¿Cuándo se formaron los anillos de los planetas del sistema solar?

Los cuatro planetas gigantes del sistema solar poseen anillos, pero todos ellos son diferentes entre sí. Los anillos de Júpiter son muy tenues y están formados por polvo, mientras que los de Urano y Neptuno están muy definidos y son muy oscuros. Y luego están los majestuosos anillos de Saturno, que juegan en una liga distinta. ¿Cómo y cuándo se formaron estas bellas estructuras?

Los distintos anillos del sistema solar (NASA).
Los distintos anillos del sistema solar (NASA).

Antes de nada debemos tener recordar que los anillos de los planetas se hallan dentro del llamado Límite de Roche, esto es, la distancia al planeta por debajo de la cual las fuerzas de marea son tan intensas que impiden la formación de lunas. Por eso los anillos de los planetas gigantes no dan lugar a nuevos satélites. Eso sí, a veces se olvida mencionar que el Límite de Roche depende de la densidad y propiedades de las partículas que están en su interior, por lo que dependiendo de su composición un satélite puede deshacerse más rápido o, a la inversa, un anillo puede dar lugar a una pequeña luna con unas dimensiones ligeramente mayores.

En cualquier caso, las teorías que explican la formación de los anillos son básicamente tres. La primera propone que una luna primigenia se internó dentro del Límite de Roche de cada planeta por culpa de las interacciones gravitatorias con otros satélites o el disco de polvo alrededor de un planeta y acabó despedazada. Otra nos dice que son los restos del impacto entre un cuerpo menor del sistema solar y una o varias lunas. La última apunta que podrían ser el resultado de la captura y posterior desintegración de cuerpos menores del sistema solar. Por supuesto, nada impide que varias de estas hipótesis puedan ser ciertas al mismo tiempo.

Pero, de las tres, la última siempre ha sido el patito feo entre los científicos planetarios. La desintegración de un cuerpo menor que pase cerca de un planeta gigante dejaría los fragmentos situados en órbitas muy elípticas y hasta ahora no estaba claro cómo este escenario pudiera dar lugar a los anillos circulares que vemos en la actualidad. Además, la mayor parte de cuerpos menores no están diferenciados —son una mezcla casi homogénea de roca y hielos—, por lo que resulta difícil explicar la variedad morfológica y de composición que vemos en los anillos de los distintos planetas.

Pero en los últimos años las teorías de formación del sistema solar, como el Modelo de Niza, nos han demostrado que probablemente Saturno, Urano y Neptuno nacieron mucho más cerca del Sol y que se alejaron progresivamente hasta ocupar las órbitas actuales. ¿Y qué tiene esto que ver con los anillos? Pues que en este proceso de migración hacia el exterior del sistema solar los planetas gigantes debieron sufrir numerosos encuentros con grandes objetos —algunos del tamaño de Plutón— del cinturón de Kuiper y con un interior diferenciado, esto es, con un núcleo, un manto y una corteza. De esta forma se explicarían las distintas composiciones de los anillos, aunque no se da respuesta a las complejidades de los aspectos relativos a la mecánica orbital.

Para aclarar esta cuestión un grupo de investigadores con el japonés Ryuki Hyodo a la cabeza ha decidido realizar simulaciones numéricas complejas sobre la captura de este  tipo de cuerpos diferenciados usando superordenadores. Los resultados han sorprendido a todos, básicamente porque la captura de objetos transneptunianos del tamaño de Plutón sí que podrían explicar la formación de anillos. Efectivamente, las fuerzas de marea despedazarían los cuerpos y dejarían los fragmentos en órbitas altamente elípticas (entre el 0,1% y el 10% de la masa del objeto inicial), pero los choques continuos entre estos restos terminarían por circularizar las órbitas, creando los anillos que vemos ahora.

asas
Proceso de formación de los anillos a partir de la captura de un objeto transneptuniano masivo y diferenciado (Hyodo et al.).

Lo interesante de esta teoría es que se obtendrían diferentes anillos a partir del mismo objeto en función del planeta. Por ejemplo, Urano y Neptuno son más densos que Saturno y Júpiter, por lo que la frontera externa de su límite de Roche está más lejos del planeta. Esto significa que un objeto capturado sufriría fuerzas de marea más intensas al acercarse a Urano y Neptuno, por lo que podría destrozar no solo la corteza de hielo, sino también el núcleo rocoso —recordemos que estos cuerpos estaban diferenciados—. Por lo tanto, es normal que los anillos de Urano y Neptuno sean más rocosos y, por tanto, más oscuros. Por contra, los anillos de Saturno están formados por un 90% de hielo aproximadamente, ya que nacieron a partir de la corteza y el manto de hielo de estos cuerpos (el núcleo rocoso habría chocado contra Júpiter y Saturno sin dejar rastro).

Los resultados de Hyodo y compañía son interesantes porque demuestran que, a diferencia de lo que se sospechaba, los cuerpos del cinturón de Kuiper capturados pudieron formar anillos primigenios (aparentemente solo aquellos objetos capturados en órbitas que no fueran retrógradas). Pero no debemos sacar conclusiones precipitadas. El modelo no demuestra que los anillos actuales sean los mismos que se formaron hace cuatro mil millones de años, sobre todo en el caso de Júpiter y Saturno.

Tampoco explica la diferencia entre los magníficos anillos de Saturno y los escuálidos anillos de Júpiter. Más concretamente, el modelo no arroja nada nuevo sobre la compleja estructura de los anillos de Saturno y las diferencias de composición entre sus diferentes partes. Por ejemplo, algunas partes del anillo B de Saturno son diez veces más oscuras que el anillo A, pero solo dos o tres veces más masivas. ¿Y por qué es esto importante? Porque cuanto menos masivos sean los anillos, más jóvenes deberían ser. Precisamente uno de los objetivos de la misión Grand Finale de Cassini será medir la masa de los anillos para poder determinar así su edad y origen. Recordemos que muchas teorías actuales predicen que los anillos podrían ser extremadamente jóvenes (menos de cien millones de años). En definitiva, estamos ante una teoría curiosa, pero que dista mucho de ser una explicación definitiva para dar cuenta de los distintos tipos de anillos en el sistema solar.

Otra vista de los anillos del sistema solar (NASA).
Otra vista de los anillos del sistema solar (NASA).

Referencias:



40 Comentarios

  1. Muy interesante la nota. Según la tercer hipótesis sobre objetos capturados. Es posible en tal situación que los anillos se formen fuera del plano ecuatorial del planeta? (digo, el plano que tiene como eje perpendicular al eje de rotación del planeta). Es ese el caso de algún anillo conocido?

  2. Muy interesante la nota. Tenia ganas de saber mas sobre anillos luego de escuchar Raio Skylab y lunas pastoras. Luego de que se estudie los anillos de saturno en el Gran Finale de Cassini, se podría determinar su edad pero…. Serán objetos asi de antiguos como mencionas en tu articulo? No cabe la posibilidad que los anillos sean de tiempos geologicos cortos como mencionaron el el programa? (que los dinosaurios no pudieron verlos por ejemplo…aunque solo la idea de un TRex ajustando el ocular de un telescopio me causa gracia). Felicidades Daniel. Como siempre excelentes tus articulos

  3. ¿Y cómo se explican los anillos del asteroide (10199) Chariklo, que posee dos? ¿Pueden proceder del mismo planeta por algún fenómeno como el vulcanismo?

  4. Ola, si, interesante artículo. Aunque el anillo más reciente va a ser el que se está formando en nuestro planeta con la basura espacial, ahí tenemos otro problema…

  5. Lo bueno de la hipótesis es que explica de forma sencilla y elegante las diferencias de composición de los 4 anillos del Sistema Solar. Si no he entendido mal, en el caso de Júpiter y Saturno sólo lograrían arrancar y capturar la capa más externa, compuesta sólo por agua. En Urano y Nepturno, al ser más densos, destruirían también el núcleo rocoso, por lo que los anillos serían más oscuros.

    Ahora «sólo» nos queda averiguar porqué Saturno tiene esos majestuosos anillos mientras que los otros 3 lucen anillos mucho más escuchimizados. Por otro lado Saturno merece, como bien comenta Daniel, un capítulo aparte, con anillos que podrían ser muy antiguos mezclados con otros más nuevos. O no… A ver si Cassini nos desvela sus secretos.

  6. Interesante artículo, sí señor. Me pregunto si los planetas gigantes de otros sistemas solares tendrán también su colección de anillos. Por lo visto en el nuestro, todo parece apuntar a que se trate de una estructura bastante común.

    Cambiando de tercio y metiendo el habitual off-topic, los indios parece que quieren batir un nuevo record de lanzamiento de satélites:

    INDIA LANZARÁ UN COHETE CON 83 SATÉLITES A BORDO
    De ellos 81 serán de otros países. El lanzamiento será en enero.

    La noticia le he visto hoy en:

    infoespacial.com/mundo/2016/11/07/noticia-india-pretende-poner-orbita-cohete-satelites-bordo.html

  7. Que maravilla de articulo.Y que impresionante es Saturno.Que majestuosidad.Los otros 3 tambien pero Saturno como dice Daniel es impresionante.Seguro que algún dia seguramente del siglo XXII el ser humano llegara hasta su órbita y lo contemplara.
    Volviendo a la epoca actual xD que pena que Urano y Neptuno tarden varias decadas en recibir sondas con orbitadores.Tecnologia ya la hay desde hace años pero como dijo Sagan el hombre prefiere destruir que construir.
    Si paso la voyager pero fue un paso fugaz.
    Casi sabemos mas de un Pluton bastante mas lejano que de Urano.
    Que genera el calor interno de Neptuno, porque el eje inclinado de Urano, como se formaron esos anillos?Fue Tritón un objeto capturado?
    Cuantas preguntas nos quedan en el tintero hasta como pronto unos 30 años siendo optimistas.Lastima que haya voluntad para montar guerras y esto que ni supone el 1% sea tan dificil de sacar adelante.Lo mas triste es que se dispone de tecnologia.

    1. Coincido en que va siendo hora de enviar de nuevo una o dos sondas a Neptuno y a Urano. De hecho, hasta me daría con un canto en los dientes que fueran de sobrevuelo. Así podríamos actualizar datos sobre esos mundos y sus satélites sin tener que esperar una década y no sería tan oneroso (a los políticos gastarse 5.000 millones de dólares en una sonda espacial les parece carísimo, pero tirar a la basura más de 65.000 millones en un avión de combate que apenas combate -el F22- y que por ser tan caro obligará a mantener en servicio a los vetustos F15 les parece estupendo…).

      Pero es lo que hay.

  8. Una pregunta: Sabemos que todos los planetas gigantes tienen anillos (mas o menos pequeños). Me pregunto por qué el Sol no los tiene, al menos no los tiene por dentro del límite de roche… Por cierto, dónde queda el límite de roche en el caso del Sol?

    1. Sin hacer cálculos y conociendo solamente por encima la teoría, el límite de roche depende, sobre todo, de la densidad de los cuerpos que están interactuando, creo que era algo así como, si el cuerpo más pequeño tiene una densidad como mínimo, dos veces mayor que la del grande, el límite de roche para el cuerpo grande, queda dentro de su propio radio. Si la densidad de los planetas rocosos es sobre 5gm/cm2, y el sol, creo que era 1gm y pico /cm2… ya son más del doble, por lo que quedaría dentro del sol.

        1. Yo también leí en la wiki, hace un par de años supongo, espero que mi memoria no hubiera fallado mucho ;).
          Aprovecho para corregir la errata, cm3 no cm2.

      1. Hilario, no importa que el sol no se defina como un planeta gigante. El asunto es que hay varios cuerpos que tienen anillos, y el Sol (uno de esos cuerpos) no los tiene. Eso seguramente se debe a una característica que tiene el sol y no los otros cuerpos (y esa característica no es que a unos cuerpos les llamemos «planetas gigantes» y al otro cuerpo le llamemos «estrella»).

        Por otro lado, los planetas no son ningún anillo del sol. Los anillos son muchos cuerpos pequeños que llenan casi toda la órbita al rededor.

        1. Por hacer de mosca cojonera, son unos anillos donde un elemento ha coalescido sobre los demás (es exactamente la definición de planeta). El tema es que claro, como en todo, no hay una definición precisa de «anillo» más allá de lo que apuntas: ristra de elementos que pueden ser o no invisibles. El cinturón de asteroides no es un anillo, pero tiene puntos en común (incluso las resonancias que crean discontinuidades orbitales), la nube de Oort menos aún, pero como siempre los límites son más arbitrarios (y antropo-sensoriales) de lo que nos gustaría.

        2. Por cierto hacía referencia implícita a algo que sigue estando en el.bestiario, los arcos de anillo. Existen varios en el sistema de Saturno, asociados a lunas (cubren unos 10°), y se cree que son escombros de impactos sobre las lunas.

    2. Como bien explica Daniel, depende de la rigidez (o plasticidad) del cuerpo, así que depende, pero por poner un límite, debe estar a unos 2,5 radios de la superficie, eso viene siendo no mucho más allá de millón y medio de km, la radiación (térmica y de todo tipo) que sufre cualquier objeto pequeño lo vaporiza en poco tiempo, cualesquer anillos quedarían volatilizados. Y es que aunque Júpiter emite más calor que el que recibe del Sol, si se le llama a veces (mal) estrella fallida es por algo. La temperatura de la corona solar es de un millón de K (virtualmente lo mismo que °C), es plasma así que es literalmente una medida de energía cinética, lo que te da idea de lo que pasaría con unos anillos.
      Ahora, una enana marrón podría tenerlos, aún más espectaculares que los de Saturno.

      1. Jajajaja. Jajajajaja. Pues sí, maldito Hilario, el troll de Hilario… jajajaja, ¿a cuento de que se mete con Stewie?

        Por cierto, que decía el troll?

        1. Yo no me metí con Stewie, sino que en el hilo de comentarios de Stewie se había colado un indeseable que se puso a insultar a un forero y yo puse otro pidiendo a Daniel que mirase lo que había puesto ese mastuerzo y que lo suprimiese. Lo hizo, pero se quedó mi aviso justo debajo de un comentario de Stewie. Por eso le pedí que lo borrara, para que no hubiera malentendidos.

          ¿Se entiende?

    3. Supongo también que la cantidad de energía emitida por el Sol tiene algo que ver -uno puede hasta preguntarse si existe algo que aguantara los miles de grados que debe de haber a esa cercanía-, además de otros factores como el viento solar, etcétera.

      1. Dependiendo de la densidad del cuerpo principal y el otro cuerpo… Si la densidad del cuerpo menor es mayor que la del cuerpo menor, probablemente no exista zona límite en su zona donde la fuerza de marea afecte al cuerpo pequeño.

        No me imagino yo a un trozo de asteroide de 10, 100 o 1000 metros, bueno, del tamaño que sea, hecho únicamente de Iridio, por ejemplo, haciéndose trozos por pasar cerca de cualquier otro cuerpo del sistema solar…

  9. Sobre Saturno, hay estudios basados en los datos de Cassini que muestran que sus anillos podrían ser tan viejos como el Sistema Solar, «reciclándose» de modo continuo. No sé como entraría en esto y si ese planeta juega por eso en una línea aparte.

  10. La formación en Neptuno y Urano debió ser parecida; pero distinta de la de Saturno y Júpiter.
    ¿Y si Júpiter tenía unos anillos como los de Saturno pero, con el paso de los Ma, se han dido desaciendo?.

  11. Bueno, de nuevo vengo a poner un poco de cordura sobre lo dicho. Empecemos:

    El límite de Roche carece de sentido cuando Phobos orbita a Marte a una altitud semejante al Monte Everest, con una densidad de 1,8 gr/cm3 y ni siquiera a esa distancia se ha disuelto como un azucarillo, algo falla.

    Sigamos con el Sol y el primero de los planetas Mercurio. Resulta que a esa distancia y a pesar del enorme núcleo denso y metálico que tiene, la estrella madre ni siquiera ha conseguido sincronizar su rotación ecuatorial 1/1, a pesar de haber sido objeto de multiples colisiones en el pasado que la dejaron apenas sin manto. Me lo expliquen, y de paso averiguar cómo es posible que un planeta tan cercano al Sol tenga tantos elementos pesados hasta el punto de tener una densidad como la Tierra, campo magnético incluído…. que ésa es otra.

    ¿Roche? ¿Dónde estás?

    Sobre los anillos me pregunto: ¿Tan difícil es entender que la resonancia orbital es la clave? Supongo que todos sabemos por qué, y qué objetos producen la división de Cassini en el caso de Saturno, con apenas una densidad de 0.7 gr/cm3.

    En mi opinión no se ha demostrado la teoría del efecto marea que por sí sola destroce un astro del tamaño de Plutón (eso dicen) tanto en el caso de las lunas de los gigantes gaseosos, como en la existencia del cinturón de asteroides, que por cierto, si la versión de Niza fuera cierta, y Júpiter llegó a posicionarse a la altura de Marte ¿Qué pinta el el cinturón ahi? ¿No se lo hubiese comido Júpiter con patatas? No cuadra.

    Se supone que nuestra enclenque Luna se formó a unos 60-70 mil kilómetros de distancia después de un choque con un planeta del tamaño de Marte y bla bla… eso dicen las teorías actuales. Y de nuevo se entra en contradicciones. La densidad de los objetos, el problema de los 3 cuerpos, mareas que a veces cumplen su cometido y otras veces no lo hacen, resonancias orbitales… en un largo etc que nos demuestra lo poco que sabemos.

    Pero tranquilos, que el hombre pisará Marte en 20 años… jajjajaja…. otra vez.

    Salu2 terrícolas

    1. Fobos orbita a Marte a una altura promedio de 6.000 km. Como reto alpinista viene siendo unos 1.000 Everestes (hay que descontar la base). Está bastante por encima de su límite de Roche, al que sí acabará llegando en el futuro (su órbita decae), en ese momento se desintegrará y Marte tendrá un anillo churroso porque Fobos no da para mucho. Dicho sea de paso, el L1 de Marte-Fobos está a 2 km de la superficie de Fobos.
      El cometa Shoemaker-Levy que impactó contra Júpiter se desintegró y en buena miríada de pedazos al cruzar el límite de Roche (de Júpiter). Por supuesto, cuanto más grande, más vistoso. Los efectos de marea y el límite de Roche son la misma cosa, para un cuerpo en órbita, tenga el tamaño que tenga, significa que parte de él se mueve a una velocidad diferente de otras partes, esto pasa a cualquier altitud dado que cada órbita (idealmente lineal) tiene su velocidad orbital, si las diferencias son mayores que las fuerzas de cohesión del cuerpo que le puedan permitir dispersar estas tensiones, entonces cada pedazo orbitará a su velocidad y la integridad de éste habrá pasado a ser una desintegridad.

      1. Stewie, debo reconocer que no me gusta la mayoría de tus comentarios (demasiado politiqueo) pero este me ha encantado, ha resultado muy didáctico.

  12. Agradecer además de a Daniel, a todos los comentaristas y en especial a Stewie por la calidad y cantidad de sus comentarios.
    Para mi la visión geopolítica que nos trae Stewie es de lo más interesante del blog y su puesta en cuestión de SpaceX y las políticas norteamericanas, más de lo mismo ( y lo digo como semifanboy de SpaceX), analizar la emergencia de China como Superpotencia y su modus operandi creo que nos afecta a todos. Sin política, sin potencias y sin interacciones entre estas, no veo carrera espacial posible.

    Saludos 🙂

    1. «Y Dios creó los anillos de los planetas gigantes gaseosos, a la imagen y semejanza de su hula-hoop, para que estos no estuviesen solos tan lejos de la luz. Y vio Dios que era bueno.

      Y fue la tarde y la mañana del octavo»

      -Génesis 1, La Creación.

      Me he tomado la molestia de citar la Biblia para argumentar el comentario de Tobias Maikel que tan acertadamente afirma que no se puede negar la verdad eterna.

Deja un comentario

Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 7 noviembre, 2016
Categoría(s): ✓ Astronomía • Sistema Solar