¿Podemos saber si Júpiter echó del sistema solar a un quinto planeta gigante?

¿Expulsó Júpiter a un quinto planeta gigante fuera del sistema solar? Uno de los grandes descubrimientos de la astronomía moderna ha sido la confirmación de que las órbitas de los planetas gigantes cambiaron drásticamente durante los primeros mil millones de años tras su formación. El llamado modelo de Niza es el más famoso a la hora de explicar estos migraciones primigenias. Resumiendo mucho, este modelo nos dice que las interacciones gravitatorias entre los cuatro planetas gigantes provocaron que Júpiter se acercase al Sol al mismo tiempo que Urano y Neptuno se alejasen (de hecho, es posible que Neptuno se formase originalmente más cerca del Sol que Urano). Como resultado de este billar cósmico se produjo una mezcla de cuerpos del sistema solar que solo ahora comenzamos a entender. Por ejemplo, el cinturón de Kuiper se formó al alejarse Neptuno hasta su órbita actual con varios tipos de cuerpos menores. Lo mismo le ocurrió al cinturón de asteroides y, especialmente, a los asteroides troyanos que acompañan a Júpiter en su órbita. Todos estos cuerpos menores desperdigados fueron los causantes del Bombardeo Intenso Tardío que ha dejado huellas de su violencia en casi todos los cuerpos del sistema solar con superficie sólida.

Si realmente existió, el quinto planeta gigante del sistema solar estará ahora en medio del espacio interestelar (NASA).
Si realmente existió, el quinto planeta gigante del sistema solar estará ahora en medio del espacio interestelar (NASA).

Por lo tanto, el modelo de Niza es muy bueno a la hora de predecir muchas de las características del sistema solar actual, pero muchos de los detalles del modelo se nos escapan. Por ejemplo, no sabemos hasta qué punto el proceso de mezcla de cuerpos menores afectó al cinturón de asteroides y a los asteroides troyanos. Sin ir más lejos, algunas versiones extremas del modelo sugieren que Ceres pudo ser en su momento un miembro del cinturón de Kuiper. Lo más probable es que no sea el caso, pero el hecho de que esta hipótesis exista nos da una idea de lo poco que sabemos sobre la formación del sistema solar y de ahí la importancia de estudiar de forma directa el cinturón de asteroides (misión Dawn) o los asteroides troyanos.

Evolución de las órbitas de los cuatro planetas gigantes de acuerdo con el modelo de Niza original (Morbidelli et al.).
Evolución de las órbitas de los cuatro planetas gigantes de acuerdo con el modelo de Niza original. El eje horizontal representa el tiempo y el vertical la distancia al Sol en unidades astronómicas (Morbidelli et al.).

Tampoco conocemos las posiciones originales de los planetas gigantes, por lo que dependiendo de las condiciones iniciales que introduzcamos en las simulaciones podemos obtener un enorme rango de configuraciones de las órbitas planetarias. No obstante, pronto quedó claro que el modelo de Niza en su forma original era insuficiente para explicar las órbitas actuales. En la mayoría de simulaciones las migraciones de los planetas no terminaban en órbitas estables, mientras que en otras los planetas interiores sufrían enormes perturbaciones que no se corresponden con la realidad (en algunos casos Marte resultaba expulsado del sistema solar). Una solución a este problema propuesta en 2009 por varios grupos de investigadores fue la hipótesis del ‘Júpiter saltarín’, en la cual el gigante joviano habría sufrido encuentros cercanos con un gigante de hielo, es decir, Urano o Neptuno.

Esta variante era adecuada, pero presentaba ciertos inconvenientes a la hora de explicar las órbitas actuales de Urano y Neptuno. En 2011 el astrónomo David Nesvorny propuso que la existencia de un quinto planeta gigante ya desaparecido podría explicar mucho mejor el proceso de migración de los planetas y la hipótesis del ‘Júpiter saltarín’. Este planeta, con la masa de Neptuno, habría sido expulsado del sistema solar tras pasar cerca de Júpiter, al mismo tiempo que habría permitido que el resto de planetas gigantes ocupasen sus órbitas actuales. El ‘sacrificio’ del quinto planeta, a veces apodado Hades, serviría para explicar las características del sistema solar que vemos hoy en día.

Simulaciones numéricas de las perturbaciones orbitales de los planetas exteriores. Júpiter es la línea roja, Saturno la verde, Urano la azul marino y Neptuno la violeta. El hipotético quinto planeta exterior expulsado es la línea azul celeste (R. Brasser et al.).

Ahora bien, todo esto parece un bonito ejercicio teórico, ¿pero cómo podemos demostrar que alguna vez existió un quinto planeta gigante? Puesto que no tenemos una máquina del tiempo, una forma de acotar esta teoría es que cualquier encuentro cercano entre Júpiter y un gigante de hielo debería poder explicar la configuración actual del sistema de satélites jovianos. Si el encuentro hubiera sido demasiado cercano, los grandes satélites podrían haber sido perturbados fuertemente o incluso salir despedidos. En este sentido también nos interesa estudiar el caso de Saturno, ya que aunque la mayoría de modelos predicen que Júpiter fue el causante de la expulsión del quinto planeta gigante, otros apuntan a que también se produjeron encuentros con el gigante anillado. Los satélites con órbitas estables más exteriores en los sistemas de Júpiter y Saturno son, respectivamente, Calisto y Jápeto. Evidentemente, si de verdad tuvo lugar un encuentro entre un gigante de hielo y uno de los dos planetas gigantes del sistema solar, Calisto y Jápeto tuvieron que sobrevivir a los mismos.

Ryan Cloutier, Daniel Tamayo y Diana Valencia han publicado recientemente un artículo con los resultados de las simulaciones de los encuentros entre los planetas gigantes y el hipotético quinto planeta. La conclusión es que un encuentro cercano entre un gigante de hielo y Júpiter podría permitir la supervivencia de Calisto en un 42% de los encuentros. Por contra, un encuentro similar con Saturno solo sería capaz de evitar que Jápeto saliese despedido el 1% de las ocasiones, así que ya nos podemos despedir de un encuentro cercano entre el quinto planeta gigante y Saturno. Eso sí, todavía no está muy claro cómo se formó Jápeto y hasta es posible que sea el resultado de colisiones entre satélites que tuvieron lugar después de las migraciones del modelo de Niza.

En cualquier caso, lo importante es que la existencia de Calisto es compatible con un quinto planeta que fue expulsado tras un encuentro cercano con Júpiter. No se trata de una prueba suficiente para dar por válida la existencia del quinto planeta gigante, pero sí que se trata de una condición necesaria. Después de todo, sí que es posible que Hades, el hermano perdido de Urano y Neptuno, existiese y ahora se encuentre en algún lugar desconocido de la Galaxia vagando por el espacio interestelar.

Referencias:

20 Comentarios

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AlcalinoAlcalino

Buena teoria pero ese es el problema los satelites exteriores, no ha pensado tal vez que? jupiter y saturno podrian haber tenido otros satelites exteriores? eso podria explicar mucho mejor esta teoria. Tiene su punto y que tal si hubo mas planetas que escaparon del sistema solar? todo el mundo lo piensa ya.

Daniel Marín

Sí, claro, pero el caso es que Calisto existe y tuvo que sobrevivir al encuentro con un gigante de hielo si este se produjo. Se trata de una condición necesaria.

Robert H.Robert H.

Cada vez que me entero de planetas vagabundos como ese, me pregunto si no es posible que alguno de ellos se nos venga encima sin que seamos capaces de detectarlos.
¿Sobreviviríamos al encuentro del sistema solar con un planeta errante?

YAGYAG

Por supuesto que seríamos capaces de detectar el planeta (nos resultan fáciles de ver si están relativamente cerca, a diferencia de los meteoritos). Incluso a simple vista si se acerca lo suficiente. Otra cosa es que pudiésemos hacer algo al respecto, y hoy en día, no. Así que si sobrevivimos o no dependería de si pasa lo suficientemente cerca como para perturbar, directa o indirectamente, la órbita de la Tierra, o no.

Como curiosidad, hace no mucho tiempo (a escala cósmica) nos rozó una estrella. No tuvo consecuencias notables. En los comentarios de esa entrada U-95 asegura, en base a un estudio no disponible, que un planeta similar a Saturno sería “fácilmente” detectable a unas 28.000UA, y uno como Júpiter a 82.000 UA.

Gabriel DomínguezGabriel Domínguez

Tuvo que ser un error U-95. El telescopio espacial WISE, estudiando la radiación infrarroja, habría detectado un planeta como Neptuno a 700 UA, como Júpiter a 1 año-luz, como enana marrón (2-3 Júpiter) a 10 años-luz, y no detectó ninguno. Pero también es cierto que, aunque hubiera un planeta como la Tierra en el cinturón de Kuiper (30-55 UA) su temperatura sería tan baja que el WISE no podría detectarlo.

Gabriel DomínguezGabriel Domínguez

Es decir, que el telescopio más sensible y sofisticado para detectar planetas ‘invisibles’ en nuestro Sistema Solar (el WISE), no habría podido detectar un planeta como Neptuno si estuviera a más de 700 UA, ni un planeta como Júpiter si estuviera a más de 1 año-luz, ni una enana marron 2-3 veces más grande que Júpiter si estuviera a más de 10 años-luz. Nuestra tecnología no da más de sí por ahora: podría existir un planeta como la Tierra en el cinturón de Kuiper y NO podríamos detectarlo, de momento.

U-95U-95

Me refería a este estudio:

http://adsabs.harvard.edu/abs/2014ApJ…781….4L

Puede que haya algo más allá, pero seguramente su órbita habría acabado dislocada por la interacción de estrellas que pasaran muy cerca.
En cuanto a ver planetas que llegaran hacia aquí, no tengo ganas ahora de números pero me parece que lo detectaríamos bastante antes de que fuera visible a simple vista. Claro está, dado lo pequeño que es el Sistema Solar a escala cósmica es mucho más probable un “flyby” de este y a gran distancia además que que se metiera dentro y desbarajustara todas las órbitas planetarias -es decir, nada de Hercolúbus (*) y otras magufadas-

Que Ceres hubiera estado originalmente en el Cinturón de Kuiper es una idea interesante. Explicaría porque está emitiendo vapor de agua como si fuera un cometa casi inactivo.

(*) = Tengo por algún lado el libro de Hercolúbus, encontrado en una parada de autobús, y es un compendio de fumadas.

Gabriel DomínguezGabriel Domínguez

WISE descartó la existencia de otros planetas gigantes en un radio de 1 año luz, que es lo que aproximadamente puede considerarse nuestro Sistema Solar. Pero es cierto que la señal térmica de otras Tierras, si existieran entre el Cinturón de Kuiper y la Nube de Oort, sería demasiado pequeña para ser detectada por nuestros sensores más avanzados. Su luz reflejada menos aún. Su fuerza gravitatoria, quizás… precisamente se postula su existencia para explicar ciertas anomalías en las órbitas de los KBOs conocidos.

U-95U-95

Es una posibilidad, que haya planetas de tipo terrestre o incluso alguna que otra Supertierra (más bien “Super Plutón”) en las regiones más exteriores del Sistema Solar donde el Sol no es más que una estrella que brilla como la Luna creciente y cuya observación desde luego sería al menos difícil.

Me gusta más, sin embargo, la posibilidad de que de modo similar a lo que ha podido pasar con estrellas algunos de esos cuerpos interplanetarios hubieran pasado por dentro de la Nube de Oort e incluso haberse acercado bastante al Sistema Solar interior (cinturon de Kuiper y dentro). Si los “planetas libres” son mucho más abundantes que las estrellas es muy posible que haya pasado. O incluso que alguno pequeño estuviera ahora mismo “sobrevolando” el Sistema Solar a varios cientos de miles de millones de kilómetros de aquí.

XX

El tipo ese atribuye todas las extinciones masivas a asteroides , o es imaginación mia? Y se supone que es un canal científico? En fin…

Lo del “milagro” del universo y de la tierra también me ha matado.

MauricioMauricio

Bueno, Javier Santaolalla no está hablando sin ningún fundamento. Lo que él dice sobre la aparente regularidad de las extinciones masivas y la hipotética existencia de Némesis ya fue expuesto por Carl Sagan y Ann Druyan en su célebre libro Comet, publicado en español por Editorial Planeta en 1986 con el título de El Cometa. Aunque antiguo, es un libro que todavía es digno de adquirirse no solo porque la mayoría de su contenido sigue siendo valioso sino también por sus fotos y pinturas extraordinarias.

Stewie GriffinStewie Griffin

No. La idea es que hay algo que perturba las nubes exteriores de escombros y las lanzan en oleadas periódicamente sobre el Sistema Solar interno, se ha sugerido de todo, no sólo planetas relativamente grandes sin detectar en órbitas excéntricas, sino hasta la materia oscura (se supone más abundanete en unas zonas que otras y el Sol atraviesa el plano galáctico en su órbita alrededor del centro de la ídem).

En realidad no hay ninguna prueba significativa de que las extinciones periódicas sigan eso, un período, son más bien totalmente aleatorias. Unas son por causas externas (impactos de meteoritos) y otras por causas internas (disposición contingente de las placas continentales, clima, actividad volcánica, los propias contingencias de la evolución, etc.). Si tales lluvias de escombros fuesen realmente periódicas obviamente debería haber registros bien evidentes en las superficies de otros mundos (Mercurio, Marte, la Luna, etc.), no se detecta tal patrón común de ninguna manera.

Tampoco parece que ocasionales aproximaciones relativamente próximas a otras estrellas produzcan este tipo de fenómenos. Como digo, se deberían detectar patrones claros en muchos mundos (ya son muchos los que tenemos cartografiados), y no se aprecia tal cosa.

Jose L.Jose L.

Siempre que pienzo en estos temas a escala y tiempo cósmico no puedo evitar caer en cuentas de lo efímera que es la humanidad.

zakatolapanzakatolapan

Pero… ¿el planeta habría sido expulsado completamente o enviado a una órbita de tal vez miles o millones de años? Porque sabemos que la gravedad actúa hasta el infinito, y a no ser que hubiera sido desviado por otras estrellas, por lejos que lo empujes siempre debería volver a acercarse. A no ser, claro que la velocidad sea suficientemente grande. ¿Cuál sería la velocidad de escape necesaria?

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