¿Qué planeta llegó primero en nuestro sistema solar?

Los planetas (probablemente) se formaron por la acumulación de planetesimales , y todos se formaron aproximadamente en el mismo lapso de tiempo. Los protoplanetas internos tenían acceso a más materia, por lo que probablemente pudieron acumular esa materia más rápido. Por otro lado, gran parte de la materia del Sistema Solar es volátil, por lo que es más probable que se condense en las partes más frías del disco protoplanetario.

Además, la gravedad favorece un mecanismo de formación "codicioso". Un protoplaneta más masivo tenderá a acumular materia más rápido que un protoplaneta más pequeño en la misma región, debido a su mayor gravedad.

La mayor parte de la materia en el Sistema Solar fuera del Sol está en Júpiter, por lo que es razonable suponer que Júpiter fue uno de los primeros ganadores en el concurso de recolección de materia. Hay buenas razones para creer que Júpiter en realidad se formó más cerca del protosol, migró aún más cerca y luego migró hacia el exterior cuando había acumulado una gran fracción de su masa.

de wikipedia ,

la hipótesis de la gran virada propone que Júpiter se formó a las 3,5 AU, luego migró hacia el interior a 1,5 AU, antes de cambiar de rumbo debido a que capturó a Saturno en una resonancia orbital, y finalmente se detuvo cerca de su órbita actual a 5,2 AU.

Es difícil conocer los detalles de la formación de nuestro sistema planetario. Afortunadamente, ahora tenemos una gran cantidad de datos sobre otros sistemas planetarios, incluidos algunos sistemas jóvenes que aún se encuentran en las primeras etapas de formación, y esos datos nos ayudan a refinar nuestras teorías generales sobre la formación de sistemas planetarios, así como las teorías sobre la formación de nuestro sistema. Sin embargo, muchos de esos datos son bastante toscos y están sesgados porque es mucho más fácil detectar exoplanetas grandes cerca de su estrella que los pequeños distantes.

Podemos usar computadoras para probar las teorías de la formación del Sistema Solar. Establece un modelo matemático con un montón de planetesimales, polvo y gas que orbitan alrededor del proto-Sol, y luego analiza los números para ver si evoluciona a algo parecido al Sistema Solar real. Si es así, su modelo podría ser correcto. Si no es así, ajusta los parámetros y vuelve a intentarlo. Este proceso consume mucha potencia informática, ya que necesita realizar cálculos gravitatorios precisos que involucren a cientos y miles de objetos. Por lo tanto, las personas que realizan esta investigación generalmente ejecutan sus modelos muchas veces, en busca de tendencias sólidas y para ayudarlos a eliminar los efectos que se deben a errores causados ​​por los cálculos del modelo.

Estos estudios han encontrado que es muy probable que una gran cantidad de planetesimales fueran expulsados ​​al Sistema Solar exterior, o incluso fuera del pozo gravitatorio del Sistema Solar y al espacio interestelar. Y, por supuesto, mucho se arrojó al sol.

Una teoría actual de la formación tardía del sistema se conoce como el modelo de Niza , publicado originalmente en 2005. Sin embargo, como menciona ese artículo, investigaciones más recientes indican que el modelo de Niza necesita algunos ajustes.

Un estudio de 2011 afirma que existe una alta probabilidad de que nuestro sistema originalmente tuviera 5 gigantes, pero uno de ellos fue expulsado del sistema.

¿El Quinto Planeta Gigante del Sistema Solar Joven? , por David Nesvorny.

Abstracto

Estudios recientes de la formación del sistema solar sugieren que los planetas gigantes del sistema solar se formaron y migraron en el disco protoplanetario para alcanzar órbitas resonantes con todos los planetas dentro de 15 UA del Sol. Después de la dispersión del disco de gas, Urano y Neptuno probablemente fueron dispersados ​​por gigantes gaseosos y se acercaron a sus órbitas actuales mientras dispersaban el disco transplanetario de planetesimales, cuyos restos sobrevivieron hasta este momento en la región conocida como el cinturón de Kuiper.

Aquí realizamos integraciones de N-cuerpos de la fase de dispersión entre planetas gigantes en un intento de determinar qué estados iniciales son plausibles. Descubrimos que las simulaciones dinámicas que comienzan con un sistema resonante de cuatro planetas gigantes tienen una baja tasa de éxito para igualar las órbitas actuales de los planetas gigantes y varias otras limitaciones (p. ej., la supervivencia de los planetas terrestres). La evolución dinámica suele ser demasiado violenta, si Júpiter y Saturno comienzan en la resonancia 3:2 y conducen a sistemas finales con menos de cuatro planetas.

Varios estados iniciales se destacan porque muestran una probabilidad relativamente grande de éxito al igualar las restricciones. Algunos de los mejores resultados estadísticos se obtuvieron al suponer que el sistema solar inicialmente tenía cinco planetas gigantes y un gigante de hielo, con una masa comparable a la de Urano y Neptuno, fue expulsado al espacio interestelar por Júpiter. Esta posibilidad parece concebible en vista del reciente descubrimiento de un gran número de planetas que flotan libremente en el espacio interestelar, lo que indica que la eyección de planetas debería ser común.

Depende de lo que entiendas por "forma". Todos los planetas comenzaron su formación más o menos al mismo tiempo en los primeros cientos de miles de años después de la contracción de la nube protosolar. Pero terminaron su proceso de formación en diferentes momentos.

Los sólidos y los planetesimales comenzaron a condensarse en unos pocos cientos de miles de años y los primeros cuerpos de tamaño planetario (digamos del tamaño de la Luna y superiores) probablemente se formaron entre 1 y 3 millones de años en la mayor parte del sistema protosolar. En el Sistema Solar interior, donde la densidad de los sólidos era mayor, es posible que las escalas de tiempo para la acumulación de estos cuerpos protoplanetarios sólidos se alargaran moviéndose hacia regiones de menor densidad. Sin embargo, Spitzer & Kleine (2021) muestran, utilizando varias técnicas de datación radiométrica, que los cuerpos meteoríticos antiguos, cuya composición isotópica indica que se formaron en diferentes radios en el disco protoplanetario, comenzaron su formación con un millón de años de diferencia entre sí.

Estos protoplanetas y planetesimales no son los planetas completamente formados que vemos hoy. El Sistema Solar interior probablemente soportó entre 10 y 100 millones de años de agitación y colisiones antes de establecerse en la disposición de 4 planetas que vemos ahora. Nuestra propia Luna es evidencia de una de estas colisiones titánicas.

Los modelos actuales para la formación de Júpiter sugieren que se formó por completo en unos 5-10 millones de años porque la acumulación de su envoltura de gas en un núcleo rocoso/helado (una vez que se había acumulado) habría sido muy rápida. Creo que es justo decir que "Júpiter se formó primero" en el sentido de que llegó cerca de su estado final antes (una opinión compartida por Kruijer et al. 2017 sobre la base de la datación por meteoritos y los resultados de los modelos hidrodinámicos). Saturno habría sido un poco más lento porque su núcleo se habría formado más tarde que el de Júpiter y la densidad del gas sería menor más lejos.

Los gigantes de hielo también pueden haberse formado completamente después de unos 10-20 millones de años, pero en el sentido de que su crecimiento más lento puede haber sido truncado por la dispersión del disco de gas protoplanetario en ese momento. De hecho, es poco probable que Urano y Neptuno se hayan formado donde se encuentran porque la tasa de crecimiento antes de la extracción del disco habría sido demasiado lenta.

Es justo decir que muchos de los detalles de esta imagen aún se están resolviendo. Una gran incertidumbre, en mi opinión, es cuánto tiempo sobrevivió el disco protoplanetario y si se despejó de adentro hacia afuera y a qué velocidad. Esta escala de tiempo es esencialmente la escala de tiempo para la formación de los planetas gigantes (aunque Júpiter puede haber sido lo suficientemente grande como para acumular esencialmente todo el gas que pudo antes de la dispersión del disco). También suena el pistoletazo de salida para el período de reordenamiento caótico y colisiones en el Sistema Solar interior, porque antes de la eliminación del gas, el arrastre habría mantenido a los planetesimales en órbitas de buen comportamiento.

Como complemento a las otras buenas respuestas ya publicadas, me gustaría publicar una imagen del disco que rodea a la estrella HL Tauri, creado en 2014 usando ALMA, el Atacama Large Millimeter Array en Chile.

Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Del comunicado de prensa , Stuartt Corder, Director Adjunto de ALMA dijo:

Es casi seguro que estas características son el resultado de cuerpos jóvenes parecidos a planetas que se están formando en el disco. Esto es sorprendente ya que no se espera que estrellas tan jóvenes tengan grandes cuerpos planetarios capaces de producir las estructuras que vemos en esta imagen.

Si bien esto ciertamente no es una prueba de que todos los planetas de nuestro Sistema Solar se desarrollaron al mismo tiempo, esta imagen ciertamente respalda los modelos anteriores de formación casi simultánea de planetas a partir de un disco protoplanetario.

A medida que mejora la calidad de nuestros telescopios, también lo hace la calidad de nuestras observaciones. Cuando el modelo prevaleciente está respaldado por la observación directa, gana credibilidad de la comunidad. Espero con ansias las observaciones del JWST de los discos protoplanetarios. Tal vez podamos ver el material caer en los planetas, o en los planetas mismos.

La vieja teoría sobre la formación de los planetas era que fueron arrancados del Sol por una estrella que pasaba por casualidad y condensados ​​en cuerpos sólidos.

También se creía que los planetas se solidificaban de lava a roca sólida más rápido cuanto más lejos estaban del calor del Sol. Así, el planeta más exterior sería el más antiguo y el más interior el más joven.

Pero esa teoría de la formación de planetas ha quedado obsoleta durante unos 70 años.

La teoría actual es que los planetas se formaron a partir de un disco de gas y polvo sobrante de la formación del Sol. Las motas de polvo que chocaron a velocidades lo suficientemente lentas se agruparon para formar bolas de polvo más grandes. Eventualmente se formaron objetos del tamaño de guijarros, objetos del tamaño de rocas y objetos cada vez más grandes. Eventualmente hubo innumerables miles y millones de plenetesimales que gradualmente se agruparon para formar masas más grandes. Y algunas de esas masas finalmente tuvieron velocidades de escape lo suficientemente altas como para capturar y retener moléculas de gas.

Y hay muchas teorías sobre ese proceso y cómo operó. Entonces, posiblemente, algunas teorías podrían afirmar que algunos de los planetas actuales comenzaron a formarse y/o terminaron de formarse antes que otros planetas. Pero los períodos de formación de todos los planetas probablemente tuvieron un alto grado de superposición.