¿Si la Tierra tuviera anillos?

Gran pregunta.

Si la Tierra tuviera anillos, y hubieran estado allí tanto tiempo como la luna, probablemente se alinearían paralelos al ecuador de la Tierra y serían visibles en el cielo desde una orientación este a oeste.

Entonces, ¿cómo adquiriría la Tierra un anillo? Nuestra luna, en realidad, se está alejando lentamente de la Tierra, pero si se estuviera moviendo hacia adentro, eventualmente se rompería debido a las fuerzas gravitatorias diferenciales entre el lado más cercano a nosotros y el lado lejano, a 3000 km de distancia. Obviamente, una gran parte de la luna bombardeará la Tierra, pero esta respuesta asume que sobrevivimos.

Por lo general, el límite de Roche Limit se aplica a la desintegración de un satélite debido a las fuerzas de marea inducidas por su principal, el cuerpo alrededor del cual orbita. Las partes del satélite que están más cerca del primario son atraídas más fuertemente por la gravedad del primario que las partes que están más alejadas; esta disparidad efectivamente separa las partes cercanas y lejanas del satélite, y si la disparidad (combinada con cualquier efecto centrífugo debido al giro del objeto) es mayor que la fuerza de gravedad que mantiene unido al satélite, puede atraer al satélite. aparte.

Vista del anillo desde Washington.

Dado que, dentro del límite de Roche, las fuerzas de marea superan a las fuerzas gravitatorias que de otro modo podrían mantener unido al satélite, ningún satélite puede fusionarse gravitacionalmente a partir de partículas más pequeñas dentro de ese límite. De hecho, casi todos los anillos planetarios conocidos están ubicados dentro de su límite de Roche, siendo el anillo E de Saturno y el anillo de Phoebe excepciones notables. Podrían ser restos del disco de acreción protoplanetario del planeta que no logró fusionarse en lunas o, por el contrario, haberse formado cuando una luna pasó dentro de su límite de Roche y se rompió.

El límite de Roche se puede ver como una "frontera" imaginaria con forma de Tierra, a una distancia media de 9.492 km del centro de la Tierra, 1,49 veces el radio de la Tierra, para cuerpos rígidos. Entonces, alrededor del ecuador, se "mueve" un poco hacia afuera. Sigue la forma esferoide achatada de la Tierra. 

La Tierra pudo haber tenido un anillo justo después de su formación. La vista de estos anillos desde la Tierra variaría. Todo dependería de su latitud y en qué dirección estuviera mirando. Cerca del ecuador, el anillo sería como finas rebanadas de luz que surgieron de los lejanos horizontes de la Tierra y se extendieron hacia el cielo hasta donde alcanzaba la vista.

Gracias a Emilio Pisanty por señalar correctamente que la representación de los anillos de latitudes medias y altas no es del todo exacta. El plano del suelo no es ortogonal al plano de los anillos, por lo que aparecerían en ángulo. Todo lo que puedo hacer es pedir cierta libertad personal en la presentación de este escenario de "qué pasaría si".

Las imágenes asumen que el anillo alrededor de la Tierra estaría en la misma proporción que el anillo alrededor de Saturno con respecto a ese planeta.

Vista del anillo desde el ecuador.

¿Por qué se forma el anillo alrededor del ecuador en lugar de otro eje ? Se debe al efecto de la Ley de Fuerza Central , la misma razón básica por la que los planetas están situados en un plano alrededor del Sol. El Sol es esférico, por lo que objetos como Plutón pueden "salirse con la suya" con 8 grados fuera de línea. Si la Tierra y Saturno fueran esferas perfectas, entonces el eje del anillo podría estar en cualquier ángulo. Debido a que ambos planetas son esferoides achatados, con un abultamiento de marea, con el tiempo las partículas que componen el anillo se acumularían allí. Los anillos de Saturno tienen un espesor local estimado de tan solo 10 metros y hasta 1 kilómetro, por lo que son extremadamente "delgados".  

Vista de los anillos de las latitudes medias.

Vista de los anillos a 23° de latitud sur, un panorama de 180° da una idea de lo magnífica que sería la vista de los anillos. La Tierra misma está proyectando la sombra.

Fuente de la imagen: Si la Tierra tuviera un anillo como Saturno

Sí, los anillos finalmente terminarían flotando sobre el ecuador (como lo define la rotación de un planeta). El mecanismo que conduce a este estado estacionario es la asimetría gravitacional que surge del abultamiento ecuatorial de un planeta. Las órbitas transitorias no ecuatoriales, sin embargo, son por supuesto posibles (como lo son con los satélites artificiales lanzados).

Esta pregunta ha sido estudiada a través de la simulación por la NASA en la exploración de la Catástrofe de Kessler , mediante la cual las piezas de basura espacial que chocan sin cesar se pulverizan entre sí cada vez más finamente. Se encuentra que el polvo del punto final se acumula alrededor del ecuador.

Desde los tiempos de Isaac Newton, Joseph-Louis Lagrange, Pierre Simon Laplace, Carl Friedrich Gauss y otros grandes matemáticos de la Era del Renacimiento, ha existido una creencia inherente en la comunidad científica de que la Tierra es capaz de retener un sistema de anillos estable en orbitan a su alrededor durante millones de años.

En un artículo publicado por el Dr. John A. O'Keefe, ex astrónomo de la NASA, en la revista Nature en 1980, planteó la hipótesis de que la Tierra alguna vez tuvo un anillo similar a Saturno que podría explicar muchos de los eventos ocurridos durante las eras terrestres pasadas. (El Dr. O'Keefe se destaca por descubrir la ligera forma de pera de la Tierra en la década de 1950).

Un astrónomo danés declaró en Science Frontiers (número 76, julio-agosto de 1991) que "en el pasado, la Tierra tenía un sistema de anillos como Saturno, Urano y Neptuno". Llegó a decir que nuestro planeta presumió de anillos en 16 ocasiones distintas en el pasado.

Recientemente, en septiembre de 2002, los Laboratorios Nacionales Sandia publicaron un artículo de dos investigadores de la Universidad de Nuevo México que nuevamente reforzaron la noción de los anillos terrestres del pasado. En ese estudio, los autores supusieron que la existencia de un delgado sistema de anillos, quizás de una opacidad similar al anillo B de Saturno, podría haber causado cambios climáticos en la Tierra en el pasado. Todos están de acuerdo en que si un anillo no se disipa o precipita antes de ir al centro, ese centro es donde terminan.

Cualquier anillo que alcance la Tierra probablemente no será tan bueno como el de Saturno. Lo más probable es que sea menos "espectacular" que el de Saturno. Sin embargo, eso no quiere decir que no vaya a ser genial. Otra gran diferencia entre los anillos de la Tierra y los anillos de Saturno es la composición. La composición de los anillos de la Tierra va a ser más rocosa. Para Saturno, es principalmente hielo con algunas rocas salpicadas aquí y allá. Cualquier anillo de la Tierra hecho de hielo (también cualquier otro planeta del sistema solar interior) se vaporizará debido a la radiación ultravioleta del sol. Luego, sus vientos solares enviarán el hielo vaporizado al vacío del espacio mismo. Los anillos se centrarían como en Saturno porque a los anillos les gusta estar en el mismo plano que el planeta mismo. De lo contrario, se utilizará la rotación de la Tierra para colocar los anillos en su posición. Esto podría ralentizar o acelerar la rotación de la Tierra, ya que utiliza el propio momento angular de la Tierra para volver a su posición. Incluso la parte rocosa de los anillos de la Tierra después de unos pocos millones de años caería a la Tierra o saldría volando debido a su atracción gravitacional.