¿Cómo llegó la Tierra a estar en órbita alrededor del sol?

La imagen era mucho más limpia hace 20 o 25 años. Primero presentaré esa bonita imagen limpia. Las estrellas se forman a partir del colapso gravitatorio de enormes nubes de gas interestelar. Esas nubes de gas inevitablemente tienen un momento angular neto distinto de cero. Esto obliga a la nube de gas a cambiar de forma de ser más o menos esférica a tener forma de disco. (¿Por qué? Esa es una pregunta diferente. Pregúntela).

Si bien este disco protoplanetario continuó alimentando masa a la protoestrella en crecimiento, también sentó las bases para la formación de planetas. La nube de gas era principalmente hidrógeno y helio primordiales, pero también contenía elementos más pesados ​​gracias a la fusión estelar y las supernovas en los miles de millones de años que precedieron a la formación de nuestro sistema solar.

Esos elementos más pesados ​​se comportan de manera muy diferente a como lo hacen el hidrógeno y el helio. Tienen química. Los planetas comenzaron como grupos microscópicos de masa de estos elementos más pesados, unidos químicamente. Estos cúmulos microscópicos ocasionalmente chocaron, eventualmente formando cúmulos más grandes de masa. Estos grupos más grandes, a su vez, chocaron entre sí, formando grupos de masa aún más grandes. Eventualmente, los grupos se hicieron lo suficientemente grandes como para interactuar gravitacionalmente, haciéndolos crecer aún más. Este proceso continuó, eventualmente formando protoplanetas, luego embriones planetarios y finalmente planetas.

La temperatura en el disco protoplanetario era alta cerca de la protoestrella en formación, pero caía precipitadamente a medida que aumentaba la distancia de la protoestrella. En algún momento, los volátiles como el agua, el amoníaco, el metano y el dióxido de carbono se vuelven tan sólidos como una roca. Esta es la línea de hielo, también conocida como línea de nieve o línea de escarcha. Los asteroides dentro de la órbita de Ceres tienden a ser rocosos. Los asteroides fuera de la órbita de Ceres tienden a estar helados.

Los planetas que se forman fuera de la línea de hielo pueden crecer muy rápidamente y luego pueden crecer mucho, mucho. El material que compone el disco protoplanetario orbita alrededor de la protoestrella en crecimiento a una velocidad diferente a la sugerida por las leyes de Kepler gracias a la presión de todo ese material en el disco. Gracias a la ley del cubo cuadrado, los objetos más grandes no están tan sujetos a esa presión. Esos objetos más grandes orbitan a un ritmo kepleriano. Los planetas que se forman fuera de la línea de hielo crecen muy rápidamente y luego arrastran gas y hielo porque están orbitando a una velocidad diferente a la del entorno inmediato. El resultado son gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno y, más allá, gigantes de hielo como Urano y Neptuno. El crecimiento planetario es un proceso mucho más difícil y mucho más lento dentro de la línea de hielo. Por eso Mercurio, Venus, la Tierra,

Esa es la imagen bonita. La imagen no tan bonita:

• ¿Por qué Mercurio y Marte son mucho más pequeños que Venus y la Tierra?
  Las simulaciones sugieren que los planetas rocosos deberían tener más o menos el mismo tamaño. Ese no es el caso en nuestro propio sistema solar, y mucho menos en otros lugares.

• ¿Cómo pudieron formarse Urano y Neptuno?
  Las simulaciones no pueden recrear a Urano y Neptuno a sus distancias actuales del Sol. El material del disco protoplanetario debería haber sido demasiado escaso a esas distancias para formar grandes planetas.

• Mucho, mucho peor, ¿cuál es el problema con todos los extraños exoplanetas que han encontrado los científicos?
  Los científicos han encontrado objetos del tamaño de Júpiter orbitando muy cerca de su sol, objetos del tamaño de Neptuno orbitando donde el modelo simple solo tendría planetas rocosos formándose, y planetas en órbitas muy inclinadas (ya veces retrógradas) que no tienen sentido.

Estas simulaciones (que se han vuelto muy buenas) y la plétora de exoplanetas han empujado la teoría de cómo se forman los planetas a la etapa de "eso es gracioso". ("La frase más emocionante de escuchar en la ciencia, la que anuncia nuevos descubrimientos, no es "¡Eureka!" sino "Qué gracioso...", una cita ampliamente atribuida a Isaac Asimov).

La Tierra solía ser muchos, muchos asteroides y meteoritos. Los asteroides más grandes arrastrarían meteoritos y asteroides más pequeños, chocarían con ellos y se agruparían en un grupo cada vez más grande, que finalmente se volvió tan pesado que la roca comenzó a comportarse como líquido bajo las presiones, formando la esfera ordenada que la Tierra es ahora.

Que todos los escombros ya estaban orbitando alrededor del Sol cuando eso sucedió; parte llegó desde fuera del Sistema Solar, pero la mayor parte era solo una nebulosa de gases y otra materia que se fusionó en el sistema solar actual.

En cuanto a "caerse y perderse"... esa es una descripción semiprecisa de la mecánica orbital. Teniendo en cuenta las distancias, "perder" el cuerpo central es bastante fácil; mire el cielo por la noche: algunas de las estrellas más brillantes son en realidad otros planetas en nuestro sistema. Eso es todo, estos pequeños puntos. El Sol es brillante, pero también es diminuto en el cielo. Hay mucho espacio para "fallar" y, en lugar de chocar, para volar en una trayectoria elíptica alrededor del cuerpo central: pasarlo, más rápido cuando estás cerca, y luego ser expulsado "al otro lado" para reducir la velocidad. y volar lejos, solo para regresar por el mismo camino (perdido).

Ahora ... ¿cómo es que las órbitas de la Tierra y la mayoría de los planetas no son elipses alargadas, como es más común con la mayoría de los objetos que se mueven aleatoriamente en el campo gravitacional, sino círculos bastante cercanos? Ese es un tema para una pregunta diferente y un debate más largo.

Los sistemas planetarios se forman a partir de nubes de gas y polvo .

La gravedad de la masa de la nube la mantiene unida; la parte más densa en el centro de la nube colapsa hasta que es lo suficientemente densa como para comenzar la fusión nuclear, convirtiéndose en una estrella.

Las cosas más alejadas chocan al azar y se quedan pegadas hasta que algunas de ellas se vuelven lo suficientemente grandes como para tener una gravedad propia significativa. Cuando esos "planetesimales" chocan entre sí, en promedio, sus órbitas se vuelven más circulares. Después de miles de millones de años de esto, terminas con relativamente pocos cuerpos en órbitas casi circulares: los planetas de un sistema solar.

La captura de cuerpos que llegan desde fuera del sistema solar ocurre, pero la formación de una nube de gas protoestelar es la forma más común en que se forman los planetas.

La teoría de Niza de la formación planetaria:

Creado en Niza, Francia

También responde a la imagen no tan bonita (a excepción del Planeta 9). Al principio, el sol, como protoestrella, absorbió masa de una nebulosa y se convirtió en una estrella que giraba rápidamente. La materia se aplanó en un disco (¿Por qué? Ver ¿Por qué algunas galaxias son planas ?). La teoría de Niza explica el Bombardeo Pesado Tardío, después de que la mayor parte de la materia ya se había fusionado.

La gran tachuela

Hace alrededor de 5 mil millones de años, el Bombardeo Pesado Tardío ocurrió cuando Júpiter y Saturno se unieron en una fuerte resonancia, lo que los acercó al Sol. Mientras esto sucedía, los escombros helados que todavía estaban presentes en el sistema solar exterior fueron arrastrados hacia el interior del sistema solar. Esto provocó un "Gran Ataque" de buena fe en el sistema solar interior.

el gran ataque

El Gran Ataque ocurrió después de que Júpiter salió de la resonancia, arrojándolo (y a Saturno) de regreso al sistema solar exterior. Los escombros que arrastró hacia el sistema solar se encerraron en enjambres de escombros que habrían desviado suficiente energía de cualquier supertierra para arrastrarlos hacia el sol. Los escombros restantes se fusionaron en los cuatro planetas del sistema solar interior.

El resto de la teoría es consistente con lo que todos los demás ya afirman.

• ¿Por qué Mercurio y Marte son mucho más pequeños que Venus y la Tierra?

• ¿Cuál es el problema con todos los extraños exoplanetas que han encontrado los científicos?

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