¿Puede Marte chocar contra la Tierra?

Por Daniel Marín, el 3 enero, 2013. Categoría(s): Astronomía • Sistema Solar • sondasesp ✎ 29

Una de las características de nuestro Sistema Solar es su estabilidad. Con la excepción de Mercurio, los ocho planetas se mueven en órbitas casi circulares (esto es, su excentricidad es muy baja). Y así ha sido desde hace miles de millones de años, lo que en buena parte explica que puedas leer estas líneas. Pero cualquiera que tenga algún conocimiento sobre mecánica celeste sabe perfectamente que la estabilidad de un sistema planetario es algo engañoso. Calcular las interacciones gravitatorias mutuas entre los cuerpos del Sistema Solar es una tarea hercúlea a pesar de su aparente simplicidad.

Marte chocando con la Tierra. Poco probable, pero quién sabe.

Ya en el siglo XVIII Isaac Newton se planteó las primeras dudas sobre la estabilidad del Sistema Solar a largo plazo. Por entonces, el descubrimiento de que los cometas poseen una órbita muy elíptica que intersecta las otras órbitas planetarias provocó preocupación entre los astrónomos por las posibles influencias gravitatorias de estos cuerpos en el resto de planetas. Por supuesto, hoy sabemos que la masa de los cometas es despreciable comparada con la del resto de planetas y que no suponen ningún peligro para la estabilidad planetaria, pero en el siglo XVIII este hecho no parecía tan evidente. Genios de la talla de Pierre Le Monnier, Jérôme Lalande o Leonhard Euler fueron incapaces de asegurar que las órbitas de los planetas del Sistema Solar iban a permanecer inmutables en el futuro. Para tranquilidad de todos, Joseph-Louis Lagrange y Pierre-Simon Laplace demostraron la estabilidad de las órbitas de los planetas de acuerdo con la ley de la gravitación de Newton allá por 1800.

Laplace y Lagrange nos presentaron un Sistema Solar tranquilo, pero siempre de acuerdo con un modelo matemático simplificado. A mediados del siglo XIX Urbain Le Verrier -el codescubridor de Neptuno- se dio cuenta de que la estabilidad de las órbitas podía ser efímera, ya que no era extrapolable a un periodo indefinido de tiempo. Pero sería Henri Poincaré quien a finales del siglo XIX dio la puntilla a la supuesta inmutabilidad del Sistema Solar, cuando demostró que no es posible integrar las ecuaciones del movimiento de tres cuerpos celestes sometidos a una interacción gravitatoria mutua. En otras palabras, no se puede encontrar una solución analítica para el movimiento planetario. Solamente se puede confiar en aproximaciones más o menos precisas. La mecánica celeste, el ejemplo más evidente de la precisión y poder de predicción de la ciencia se había convertido en el siglo XX en una materia caótica, nunca mejor dicho. En los años 50 el gran genio matemático Andréi Kolmogórov estudió en detalle los métodos de análisis para sondear la estabilidad del Sistema Solar y llegó a la conclusión de que, a pesar de todo, las órbitas planetarias sí que parecían ser estables, al menos durante la vida del Sol.

Con la aparición de los ordenadores los astrónomos pudieron usar métodos numéricos para resolver las complejas ecuaciones planetarias, pero estas simulaciones han estado limitadas por la tecnología informática. El principal problema estriba en que para calcular una órbita mediante métodos numéricos es necesario tener en cuenta el periodo del planeta en cuestión. Cuanto más rápido se mueva el planeta en su órbita, más corto deberá ser el intervalo mínimo temporal introducido en la simulación. Y cuanto más corto sea este intervalo, más tiempo de cálculo (y potencia) se necesita para viajar hacia atrás o hacia delante en el tiempo. Esto no es un inconveniente para los planetas exteriores, pero sí lo es si queremos incluir a Mercurio en los cálculos, ya que es el planeta más cercano al Sol y, por lo tanto, el que más rápido se mueve en su órbita. Por si fuera poco, para el caso de Mercurio es necesario tener en cuenta los efectos de la Relatividad General de Einstein si queremos modelar con precisión el comportamiento de su órbita.

Esto explica que hasta 1991 el modelo más realista del Sistema Solar, la integración numérica DE102 del JPL de la NASA, apenas cubriese un intervalo temporal de 44 siglos. Gracias a los avances en materia de ordenadores, en 1991 apareció un modelo numérico del Sistema Solar que tenía en cuenta la Relatividad General y las perturbaciones de la Luna y que era capaz de remontarse en el tiempo tres millones de años. No obstante, este modelo y otros posteriores más avanzados siguen estando limitados por la potencia de cálculo y por el caos intrínseco a las órbitas del Sistema Solar, de tal modo que es prácticamente imposible predecir el movimiento planetario para intervalos de tiempo superiores a los cien millones de años, aunque sí podemos calcular probabilidades.

Dentro de este margen de cien millones de años, el Sistema Solar es ciertamente estable. Las excentricidades de las órbitas de Venus y la Tierra apenas cambian durante este periodo, pero sí la de Marte, que puede alcanzar una excentricidad de 0,2 (en la actualidad, la Tierra tiene una excentricidad orbital de 0,012), y la de Mercurio, capaz de llegar a 0,5. Si extrapolamos estos modelos a periodos de tiempo aún mayores, de repente las cosas cambian. Y vaya si cambian. En menos de 3500 millones de años, es probable que la órbita de Mercurio adquiera una excentricidad de 0,9, suficiente para permitir una colisión con Venus. Por otro lado, las órbitas de el resto de planetas del Sistema Solar interior permanecerían más o menos igual. Mientras no viajemos a Venus, podemos pasar el resto de la vida del Sol en la Tierra sin miedo a que otro planeta choque contra el nuestro.

Variaciones de la excentricidad de las órbitas de la Tierra (arriba) y Marte en seis millones de años (J. Laskar).

Pero, como hemos visto, estos resultados se basaban en modelos relativamente toscos. En 2009 el equipo del astrónomo francés Jacques Laskar introdujo un nuevo modelo más preciso que es capaz de predecir el comportamiento orbital de los próximos cinco mil millones de años, más o menos lo que le queda de vida al Sistema Solar antes de que el Sol se transforme en una estrella gigante roja. Tras seis meses de tiempo de cálculo usando el superordenador francés JADE se pudo comprobar que la probabilidad de que Mercurio alcance una excentricidad muy alta (superior a 0,6) y que pueda chocar con Venus o con el Sol en cinco mil millones de años es de un 1%.

Variaciones de la excentricidad de los planetas del Sistema Solar en un periodo de varios miles de millones de años (J. Laskar).

Pero si una colisión entre Mercurio y Venus no te parece lo suficientemente dramática, tranquilo, porque existe un 0,1% de probabilidades de que Marte sea expulsado del Sistema Solar en los próximos cinco mil millones de años. ¿Que sigue sin parecerte nada impresionante? Pues atención porque también existe un 1,2% de probabilidades de que Marte choque con la Tierra. Y no solo Marte. Si hablamos de Venus, la probabilidad de un choque contra nuestro planeta es de un 0,7%. Esto ya es otra cosa. Sin duda, son probabilidades muy bajas, sí, pero no infinitesimales. Curiosamente, si no tuviésemos en cuenta la Relatividad General, la probabilidad de colisiones entre planetas del Sistema Solar interno subiría hasta el 40% (por culpa de Mercurio).

A la espera de que la creciente capacidad computacional de los ordenadores actuales nos obsequie con predicciones más precisas, un 1% de probabilidades es una cifra que no se debe despreciar. Ni que decir tiene, estos cálculos no van a afectar la forma de vida del común de los mortales, pero son interesantes porque permiten comparar la evolución de nuestro Sistema Solar con otros sistemas planetarios recientemente descubiertos. Hace unos años pensábamos que nuestro sistema debía ser la norma en la Galaxia, pero ahora hemos descubierto decenas de sistemas ‘anómalos’ que no deberían estar ahí, con planetas en órbitas altamente excéntricas o gigantes gaseosos situados a poca distancia de sus estrellas. Averiguando la verdadera la estabilidad orbital del Sistema Solar a largo plazo podremos saber hasta qué punto vivimos en un rincón único del Universo.

Esta es una contribución de Eureka al XXXVIII Carnaval de la Física, que en esta ocasión organiza un servidor.

Referencias:



29 Comentarios

  1. Excelente artículo, Daniel. Enhorabuena.

    Una duda: ¿realmente afecta «tanto» la Relatividad General directamente a la órbita de los planetas internos? Para Mercurio se sabe que mucho, pero tenía la idea de que era despreciable para los otros tres.

    Un saludo y gracias por elegir un tema tan interesante (al menos, para algunos 😉

    1. Imagino que el problema es que es despreciable para un periodo corto de tiempo, pero cuando son millones y millones de años este efecto despreciable se va acumulando, hasta que se hace perceptible

  2. Saludos Daniel.
    Excelente artículo. Mientras lo leía, recordé la polémica causada por la teoría del Mundo Anillo (Ringworld) de Larry Niven, el cual, el autor postula un mundo anillo circular, giratorio al sol y estable. Pero científicos insisten en que el mundo anillo es inestable, la excentricidad y las diferentes velocidades que estarían sometidas en cada sector del anillo, terminaran por colapsar la estructura circular del anillo.

  3. Muy interesante el artículo, como siempre, Daniel.

    Tengo una pregunta que seguramente nadie sería capaz de responderme actualmente pero me intriga y te la lanzo: Con los cambios gravitatorios y solares que se producirán en varios miles de millones de años, ¿sabes si hay algún estudio o si se ha calculado medianamente (y seriamente) cuándo dejaría la tierra de ser un planeta habitable para lo que somos hoy como especie? … Eso si no nos la cargamos antes, claro.

    un saludo y gracias nuevamente.

    1. Habia un post de Danile que hablaba de eso, creo que cuando el sol esté por terminar su face primaria, chau tierra, mal que nos pese.

    2. Por lo que he leído en unos 500 millones de años la Tierra será no habitable. Hay muchos factores. Desde el enfriamiento del núcleo que detendría la tectónica de placas o suprimiría el campo magnético, hasta la edad máxima calculada para una especie (se calcula que ninguna supera los 800 millones de años) o incluso de una civilización. Personalmente creo que el hombre se desftruirá a sí mismo. Suena estúpido, pero es que somos estúpidos. No nos importa crear un efecto invernadero que nos hará la vida imposible. Y para justificarlo «compramos» cuota de contaminación a los paiíses menos desarrollados.
      En fin, no te preocupes demasiado. Al fin y al cabo tras eones no habrá ningún planeta habitable en el Universo. Todo se destrruirá en una implosión o se congelará en un Universo tan grande y vacío que hasta sería difícil encontrar un fotón.

  4. Jaja tomate algo majo, cualquiera que sabe «mecánica celeste» te dira que los planetas repelen como los imanes que tienen la misma polaridad.

  5. A mí me parece que subestimamos un poco la capacidad de cálculo y la evolución de los ordenadores. Si, como comentas, en 1991 apenas se podían predecir 44 siglos, y hoy día ya vamos por 300 millones de años, eso es 68.000 veces más potencia de cálculo en apenas 20 años. Haciendo un cálculo patatero, si le echamos 20 años más de progreso computacional esos 300 millones se habrán convertido en 2*10^13 años, que creo que ya son más que suficientes. De hecho, a ese ritmo probablemente lo que hoy se hace con los mejores supercomputadores del mundo, dentro de 5-10 años lo hará un plugin flash incrustado en cualquier blog (como este) :-).

    Cosas así ya han pasado. Por ejemplo, pasó algo así con la secuenciación del genoma humano, que hasta hace unos años era un proyecto hercúleo, en el que colaboraban docenas de países con perspectivas de décadas. Hace unos meses vi que, gracias a los avances informáticos y de secuenciación de ADN, hoy día se puede secuenciar el ADN de una persona en un par de días, con un coste de unos 1.000 euros. Y seguramente dentro de 10 años lo hará nuestro médico de cabecera cada vez que vayamos a la consulta.

  6. Disculpen mi ignorancia, probablemente mi pregunta sea estúpida… ¿Una colisión entre Venus y Mercurio no sería un riesgo para la tierra?

    Saludos y gracias, maravilloso blog…De lo mejorcito

    1. No tiene nada de estúpida ;). Probablemente se generaría un gran campo de escombros, y por carambolas gravitatorias no me extrañaría que algún cuerpo de vez en cuando cruzase la órbita terrestre, al igual que pasa actualmente con el cinturón de asteroides

  7. Este tipo de temas hasta cuesta mucho encontrarlas en revistas especializadas, creo sinceramente que muchos no somos conscientes de la enorme labor que hace diariamente este profesional, gracias una vez más Daniel. Por cierto sin muchos datos precisos en las manos no se puede categorizar pero parece almenos por los sistemas planetarios descubiertos hasta ahora que nuestro sistema solar es como un oasis en medio del desierto y la Tierra como el agua que hay dentro de el.

  8. Interesantisimo aporte. No recuerdo pelicula alguna en la cual se muestre el rozamiento de dos planetas, sin que lleguen a tocarse. Seria algo monumental, que Marte pase «raspando» a la Tierra. (digamos, con una separacion de unos 10 km entre las superficies de ambos planetas).

  9. Empezando el año y este monstruo de artìculo, que da que pensar para rato, se mantiene uno muy entretenido, es como si lo hubiera visto en una pelìcula, hasta te puedo decir Daniel que escribì una novela de ciencia ficciòn que trata el tema, pero desde otra perspectiva, se llama ªUn milisegundoª, puedes pinchar en Google a Carlos Reyes, en La Comunidad. Gracias.

    1. Como molan los 2 artículos! supongo q todos los cálculos a realizar para q una sonda entre en órbita de un planeta, luna u otro cuerpo como la sonda deep impact serán gigantescos

      Saludos

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Por Daniel Marín, publicado el 3 enero, 2013
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