¿Planetas y Plutón? ¿Neptuno?

Si una de las reglas para ser un planeta es que necesita eliminar TODOS los objetos de su órbita, ¿esto también convierte a Neptuno en un no planeta?

Este es un concepto erróneo algo común del significado del término "limpiar el vecindario". Ninguno de los planetas podría llamarse "planetas" si ese término significara limpiar TODOS los objetos de la vecindad de la órbita. En cambio, ese término adquiere un significado un poco más confuso (pero aún muy nítido), ¿ha eliminado un cuerpo la mayor parte de la basura de su órbita y, si no lo ha hecho, puede hacerlo antes de que el Sol se apague? Si es así, es un planeta. Si no, no es un planeta.

La relación entre el cuadrado de la masa de un objeto y su período orbital resulta ser clave para determinar la capacidad del objeto de despejar razonablemente su órbita de la mayor parte de otras cosas que orbitan cerca. Un diagrama logarítmico de masa versus período (o semieje mayor) muestra una gran brecha entre los planetas y los planetas enanos en este sentido. La siguiente figura, tomada de http://mel.ess.ucla.edu/jlm/epo/planet/planet.html , muestra esta enorme brecha.

La línea discontinua en el medio de la enorme brecha entre Mercurio y Marte frente a Ceres, Plutón y Eris representa objetos que podrían "limpiar su vecindario" en un tiempo de Hubble, o 13.800 millones de años. Mercurio y Marte se encuentran 1,5 órdenes de magnitud por encima de esta línea. Los planetas "despejaron el vecindario" hace mucho tiempo. Ceres, Plutón y Eris, por otro lado, se encuentran un orden de magnitud por debajo de la línea de tiempo del Hubble. El Sol se convertirá en una gigante roja y luego se desvanecerá hacia la nada y los planetas enanos aún no habrán despejado la vecindad de sus órbitas.

_{(fuente: ucla.edu )}

La comunidad astronómica enfrentó dos crisis con respecto a lo que constituye un "planeta", primero a mediados del siglo XIX y más recientemente a principios del siglo XXI. La primera crisis involucró a los asteroides. El segundo involucró objetos transneptunianos. Ambas crisis desafiaron a los astrónomos a cuestionar qué era un "planeta".

1 Ceres, 2 Pallas, 3 Juno y 4 Vesta fueron descubiertos en rápida sucesión durante la primera década del siglo XIX. No existía una organización astronómica internacional en el momento de estos descubrimientos; la Unión Astronómica Internacional no se formaría hasta dentro de un siglo. En cambio, la designación de lo que constituía un "planeta" recayó en los principales almanaques astronómicos como el Berliner Astronomisches Jahrbuch (BAJ). Esos descubrimientos a principios del siglo XIX fueron tratados como "planetas" recién descubiertos. Esta situación se mantuvo estática durante unos 40 años.

Eso cambió en 1845 con el descubrimiento de 5 Astraea. Durante la década de 1850, la lista de objetos que orbitaban alrededor del Sol creció a 50, y durante la década de 1860, la lista creció a más de 100. La respuesta de BAJ y otros fue degradar a Ceres, Pallas, Juno y Vesta del estado de planetas a algunos. estado menor, ya sea planeta menor o asteroide. Los astrónomos no tenían un concepto claro de lo que constituía un planeta aparte de que, de alguna manera, deberían ser grandes. Ceres, la más grande del grupo, no es muy grande. El resultado final de todos estos descubrimientos a partir de 1845 fue que los primeros cuatro asteroides descubiertos fueron degradados del estado de planeta.

La segunda crisis comenzó en 1992 con el descubrimiento de (15760) 1992 QB ₁ . Para 2006, la cantidad de objetos transneptunianos había crecido significativamente. ¿Eran estas cosas "planetas", o algo más? Algunos astrónomos, en particular Alan Stern, querían que el término "planeta" fuera extremadamente inclusivo. La mayoría de los astrónomos se opusieron a esta idea.

Paradójicamente, fue el propio Alan Stern, junto con Harold Levison, quien proporcionó el criterio clave de "limpiar el vecindario" que se encuentra en el corazón de lo que la IAU considera que constituye un "planeta". Su artículo, Stern y Levison, "Con respecto a los criterios para la condición de planeta y los esquemas de clasificación planetaria propuestos", Highlights of Astronomy 12 (2002): 205-213 sugirieron dividir el "planeta" en dos categorías, los "superplanetas" (Mercurio, Venus, Tierra , Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) y los "superplanetas" (Plutón+Caronte, Eris, Ceres, Sedna y muchos otros).

Stern está siendo bastante hipócrita cuando argumenta que no existe un límite claro entre "planetas" y "planetas enanos". El límite es enorme y Stern lo sabe. La figura de arriba muestra cuán grande es la brecha entre los planetas y los objetos menores. Elevar al cuadrado la masa duplica el abismo de 2½ órdenes de magnitud representado en la figura anterior para formar un abismo de cinco órdenes de magnitud. Esta diferencia de cinco órdenes de magnitud entre los "superplanetas" y los "subplanetas" figura predominantemente en el artículo de Stern y Levison.

La única diferencia entre la propuesta de Stern y Levison y la resolución votada de la IAU es que, mientras que Stern y Levison querían designar cientos (y quizás miles) de objetos como "planetas" (ocho "superplanetas" y un montón de "unterplanetas" ), la IAU eligió dividir esos objetos en órbita en las categorías mutuamente excluyentes de "planetas" y "planetas enanos". Esto es consistente con la forma en que los astrónomos lidiaron con esa primera crisis. Los planetas deberían ser "grandes". Stern y Levison proporcionaron la munición necesaria para distinguir los grandes de los no tan grandes.

Finalmente, una analogía quizás demasiado habladora que hice en el chat. Cuando barre el piso de su cocina, ¿lo deja lo suficientemente limpio como para comer o simplemente "lo suficientemente bueno"? El concepto de "limpiar el vecindario" tal como está plasmado en el artículo de Stern y Levison no significa dejar el piso lo suficientemente limpio como para comer en él. Ni siquiera significa "suficientemente bueno". Es más en la línea de "¿es posible"?

Suponga que está encargado de limpiar el campo de fútbol del LA Coliseum y su jefe le permite usar una máquina del tamaño de Zamboni para hacer la limpieza. Ese es Júpiter. Limpió su vecindario en poco tiempo. Supongamos que, por otro lado, está encargado de barrer todo el LA Coliseum por su cuenta, con gradas y todo, y la única herramienta que puede usar es un pequeño cepillo de barbero. Nunca harás el trabajo. Ese es Plutón. Nunca puede hacer el trabajo. Plutón no es un planeta.

Neptuno en realidad es la fuerza gravitatoria dominante en la región del cinturón de Kuiper en la que reside Plutón. De hecho, si observa la imagen a continuación, Neptune está limpiando el cinturón:

De hecho, hay una clase de objetos, apropiadamente llamados plutinos , que han sido capturados por Neptuno. Los modelos del sistema solar han demostrado que Neptuno se formó mucho más cerca del Sol de lo que está actualmente y, al desplazarse hacia el exterior, ha empujado a estos plutinos.

El rasgo clave de los plutinos es que tienen una resonancia orbital con Neptuno . Aquí, la resonancia orbital es el efecto en el que dos objetos ejercen una fuerza gravitacional periódica entre sí. En el caso de los plutinos, todos tienen una resonancia promedio de 2:3 (giran alrededor del Sol dos veces por cada tres órbitas de Neptuno); de hecho, Plutón fue el primer objeto en el que se notó por primera vez esta resonancia. Esta resonancia se desarrolló porque Neptuno empujó los objetos plutino hacia afuera a medida que migraba más lejos del Sol (es decir, como el cuerpo gravitatorio dominante, despejando el camino).

"Para despejar una órbita" tiene un significado específico que puede no ser del todo intuitivo. "Limpiar una órbita" específicamente no significa vaciar una órbita de todos los demás cuerpos. Significa que el planeta domina gravitacionalmente a otros cuerpos a aproximadamente la misma distancia del sol.

Ahora puede preguntarse quizás si Neptuno domina a Plutón o Plutón domina a Neptuno. Eso parecería algo simétrico. Esto se puede juzgar por el cuadrado de su relación de masa, ya que la masa influye tanto en la atracción gravitacional (más masa es mayor fuerza) como en la aceleración resultante (menos masa es mayor aceleración). Ahora, las masas de Plutón y Neptuno difieren en un factor de 10.000, por lo que la relación al cuadrado es de aproximadamente 100.000.000. Eso es inequívoco: la órbita de Plutón se define como la órbita de mi Neptuno y no al revés.