Respuestas (LXIX):¿Pueden dos planetas compartir la misma órbita?

He podido rascar algo de tiempo estos días para responder a una pregunta que Manuel Riguera me mandó por correo electrónico (a jordipereyra@cienciadesofa.com) y en la que me planteaba si existen sistemas planetarios donde dos o más planetas compartan la misma órbita.

Añado una imagen para que os hagáis una idea de la situación de la que está hablando (aunque probablemente los planetas no se encontrarían en puntos opuestos de de la órbita):

Para empezar, es posible os sorprenda saber que se han encontrado muchos asteroides que comparten órbita con los planetas de nuestro propio sistema solar. Y con  muchos quiero decir miles.

Los astrónomos bautizaron a estos cuerpos con el nombre de troyanos (nombre molón) y tienden a concentrarse alrededor de los puntos de Lagrange L4 y L5 (nombres de línea de metro) de la órbita del planeta al que acompañan, lo que significa que se acumulan en dos zonas situadas 60º por delante y por detrás de éste.

En la imagen aparecen los 5 puntos de Lagrange que posee la órbita de cualquier planeta. (Fuente)

¿Y por qué los troyanos se apiñan alrededor de estos puntos en concreto? ¿Es que no tienen permitido acompañar al planeta en la posición que les dé la gana? ¿O es que ahí hay alguien regalando caramelos?

La verdad es que a día de hoy no se ha detectado la presencia de un objeto regalador de caramelos en los puntos de Lagrange, voz cursiva. Lo que pasa es que en un sistema compuesto por tres cuerpos, como el que forman una estrella, un planeta y un asteroide troyano, la posible localización de éste último está limitada por la magnitud del tirón gravitatorio que recibe en todo momento por parte de los otros dos objetos más grandes.

Me explico.

Como comentaba en esta otra entrada sobre la “ingravidez” que experimentan los astronautas en el espacio, una órbita estable es en realidad una caída libre continua en la que, pese a que la fuerza gravitatoria del cuerpo más masivo esté tirando del objeto que da vueltas a su alrededor en todo momento, este último se mueve tan rápido que se aleja de él al mismo ritmo que al que la gravedad lo acerca. El resultado es que, al final, ni se acerca ni se aleja del cuerpo alrededor del cual da vueltas, por lo que termina siguiendo un camino más o menos circular.

Por otro lado, la intensidad del campo gravitatorio de un objeto aumenta de manera cuadrática cuanto más cerca nos encontramos de él. Esto significa que, para mantener una órbita estable, un planeta tiene que desplazarse mucho más deprisa cuanto más cerca se encuentra de su estrella. Por este motivo, si la velocidad de traslación de un planeta se viera alterada, su órbita también cambiaría: si perdiera velocidad, entonces la gravedad de la estrella sería capaz de arrastrar al planeta hacia el interior del sistema solar pero, si su velocidad aumentara, entonces podría sobreponerse al tirón gravitatorio y escaparía hacia una órbita más alejada.

Es por eso que si colocas un asteroide en cualquier punto de la órbita de un planeta, entonces se verá atraído en mayor medida hacia la estrella o hacia el planeta, de manera que no pasará mucho tiempo antes de que uno de los dos termine sacándolo de la órbita o atrayéndolo hacia sí mismo.

Pero en los puntos de Lagrange ocurre algo muy curioso: los campos gravitatorios de la estrella y el planeta influencian al asteroide de tal manera que lo mantienen con la velocidad constante que necesita para adoptar una órbita estable a la misma distancia de la estrella que el planeta en cuestión.

Entonces, ¿quieres decir que las dos fuerzas se anulan y forman una especie de ingravidez?

No, no. Quiero decir que, si eres un asteroide troyano y estás en un punto de Lagrange, mientras el sol (por ejemplo) intenta arrastrarte hacia sistema solar interior, el tirón gravitatorio del planeta con el que compartes órbita te da el empujón (o tirón) que necesitas para que no reduzcas tu velocidad y caigas hacia el sol (o escapes hacia una zona más alejada del sistema solar).

Dicho esto, en nuestro propio sistema solar se han descubierto hasta la fecha unos 6.000 asteroides troyanos que comparten órbita con Júpiter. Si esta cifra tan alta os incomoda, os alegrará saber que se estima que Júpiter podría estar acompañado por más de 1.000.000 de objetos de más de un kilómetro de diámetro.

En verde, los troyanos de Júpiter conocidos. Podéis ver cómo se acumulan alrededor de los puntos L4 y L5 de la órbita. (Fuente)

En comparación, el número de asteroides troyanos descubiertos alrededor del resto de los planetas del sistema solar puede ser bastante decepcionante: el siguiente de la lista, Neptuno, tan sólo tiene 13 troyanos y Marte tiene 7, mientras que Venus y Urano tienen sólo uno.

Pero, claro, también hay que tener en cuenta que el resto de los planetas del sistema solar son mucho menos masivos que Júpiter o se encuentran muy lejos de la Tierra, lo que dificulta la detección de los posibles asteroides pequeños que les acompañan en su camino alrededor del sol.

¿Y qué hay de nosotros? ¿No tenemos ningún troyano que nos haga compañía?

Pues sí, resulta que en 2011 se descubrió que la Tierra tiene también su propio troyano, bautizado con el tipo de nombre poético que a los astrónomos tanto les gusta: 2010 TK7. Se trata de un asteroide de unos 300 metros de diámetro que da vueltas alrededor del sol a una distancia de entre 120 y 180 millones de kilómetros (la órbita de la Tierra tiene un radio de 150 millones de kilómetros) y que se acerca y aleja de la Tierra durante su órbita, pasando del punto L3 al L4 cada 400 años.

De momento esta es la mejor imagen que tenemos de nuestro compañero de viaje. (Fuente)

Pero no os preocupéis, que nuestro querido 2010 TK7 no se va a estrellar contra nosotros porque nunca se acerca a menos de 20 millones de kilómetros de la Tierra.

Muy interesante, de verdad, pero acabo de darme cuenta de que te has vuelto a ir por la tangente. Manuel claramente te estaba hablando de planetas co-orbitales, no de asteroides troyanos insignificantes.

Tienes toda la razón, pero es que hay una diferencia bastante importante entre un planeta y un asteroide: su masa. Y, por tanto, su campo gravitatorio.

En comparación con los planetas con los que comparten órbita, los asteroides tienen una masa diminuta. Esto significa que, mientras la estrella y el planeta influencian la velocidad del asteroide, éste no puede alterar la velocidad del planeta y, por tanto, el sistema alcanza la estabilidad muy fácilmente.

Pero resulta que la cosa se vuelve un poco más complicada en el caso de los planetas troyanos.

En primer lugar, de todos los puntos de Lagrange, los únicos que son estables a largo plazo son los L4 y L5. Un objeto que se encuentre en L1, L2 o L3 (sea un asteroide o un planeta) irá perdiendo velocidad con el tiempo y terminará abandonando la órbita.

Por otro lado, sería un desmadre colocar un segundo planeta en la órbita de otro, porque los dos empezarían a interaccionar gravitacionalmente, alterando sus velocidades y, por tanto, desestabilizando sus órbitas (alguno terminaría precipitándose hacia la estrella o chocarían entre sí, por ejemplo).

Además, hay que tener en cuenta que, en la vida real, las órbitas de los planetas no son perfectamente circulares, ni se encuentran todas exactamente sobre el mismo plano y que la influencia gravitatoria del resto de planetas de un sistema solar hará poco por ayudar a mantener la situación estable.

Si unimos todos estos factores desfavorables descubrimos que, aunque en teoría podrías colocar dos planetas en los puntos exactos de una órbita de manera que pudieran compartirla de manera indefinida, la realidad es que es tan difícil que estas condiciones de den en la naturaleza que se trataría de una situación extremadamente infrecuente. No es de extrañar que, de momento, de los 2.571 sistemas solares que se han descubierto, ninguno de ellos presenta señales de contener planetas que compartan la misma órbita.

Como dato extra, hubo dos ocasiones en la que los astrónomos creyeron haber descubierto un sistema solar que contenía planetas troyanos (en 2011 y en 2015), pero un mejor análisis de los datos reveló que los dos casos fueron errores de interpretación.

Pues k bajon loko.

¡No te deprimas, voz cursiva, que aquí llega el giro argumental!
Es verdad que no hay señales de planetas troyanosen la actualidad, pero es posible que nuestra propia Tierra compartiera órbita con otro planeta poco después de que el sistema solar se formara.
¡¿Pero qué me estás container?!
¿Te acuerdas de aquella entrada en la que comentaba que se cree que la Luna se formó durante la colisión de la Tierra con un cuerpo del tamaño de Marte, hace unos 4.500 millones de años? Pues resulta que este objeto podría haber sido un planeta troyano que compartía órbita con nuestra “proto-Tierra” y que se estrelló contra nosotros precisamente porque la situación se fue inestabilizando a medida que los dos planetas crecían
¿Te ha gustado esta manera de terminar la entrada?
Psché, mejorable.
Bueno, pues la corto bruscamente y te dejo con la molesta publicidad información sobre el libro de Ciencia de Sofá.

En septiembre de 2015 publiqué un libro en el que hablo sobre la historia de la astronomía con la editorial Paidós y ahora está disponible en librerías tanto en España como en México y a través de internet por todo el mundo.

Así que, si os apetece saber cómo hemos llegado a conocer todo lo que sabemos hoy en día sobre el universo, podéis hacer click sobre la siguiente imagen del libro, “El universo en una taza de café“, para ir a la entrada donde hablo del libro con más detalle:

21 pensamientos en “Respuestas (LXIX):¿Pueden dos planetas compartir la misma órbita?”

    1. Claro que es un planeta, pero tiene un conjunto de asteroides “invadiendo” su orbita a causa de que su masa ha atraido pequeñas masas a seguirlo sin que esto afecte su dirección, y quién sabe, tal vez Júpiter despidió algunos de estor troyanos durante su formación hace unos cuantos…
      dejémoslo en mucho tiempo.
      🙂

  1. Jordi, hay en el sistema solar de casos de satélites coorbitales en Saturno, Jano y Epimeteo.
    No son exactamente troyanos, pero se acerca más a lo que te han preguntado; dos cuerpos celestes bailando en la misma órbita (o al menos dos órbitas muy muy superpuestas, como dos sujetos que han intentado construir su casa uno sobre el otro).
    Sería interesante que ampliaras la entrada.

    https://universocuantico.wordpress.com/2009/09/10/el-baile-de-jano-y-epimeteo/
    https://francisthemulenews.wordpress.com/2009/09/01/la-danza-de-los-satelites-de-saturno-llamados-jano-y-epimeteo/
    http://wwwelqueloniovolador.blogspot.cl/2012/08/jano-y-epimeteo-cambiando-de-orbitas.html

  2. Dos preguntas.

    Entonces lo que permite el equilibrio en la órbita del planeta Tierra y el Sol ¿es la fuerza centrífuga provocada por el movimiento de traslación?

    La luna, que se aleja de nosotros cada año unos pocos centímetros, ¿tiene una mayor velocidad de traslación alrededor de la Tierra que rompe ese equilibrio de la órbita?

    Gracias.

    Y ya me compré tu libro y me encanta el enfoque histórico que le diste. Yo también defiendo a Aristarco 😉

  3. Me encanta tu blog, explicas las cosas de manera super clara, pero me ha surgido una duda, si dos planetas/asteroides/lo-que-sean comparten la misma órbita y supongamos que es la de la tierra, esto quiere decir que también se encuentra en la Zona de Habitabilidad, lo que podría significar que a efectos de radiación y esas cosas se podría vivir, a falta de una atmósfera y esas cosas necesarias para la vida…, jajaja.

    No se si me he explicado bien pero creo que entenderás por donde voy.

    Un saludo y no dejes nunca de escribir.

    1. En efecto, tendrías dos planetas en la zona habitable. Sólo te faltaría que los dos planetas reunieran el resto de condiciones para la vida, que no son pocas, y a lo mejor… Boom, guión de ciencia-ficción.

      1. Pregunta a raíz de esto que comentáis. Si tuvieramos un planeta en la misma órbita que la Tierra y que tuviese una atmósfera y un campo magnético blablablabla ideal para la vida terrestre ¿sería posible colonizarlo con la tecnologia actual?
        Saludos

  4. Con todas esas condiciones claro que sería un “desmadre” poder colocar a dos planeta sobre la misma órbita, jajaja… Buen post.!

    Saludos desde México

  5. Me ha picado la curiosidad a ver si es posible y me he puesto a hacer pruebas en el Universe Sandbox. He conseguido duplicar Jupiter en un punto opuesto de su órbita actual sin destruir el sistema solar.

    Pero vamos, si lo pongo en cualquier otro lugar acaba afectando la órbita al planeta original y el resultado es desastroso

  6. Creo que Jupiter y Saturno mantienen una resonancia de 3/2 que en teoría permite una estabilidad entre esos dos “destructores de mundos”… a la larga habría que tenerlo en cuenta para las simulaciones.

    La idea de dos planetas compartiendo órbita puede ser viable a simple vista, pero la estabilidad necesaria para que funcione hace que solo pueda ser viable en un sistema de planetas maduro y muy estable.

    Y para llegar a esa situación hacen falta un par de eones que permitan a planetas como Neptuno, que es el único planeta que tiene una rotacion casi perpendicular a su translacion y es quizás una prueba de los violentos cambios que hubieron en el temprano sistema solar, ya que se supone que era un “Jupiter caliente” hasta que fue expulsado a los límites del sistema y creó un espacio para planetas “habitables”… o Mercurio, otro ejemplo de las consecuencias de la llegada a la madurez del sistema solar, cuyo enorme nucleo metálico hace pensar que fue un planeta mucho más grande cuando se formó.

  7. Hola. ¡Genial artículo!

    ¿Podrías algún día explicar que pasaría si la Tierra rotara a la velocidad de la luz? ¿Y si girara alrededor del sol a esa velocidad?

    Muchas gracias 🙂

  8. Para un asteroide en L5 lo entiendo, el planeta tira de el hacia adelante y el sol hacia adentro, pero el de L4 va por delante del planeta. No le iria frenando y acabarian chocando?

  9. Voy a dar mi opinión, no sé si correcta:
    En puridad, es imposible que dos planetas puedan compartir órbita, ya que según la definición de planeta, éste debe tener “precedencia orbital”, es decir, que la mayor parte de la masa de la órbita le pertenezca.
    Por lo tanto, y en el improbable caso de que ni una mísera piedra comparta órbita con los dos planetas, en el mejor de los casos ambos tendrían la misma masa. Esto haría que paradójicamente ninguno pudiera llamarse “planeta”.
    Es decir, atendiendo a la definición astronómica de “planeta”, como mucho podrán compartir órbita “troyanamente” un planeta y un planeta enano.

  10. Buenisimos tus post. Este en concreto me hizo acordar de una película. No se si habéis visto la película “un amor entre dos mundos” donde hay dos planetas que estaban casi Unidos, lo que me hace pensar que si existieran planetas que compartiesen órbita sería algo más parecido a lo que se ve en la película. Me gustaría que un día hicieses una entrada explicando esta teoría.

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