La luna y sus manchas oscuras. Crédito de la imagen: NASA. Click para agrandar.
La gente de todas las culturas ha estado fascinada por los oscuros "puntos" en la Luna, que parecen componer la figura de un conejo, ranas o la cara de un payaso. Con las misiones Apollo, los científicos descubrieron que estas características son en realidad enormes cuencas de impacto que se inundaron con lava ahora solidificada. Una sorpresa fue que estas cuencas se formaron relativamente tarde en la historia del sistema solar temprano, aproximadamente 700 millones de años después de la formación de la Tierra y la Luna. Muchos científicos ahora creen que estas cuencas de impacto lunar dan testimonio de un gran aumento en la tasa de bombardeo de los planetas, llamado bombardeo pesado tardío (LHB). Sin embargo, la causa de un bombardeo tan intenso es considerado por muchos como uno de los misterios mejor conservados de la historia del sistema solar.
En una serie de tres artículos publicados en el número de esta semana de la revista Nature, un equipo internacional de científicos planetarios, Rodney Gomes (Observatorio Nacional de Brasil), Harold Levison (Southwest Research Institute, Estados Unidos), Alessandro Morbidelli (Observatoire de la C ? te d'Azur, Francia) y Kleomenis Tsiganis (OCA y Universidad de Thessaloniki, Grecia), reunidos por un programa de visitantes organizado en el Observatorio de la Costa Azul en Niza, propusieron un modelo que no solo resuelve naturalmente El misterio del origen del LHB, pero también explica muchas de las características observadas del sistema planetario exterior.
Este nuevo modelo prevé que los cuatro planetas gigantes, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, se formaron en una configuración orbital muy compacta, que estaba rodeada por un disco de pequeños objetos hechos de hielo y roca (conocidos como "planetesimales"). Las simulaciones numéricas del equipo de Niza muestran que algunos de estos planetesimales se filtraron lentamente del disco debido a los efectos gravitacionales de los planetas. Los planetas dispersaron estos objetos más pequeños por todo el sistema solar, a veces hacia afuera y otras hacia adentro.
"Como Isaac Newton nos enseñó, para cada acción hay una reacción igual y opuesta", dice Tsiganis. “Si un planeta arroja un planetesimal fuera del sistema solar, el planeta se mueve hacia el Sol, solo un poquito, en compensación. Si, por otro lado, el planeta dispersa el planetesimal hacia adentro, el planeta salta un poco más lejos del Sol ".
Las simulaciones numéricas muestran que, en promedio, Júpiter se movió hacia adentro mientras que los otros planetas gigantes se movieron hacia afuera.
Inicialmente, este fue un proceso muy lento, que tomó millones de años para que los planetas se movieran una pequeña cantidad. Luego, según este nuevo modelo, después de 700 millones de años, la situación cambió repentinamente. En ese momento, Saturno migró a través del punto donde su período orbital era exactamente el doble que el de Júpiter. Esta configuración orbital especial hizo que las órbitas de Júpiter y Saturno se volvieran repentinamente más elípticas.
"Esto hizo que las órbitas de Urano y Neptuno se volvieran locas", dice Gomes. "Sus órbitas se volvieron muy excéntricas y comenzaron a dispersarse gravitacionalmente entre sí, y también Saturno".
El equipo de Niza argumenta que esta evolución de las órbitas de Urano y Neptuno causó el LHB en la Luna. Sus simulaciones por computadora muestran que estos planetas penetraron muy rápidamente en el disco planetesimal, dispersando objetos por todo el sistema planetario. Muchos de estos objetos ingresaron al sistema solar interno donde salpicaron la Tierra y la Luna con impactos. Además, todo el proceso desestabilizó las órbitas de los asteroides, lo que también habría contribuido al LHB. Finalmente, los efectos gravitacionales del disco planetesimal causaron que Urano y Neptuno evolucionaran hacia sus órbitas actuales.
"Es muy convincente", dice Levison. “Hemos realizado varias docenas de simulaciones de este proceso, y estadísticamente los planetas terminaron en órbitas muy similares a las que vemos, con las separaciones, excentricidades e inclinaciones correctas. Entonces, además del LHB, también podemos explicar las órbitas de los planetas gigantes. Ningún otro modelo ha logrado algo así antes ".
Sin embargo, había un obstáculo más que superar. El sistema solar actualmente contiene una población de asteroides que siguen esencialmente la misma órbita que Júpiter, pero conducen o arrastran a ese planeta por una distancia angular de aproximadamente 60 grados. Las simulaciones por computadora muestran que estos cuerpos, conocidos como los "asteroides troyanos", se habrían perdido al cambiar las órbitas de los planetas gigantes.
"Nos sentamos por meses preocupándonos por este problema, que parecía invalidar nuestro modelo", dice Morbidelli, "hasta que nos dimos cuenta de que si un pájaro puede escapar de una jaula abierta, otro puede venir y anidar en él".
El equipo de Niza descubrió que algunos de los objetos que estaban impulsando la evolución planetaria, y que causaron el LHB, también habrían sido capturados en órbitas de asteroides troyanos. En las simulaciones, los troyanos atrapados resultaron reproducir la distribución orbital de los troyanos observados, que hasta ahora no se había explicado. La masa total pronosticada de los objetos atrapados también fue consistente con la población observada.
Tomado en total, el nuevo modelo del equipo de Niza explica naturalmente las órbitas de los planetas gigantes, los asteroides troyanos y el LHB con una precisión sin precedentes. "Nuestro modelo explica tantas cosas que creemos que debe ser básicamente correcto", dice Mordibelli. "La estructura del sistema solar exterior muestra que los planetas probablemente sufrieron una sacudida mucho después de que terminó el proceso de formación del planeta".
Fuente original: Comunicado de prensa de SWRI
