vía Láctea y nuestro sistema solar es aproximadamente de unos 8200 pársec.9 Como punto de comparación, un pársec equivale a 30,856,775,814,914 km.10 De igual manera, el sistema solar gira alrededor del centro de la Vía Láctea con una velocidad aproximada de 220 km/s y tarda unos 250 millones años en darle una vuelta completa. En lo que a su vecina más cercana se refiere, Próxima Centauri es la estrella más cercana a nuestro sistema solar, localizándose a una distancia de 1.3020 parsec.

¿Qué protege al sistema solar?

Así como el campo magnético de la Tierra nos protege de la radiación solar, el Sol también produce un campo magnético tan intenso que su alcance se extiende más allá de la órbita de Plutón. Esta gran coraza magnética llamada Heliósfera cubre todo el sistema planetario y nos protege a su vez de la radiación proveniente del medio interestelar, es decir, de regiones del espacio entre las estrellas que contienen material principalmente compuesto por gas (partículas, átomos, moléculas), radiación (que van desde ondas de radio hasta rayos gamma) y polvo.

Este polvo no es como el que podría estar debajo del mueble de nuestras casas, más bien son partículas sólidas muy pequeñas (del orden de 0.000001 metros), que contienen silicatos, hierro, carbono y hielo seco, y que tienen formas irreguares. El límite a donde llega la heliósfera se conoce como Heliopausa, y es un límite teórico en el sentido de que su existencia se estima a partir del alcance del campo magnético del Sol.

¿Qué tan grande es el sistema solar y cuáles son sus límites?

Los objetos celestes del sistema solar más lejanos que se han observado han sido tanto asteroides como planetas enanos del cinturón de Kuiper, que como mencionamos antes, al estar ubicados más allá de la órbita de Neptuno, se les llama objetos transneptunianos. En la primera mitad del siglo XX se teorizó la existencia de una región más allá del cinturón de Kuiper hecha de objetos helados parecidos a cometas, pero de tamaños que pueden ser tan grandes como montañas e incluso más grandes.

Esta idea fue propuesta primero en 1932 por el astrónomo y astrofísico estonio Ernst Öpik, y luego en 1950 esta idea fue desarrollada por el astrotrónomo holandés Jan Hendrick Oort. Esta región hipotética se llama la nube de Oort,11 o la nube de Öpik-Oort, y a diferencia de la configuración de la mayoría de los astros que rodean al Sol en el plano de la eclíptica (a excepción de Plutón y algunos objetos del cinturón de Kuiper), la nube de Oort parece rodear esféricamente a todo el sistema solar, y estar repleta de rocas que ocasionalmente viajan como cometas hacia nosotros.

Esto último es lo que sí se ha podido observar, y ha servido como evidencia indirecta de la nube de Oort.12 Lo que ocurre es que existen cometas de período largo que duran unos 200 años en completar sus órbitas, las cuales además están muy inclinadas con respecto a la eclíptica y llegan al sistema solar de diversas direcciones, por lo que la nube de Oort es un excelente candidato para explicar estos cometas de período largo.

¿Por qué no se puede ver la nube de Oort?

La inmensa distancia a la que se encuentra de la Tierra aún dificulta que los científicos identifiquen objetos dentro de ella. Para tener una idea, el borde más distante de la nube de Oort podría estar unas 100.000 veces más lejos del Sol que la Tierra, y a más de un tercio de la distancia entre el Sol y su vecina Próxima Centauri.

Para poder ver algún objeto se necesita luz, bien sea porque la produzca (como el Sol) o porque otra fuente de luz lo ilumine (como la luna), y en el caso de la nube de Oort la luz del Sol no alcanza hasta esas regiones más externas del sistema solar, así como tampoco posee material que pueda brillar por cuenta propia, solo objetos rocosos y congelados.

Región exterior del sistema solar.
Región exterior del sistema solar. Créditos: NASA/JPL-Caltech

Viajando por el sistema solar

La exploración del sistema solar sigue dando grandes descubrimientos que aportan a la comprensión de nuestro vecindario planetario. Entre las misiones espaciales más recientes destinadas a explorar diferentes astros se encuentran:

  • Solar Orbiter: lanzado en febrero de 2020 para tomar las imágenes más cercanas del Sol (a una distancia de 42 millones de kilómetros).13
  • BepiColombo: lanzado el 20 de octubre de 2018 hacia Mercurio para recopilar información sobre su estructura, campo magnético, cómo interactúa con el viento solar, entre otros.14
  • Misión Marte 2020: se encargó de enviar el dispositivo de exploración planetaria “Perseverance” a la superficie de Marte para buscar signos de vida antigua y recolectar muestras de rocas para un posible regreso a la Tierra.15
  • DART: fue una misión de defensa planetaria que estrelló una sonda espacial contra el asteroide Dimorphos, para probar si el impacto de una nave espacial podría desviar con éxito un asteroide en curso de colisión con la Tierra. Se lanzó el 24 de noviembre de 2021 y se estrelló con Dimorphos el 26 de septiembre de 2022.16,17
  • New Horizons: es una sonda espacial diseñada para abandonar el sistema solar. Luego de ser lanzado el 19 de enero de 2006, sobrevoló Plutón el 14 de julio de 2015 y sobrevoló en 2019 el asteroide MU69 del cinturón de Kuiper.18
  • Telescopio James Webb: lanzado al espacio el 25 de diciembre de 2021 desde el Puerto Espacial de Kourou en la Guayana Francesa, es un telescopio que si bien está diseñado para analizar regiones muchos más lejanas del Universo, también podrá estudiar los diversos objetos que se encuentran en nuestro sistema solar.19

Así, aún seguimos aprendiendo sobre diversos aspectos planetarios, sus satélites, sobre nuestro Sol, sobre los procesos físicos que dan lugar a la formación de estas estructuras de escalas astronómicas, y los confines de nuestro sistema solar. El astrónomo neerlandés-estadounidense Gerard Kuiper (y por quien el cinturón de Kuiper lleva su nombre), aseguraba que:20

“Una teoría satisfactoria del origen del sistema solar debe tomar en cuenta la presencia y las propiedades de los planetas y los cuerpos más pequeños orbitando al Sol, y preferiblemente, pero no necesariamente, incluir las propiedades dinámicas del Sol también.”

Mientras tengamos más datos gracias a telescopios terrestres y a misiones espaciales, así como también más desarrollo de conocimientos sobre cómo la gravedad forma estas configuraciones planetarias, seremos capaces de conocer más detalles como los mencionados por Kuiper. Así, podremos entonces tener una mejor comprensión de nuestro lugar en el sistema solar.

Referencias:

  1. Jürgen Schieber, “Our Sun” ↩︎
  2. “The Jovian Planets”, Intro To Astronomy ↩︎
  3. “Discovery of the Solar System”, Intro To Astronomy ↩︎
  4. Tabla: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Solar_System_objects_by_size ↩︎
  5. S. Pfalzner, M. B. Davies, M. Gounelle, A. Johansen, C. Münker, P. Lacerda, S. Portegies Zwart, L. Testi, M. Trieloff y D. Veras, “The formation of the solar system”, 21 Abril 2015 ↩︎
  6. A. G. W. Cameron, “Origin of the Solar System”, Septiembre 1988 ↩︎
  7. “Solar System Exploration”, NASA ↩︎
  8. NASA, “The Milky Way Galaxy”, Diciembre 2015 ↩︎
  9. The GRAVITY Collaboration, “A geometric distance measurement to the Galactic center black hole with 0.3% uncertainty”, 20 Mayo 2019 ↩︎
  10. “Measuring the Universe”, International Astronomical Union ↩︎
  11. “Oort Cloud”, NASA. ↩︎
  12. “Oort Cloud and Scale of the Solar System”, NASA ↩︎
  13. “solar orbiter”, European Space Agency ↩︎
  14. European Space Agency, “¿Qué es BepiColombo?”, 3 Octubre 2018 ↩︎
  15. “Mars 2020: Perseverance Rover”, NASA ↩︎
  16. “Double Asteroid Redirection Test (DART)”, NASA ↩︎
  17. Roxana Bardan, “El impacto de DART cambió el movimiento de un asteroide en el espacio”, 11 Octubre 2022 ↩︎
  18. “New Horizons”, NASA ↩︎
  19. “WEBB Space Telescope”, NASA ↩︎
  20. Gerard P. Kuiper, “On the Origin of the Solar System”, 1 enero 1951 ↩︎