Respuestas (LXXXVIII): ¿Existen planetas perfectamente esféricos?

Cuando en un tema de conversación sale el tema de la redondez de la Tierra, normalmente interviene el tiquismiquis del grupo que dice que nuestro planeta no es realmente esférico porque está achatado por los polos. Puede que incluso suelte el término esferoide oblato. Pero, por mucho odio que inspire en ese momento, no le falta razón.

No sé si Miguel Bayón es uno de esos tiquismiquis, pero desde luego es consciente de lo imperfecta que es la Tierra como esfera e,  intrigado por la redondez de otros cuerpos celestes, me envió la siguiente pregunta (a jordipereyra@cienciadesofa.com): ¿cabe la posibilidad de que exista un planeta perfectamente esférico? 

Buena pregunta, Miguel. Empecemos hablando del motivo por el que nuestro planeta no es una esfera perfecta.

La Tierra sería una esfera bastante decente si su región ecuatorial no experimentara una fuerza centrífuga mayor que las zonas polares (como explicaba en esta otra entrada). Dicho de otra manera, los puntos cercanos al ecuador describen un círculo mayor alrededor del eje de rotación del planeta cada día que los que se encuentran en latitudes más altas y, por tanto, como todos los puntos del planeta tardan el mismo tiempo en completar un giro, la velocidad de las zonas ecuatoriales alrededor del eje de rotación es mayor.

Esta mayor velocidad produce una fuerza centrífuga mayor en la franja ecuatorial del planeta, por lo que el material de esta región se ve empujado «hacia afuera» con más fuerza que el resto del volumen de la Tierra, deformándolo.

Y esto no sólo ocurre en la Tierra: la fuerza centrífuga deforma en mayor o menor medida todos los cuerpos celestes en función de su velocidad de rotación y de la rigidez del material del que están compuestos. Como resultado, en realidad es muy difícil encontrar objetos perfectamente esféricos en el espacio.

Aun así, nos podemos acercar bastante.
El achatamiento es la cifra que mide cómo de «aplanada» está una esfera. Por ejemplo, la Tierra tiene un achatamiento de 0,00355, lo que significa que su diámetro ecuatorial es sólo un 0,355% mayor que su diámetro polar… O que la diferencia entre ambos es de sólo 42 kilómetros, vaya. Curiosamente, el achatamiento del planeta es uno de los motivos por el que determinar el nivel del mar es más complicado de lo que parece, como comentaba en esta otra entrada: si viajas al polo norte o al polo sur terrestres, te encontrarás 21 kilómetros por debajo de la superficie del océano respecto al ecuador.

Pero, aunque la Tierra es en realidad bastante esférica, otros cuerpos del sistema solar lo son mucho menos. Marte tiene un achatamiento del 0,648%, pero el planeta más «plano» del sistema solar es Saturno, con un diámetro ecuatorial que es casi un 10% mayor que su diámetro polar.

Para que os hagáis una idea, aquí os dejo una comparativa de la esfericidad de cada planeta comparada con un círculo perfecto (aunque los tamaños no están a escala, por supuesto):

Aun así, no todo está perdido para Miguel, porque en nuestro sistema solar sí hay dos planetas que, a efectos prácticos, son prácticamente esféricos: Mercurio y Venus.

Estos dos planetas se caracterizan, entre otras cosas, porque tienen un periodo de rotación muy, muy lento. El primero tarda 88 días en completar una vuelta sobre su propio eje y el segundo lo hace en 243 días. Esta rotación tan lenta apenas genera fuerza centrífuga adicional sobre su ecuador y, como resultado, estos dos planetas tienen una forma que se puede considerar esférica de verdad. De hecho, Mercurio y Venus son tan redondos que no he sido capaz de encontrar ninguna fuente de información en la que no se considere que el achatamiento de estos dos planetas es completamente nulo y, por tanto, que su diámetro ecuatorial y polar son iguales.

Ahora bien, si nos alejamos un poco más del sol y nos centramos en otros cuerpos del sistema solar que no son planetas, existen otros objetos muy poco esféricos en nuestro vecindario.

Por ejemplo, Haumea es un objeto del cinturón de Kuiper cuyo diámetro ecuatorial (unos 2.300 km) dobla su diámetro polar (unos 1.000 km). La causa de esta deformación extrema es su gran velocidad de rotación, la mayor del sistema solar, con la que completa una vuelta sobre su eje cada 4 horas. La intensa fuerza centrífuga generada por esta rápida rotación es la responsable de que Haumea tenga una forma tan poco esférica.

Aquí tenéis una animación donde se puede ver el objeto rotando, a escala.

Pero este fenómeno no sólo afecta a los planetas: cualquier cuerpo celeste que rote sobre su propio eje estará sometido al achatamiento provocado por su fuerza centrífuga. Y eso incluye a las estrellas.

El achatamiento del sol es prácticamente nulo. Aunque los puntos del ecuador se muevan alrededor de su eje de rotación a la vertiginosa velocidad de 2 km/s, el sol es tan grande que su efecto apenas se manifiesta: su diámetro ecuatorial es sólo 21 kilómetros mayor que el polar así que, para ser un objeto de 1,4 millones de kilómetros de diámetro, es bastante redondo. La estrella más redonda conocida, KIC 11145123, rota tres veces más despacio que el sol y tiene un tamaño ligeramente mayor, de modo que la diferencia entre su diámetro ecuatorial y el polar es de sólo 6 km.

Pero las estrellas también se pueden «achatar» considerablemente si rotan lo bastante rápido.

Uno de los casos más extremos es Achernar, una estrella azul que tiene una masa unas 7 veces superior a la del sol. El material de su ecuador se mueve a una velocidad de 250 km/s alrededor de su eje de rotación y, como resultado, su diámetro ecuatorial es un 56% que su diámetro polar, dándole una forma como esta:

(Fuente)

Más extremo aún es el caso de la estrella principal del sistema binario Regulus A, Alfa Leonis, que completa una rotación cada 16 horas y, como resultado, la superficie ecuatorial de esta estrella se mueve a unos 320 km/s alrededor de su eje de rotación. Esta cifra es tan alta que representa el 96,5% de la velocidad necesaria para que la propia fuerza centrífuga que genera destruya la estrella.

Así que nada, Miguel, espero que esta entrada haya aclarado tus dudas sobre la esfericidad de las cosas en el espacio: como mínimo, parece que hay dos planetas en nuestro sistema solar que se pueden considerar perfectamente esféricos (si ignoramos su rugosidad superficial, claro) y muchos cuerpos celestes repartidos por el universo que no lo son, pero casi. Y, por otro lado, también existen objetos tan poco esféricos que están a punto de desmoronarse.