Formación y evolución del sistema solar | describe cómo empezó el Sistema Solar y cómo cambió
La formación y evolución del Sistema Solar describe cómo empezó el Sistema Solar y cómo cambió.
Hace unos 4.600 millones de años, había una gran nube de gas cerca de nuestra zona del espacio. Todas las cosas con masa se unen, o gravitan unas hacia otras. Esto atrajo todo el gas hacia el centro. Finalmente, la presión en el centro elevó la temperatura de modo que los átomos de hidrógeno se fusionaron para formar helio. Esto dio lugar a la estrella que conocemos como el Sol.
El proceso por el que se crean los sistemas solares se denomina teoría nebular. Sin embargo, el origen de los planetas no es el mismo que el del Sol. No sólo el Sol es mucho más grande, sino que su composición es muy diferente a la de los planetas.
El giro de los planetas alrededor del Sol, y de cada uno de ellos alrededor de su propio eje, fue causado en primer lugar porque la nube de gas original tenía una densidad diferente en distintos lugares. El giro aumentó debido a la contracción por la gravedad (conservación de la energía). También lo hizo la forma plana del sistema solar. Al continuar el colapso, la conservación del momento angular hizo que la rotación se acelerara. Esto impide en gran medida que el gas se adhiera directamente al núcleo central. El gas se ve obligado a extenderse hacia el exterior cerca de su plano ecuatorial, formando un disco, que a su vez se pega al núcleo.
La gravedad hizo que los átomos del Sol se acercaran unos a otros. Toda esta energía acabó convirtiendo a nuestro Sol en una estrella. Obtiene su energía de la transformación de su hidrógeno en helio. Ese proceso aún está en sus primeras etapas.
Debido a la enorme masa del Sol (99,86% de toda la masa del Sistema Solar), tiene una gravedad muy fuerte. La fuerza centrífuga de los planetas que giran alrededor del Sol equilibra la atracción gravitatoria de éste. La enorme densidad en su núcleo provoca una reacción de fusión que convierte el hidrógeno en helio con la radiación de calor, luz y otras formas de radiación electromagnética.
La roca y el polvo forman los planetas terrestres, sus lunas, los asteroides y todos los demás objetos del Sistema Solar. Los planetas gigantes gaseosos también tienen centros rocosos o metálicos. Esto se sabe gracias a la recopilación de datos por parte de los satélites. Este material rocoso no puede proceder del Sol, ya que éste es todo hidrógeno más algo de helio.
La siguiente cuestión es: si el Sol convierte el hidrógeno en helio, ¿de dónde proceden todos los demás elementos? Sólo hay una respuesta posible: estos elementos superiores proceden de generaciones anteriores de estrellas. Enormes supernovas que explotaron hace miles de millones de años en la vecindad del joven Sistema Solar produjeron los elementos superiores. Las estrellas enormes recorren su ciclo vital mucho más rápido que las estrellas más pequeñas. Esto se debe a las presiones y temperaturas aún más elevadas en su interior en comparación con una estrella media de la secuencia principal como el Sol.
Una idea artística de la nebulosa que dio origen al Sistema Solar
Historia de la idea
La hipótesis nebular, como se denominó, se elaboró por primera vez en el siglo XVIII. Tres hombres trabajaron en ella:
- Emanuel Swedenborg (1688-1772)
- Immanuel Kant (1724-1804)
- Pierre-Simon Laplace (1749-1827)
Swedenborg tuvo primero la idea, y Kant la elaboró hasta convertirla en una teoría propiamente dicha. En 1755, Kant publicó su Historia natural universal y teoría de los cielos (en alemán, por supuesto). Sostuvo que las nubes gaseosas, las nebulosas, giran lentamente, se colapsan y se aplanan gradualmente debido a la gravedad. Con el tiempo forman estrellas y planetas.
Mientras tanto, un modelo similar fue desarrollado independientemente y propuesto en 1796 por Laplace. en su Exposition du systeme du monde. Pensaba que el Sol tenía originalmente una atmósfera caliente extendida por todo el volumen del Sistema Solar. Su teoría contaba con una nebulosa protosolar que se contraía y enfriaba. A medida que ésta se enfriaba y contraía, se aplanaba y giraba más rápidamente, arrojando (o desprendiendo) una serie de anillos gaseosos de material; y según él, los planetas se condensaban a partir de este material. Su modelo era similar al de Kant, sólo que más detallado y a menor escala. Por desgracia, la versión de Laplace presentaba un problema. El principal problema era la distribución del momento angular entre el Sol y los planetas. Los planetas tienen el 99% del momento angular, y este hecho no podía ser explicado por el modelo nebular. Pasó mucho tiempo antes de que se entendiera esto.
El nacimiento de la moderna y ampliamente aceptada teoría de la formación planetaria -el modelo del disco nebular solar (SNDM)- se debe al astrónomo soviético Victor Safronov. Su libro Evolución de la nube protoplanetaria y formación de la Tierra y los planetas, traducido al inglés en 1972, tuvo un gran efecto. En este libro se formularon casi todos los problemas principales del proceso de formación planetaria y se resolvieron algunos de ellos. Las ideas de Safronov se desarrollaron aún más. Todavía quedan bastantes aspectos del Sistema Solar por explicar.
Aunque en un principio sólo se aplicaba a nuestro propio Sistema Solar, ahora se cree que el SNDM es la forma habitual de formación de estrellas en todo el universo. Hasta agosto de 2017, se han descubierto más de 3000 planetas extrasolares en nuestra galaxia.
Los meteoritos como pistas sobre las fechas
La hipótesis nebular dice que el Sistema Solar se formó a partir del colapso gravitatorio de un fragmento de una nube molecular gigante. La nube tenía unos 20 pársecs (65 años luz) de diámetro, mientras que los fragmentos tenían aproximadamente 1 pársec (tres y un cuarto de años luz).
Debido a la conservación del momento angular, la nebulosa giraba más rápido a medida que se colapsaba. A medida que el material de la nebulosa se condensaba, los átomos de su interior comenzaron a chocar con una frecuencia cada vez mayor, convirtiendo su energía cinética en calor. El centro, donde se acumulaba la mayor parte de la masa, se volvió cada vez más caliente que el disco circundante. A lo largo de unos 100.000 años, se formó en el centro una protoestrella caliente y densa.
Las inclusiones más antiguas encontradas en los meteoritos pueden ser el primer material sólido que se formó en la nebulosa presolar. Tienen una antigüedad de 4568,2 millones de años. Esta es una definición de la edad del Sistema Solar.
Imagen del Hubble de los discos protoplanetarios en la nebulosa de Orión, una "guardería estelar" de años luz, probablemente muy similar a la nebulosa primordial de la que se formó el Sol
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la teoría nebular?
R: La teoría nebular es un proceso por el que se crean los sistemas solares. Explica cómo una gran nube de gas en una zona del espacio puede ser atraída por la gravedad, formando finalmente una estrella como el Sol y los planetas.
P: ¿Cómo obtiene el Sol su energía?
R: El Sol obtiene su energía al transformar el hidrógeno en helio mediante una reacción de fusión en su núcleo, liberando calor, luz y otras formas de radiación electromagnética.
P: ¿Qué hace que los planetas giren alrededor de su propio eje?
R: La nube de gas original tenía diferentes densidades en distintos lugares, lo que hacía que girara alrededor del Sol y del propio eje de cada planeta. Este giro se incrementó debido a la contracción por la gravedad (conservación de la energía) y a la conservación del momento angular.
P: ¿De dónde proceden todos los elementos que componen los planetas terrestres, las lunas, los asteroides, etc.?
R: Todos los elementos, salvo el hidrógeno y el helio, proceden de generaciones anteriores de estrellas que explotaron hace miles de millones de años cerca de nuestro joven Sistema Solar; estas enormes supernovas produjeron elementos superiores.
P: ¿Por qué las estrellas enormes recorren su ciclo vital mucho más rápido que las estrellas más pequeñas?
R: Las estrellas enormes tienen presiones y temperaturas aún más altas en su interior en comparación con una estrella media de la secuencia principal como el Sol - esto hace que recorran su ciclo vital mucho más rápido que las estrellas más pequeñas.
P: ¿Qué causó la formación de nuestro Sistema Solar hace unos 4.600 millones de años?
R: Hace unos 4.600 millones de años había una gran nube de gas cerca de nuestra zona del espacio - todas las cosas con masa gravitan unas hacia otras, así que esto atrajo todo el gas hacia el centro hasta que alcanzó la presión suficiente para que los átomos de hidrógeno se fusionaran en helio, dando comienzo a nuestra estrella que conocemos como Sol.
