Respuestas (LXXXVII): ¿Por qué todos los planetas orbitan el sol en el mismo sentido?

Alberto Caparrós me envió un e-mail hace un tiempo preguntándome por qué todos los planetas del sistema solar giran alrededor del sol en el mismo sentido y si sería posible que un planeta orbitase su estrella en dirección opuesta a los demás.

Es una pregunta muy interesante pero, para responderla, tendremos remontarnos unos 4.600 millones de años hasta la época en la que se estaba formando el sistema solar.

Las estrellas se forman en el interior de densas nubes de gas y polvo que flotan por el espacio. A medida que las regiones más densas de estas nubes se empiezan a colapsar bajo su propia gravedad, su velocidad de rotación va aumentando por la conservación del momento angular (del que hablaba en esta otra entrada). Por tanto, a medida que el gas se comprime para dar lugar a una estrella, ésta hereda la dirección de giro que seguía el material que componía su región de la nebulosa.

Una región de formación de estrellas en la nebulosa de Carina.(Fuente)

Durante este proceso, el material que no absorbe la estrella termina formando un disco protoplanetario a su alrededor. Como su nombre indica, en estos discos de gas y polvo crecen los planetas que orbitan alrededor de las estrellas. Como es de esperar, ese disco protoplanetario también girará en la misma dirección en la que rota la estrella que, a su vez, sigue el sentido de giro de la nebulosa original.

La cuestión es que los trozos de polvo que contiene este disco empiezan a chocar entre ellos, formando cuerpos cada vez más grandes y con un campo gravitatorio mayor que, al impactar con otros fragmentos, producen objetos aún mayores que atraen más material hacia sí mismos. De esta manera, el bucle se va retroalimentando hasta que esos pequeños grumos de materia terminan convertidos en objetos de tamaño planetario.

Aquí tenéis una simulación que ilustra el proceso:

Total que, como podéis ver, todos los planetas de nuestro sistema solar dan vueltas alrededor del sol en el mismo sentido como consecuencia de su proceso de formación: se formaron a partir del choque entre millones de pedazos de material que se movían en el mismo sentido mientras daban vueltas alrededor del sol, así que los planetas a los que dieron lugar esos impactos conservaron su dirección de movimiento.

El sentido de rotación se mantiene a lo largo del proceso de formación estelar. (Fuente)

Como (intento de) analogía, podemos imaginar una bañera llena de agua y espuma. Si se quita el tapón de la bañera, el agua empezará a caer por el desagüe formando un remolino. A medida que el remolino arrastra el agua, algunas burbujas de la superficie se unirán entre ellas y formarán burbujas aún más grandes mientras “orbitan” el desagüe pero, al juntarse, seguirán moviéndose en la misma dirección en la que gira el remolino que las arrastra. En este ejemplo, las burbujas serían los trozos de materia del disco protoplanetario que se unen al chocar para formar los planetas.

Sí, vale, captado. Pero todo eso pasó hace mucho tiempo, ¿cómo saben los astrónomos que nuestro sistema solar realmente se formó así?

Pues esta hipótesis del mecanismo de formación del sistema solar se remonta a mediados siglo XVIII y se ha ido refinando hasta la actualidad. Gracias a las mejoras de los telescopios, se han observado directamente estrellas rodeadas por discos protoplanetarios, confirmando que, en efecto, la idea es correcta.

Un disco protoplanetario formándose en la nebulosa de Orión. (Fuente)

Ahora bien, hemos visto que todos los planetas de un mismo sistema solar deberían orbitar en el mismo sentido (el de la rotación de su estrella) porque conservan la dirección de rotación del disco protoplanetario en el que se forman. Pero, aun así, se han encontrado planetas que dan vueltas alrededor de sus estrellas en dirección opuesta a la que cabría esperar, un fenómeno que se llama órbita retrógrada… Aunque esos planetas no están en nuestro sistema solar, claro.

Por ejemplo, tanto WASP-17b como HAT-P-7b son dos exoplanetas con una masa similar a la de Júpiter que dan vueltas alrededor de sus estrellas en dirección contraria al sentido de rotación de su astro, algo que no encaja con el modelo de formación planetaria que acabamos de ver.

¿Y qué tipo de fuerza puede darle la vuelta a la órbita de un planeta? Es cosa de los extraterrestres, ¿verdad?

Pues no, voz cursiva, los extraterrestres no son necesarios para explicar este fenómeno porque existen varios mecanismos que pueden hacer que un planeta adopte una órbita retrógrada de manera completamente natural.

Por ejemplo, si un planeta gira en dirección opuesta a su estrella es posible que, en vez de formarse en el mismo disco protoplanetario que los demás, fuera capturado por la gravedad de la estrella  mientras vagaba libremente por el espacio. Al fin y al cabo, se han descubierto planetas interestelares (como PSO J318.5-22) que se mueven por el espacio sin estar asociados a ninguna estrella, así que no es un escenario descabellado.

De hecho, en nuestro propio sistema solar existe un caso parecido, pero a pequeña escala: una de las lunas de Neptuno, Tritón, da vueltas alrededor del planeta en dirección contraria al resto de sus satélites, así que se especula que podría ser un objeto del cinturón de Kuiper que fue capturado por la gravedad de Neptuno.

Mosaico de Tritón hecho a partir de fotos tomadsa por la sonda Voyager 2. (Fuente)

Pero, curiosamente, los planetas con una órbita retrógrada no tienen por qué haber sido capturados por separado, porque también hay mecanismos permiten que este tipo de órbitas aparezcan durante la fase de formación planetaria.

Por ejemplo, se ha descubierto una estrella que está rodeada de un disco protoplanetario cuya región interior gira en el sentido contrario a la exterior, lo que podría dar lugar a un sistema donde los planetas interiores y los exteriores orbiten la estrella en direcciones opuestas. En este caso, este fenómeno se podría haber producido por el intercambio de material entre dos nebulosas planetarias que giraban en direcciones opuestas, produciendo dos bandas de material que giran alrededor de la estrella en sentidos distintos, como se ilustra en la siguiente imagen:

(Fuente)

Por último, un planeta que da vueltas alrededor de su estrella en la dirección “normal” puede adoptar una órbita retrógrada gracias al mecanismo de Kozai. Este fenómeno se produce cuando las perturbaciones gravitatorias de un segundo planeta aumentan paulatinamente la inclinación de la órbita del otro hasta que le da la vuelta completa, haciendo que termine orbitando alrededor de su estrella en el sentido opuesto a su dirección original.

Aquí tenéis una animación del proceso.

Y, bueno, ahora que lo pienso, creo que hasta aquí llega la entrada de hoy.

¿Ya está? ¿Tan rápido? ¿Te encuentras bien?

Sí, sí, pero las preguntas de Alberto ya están respondidas y no tengo más ramas a las que agarrarme, así que aquí acaba la cosa. Pero, ya que lo preguntas, aprovecho para anunciar que, de ahora en adelante, intentaré escribir entradas más cortas de vez en cuando para poder actualizar el blog más a menudo.

Y dicho, esto, pasemos a publicidad.

Ciencia de Sofá tiene un libro nuevo, “Las 4 fuerzas que rigen el universo“. En él hablo sobre cómo las cuatro fuerzas fundamentales dan forma a nuestro universo, su descubrimiento y su efecto sobre nuestras vidas. Por otro lado, el libro “viejo” (“El universo en una taza de café“) va por la tercera edición y ahora vuelvo a ofrecer suscripciones a la revista de National Geographic así que, si os interesa alguna de estas propuestas, podéis acceder a una entrada donde las explico con más detalle haciendo click sobre la siguiente imagen 🙂

 

 

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3 pensamientos en “Respuestas (LXXXVII): ¿Por qué todos los planetas orbitan el sol en el mismo sentido?”

  1. Esta perfectamente explicado. Es un concepto “sencillo” pero al mismo tiempo sin una referencia visual hay personas que les cuesta comprenderlo.
    Enhorabuena por tu trabajo.

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