La familia del Sol

Julieta Fierro, Miguel Ángel Herrera

• Editorial: Fondo de Cultura Económica
• Año: 2013
• ISBN:
  9786071612700
• Categoría: Ciencias físicas
• Categoría: Astronomía y astrofísica

El libro de Julieta Fierro y Miguel Ángel Herrera considera los aspectos generales del funcionamiento del Sistema Solar, así como la descripción del Sol como el motor que genera el orden planetario.

IV. El Sistema Solar

1. Introducción

EN LO QUE RESTA DEL LIBRO hablaremos sobre los distintos cuerpos que forman el Sistema Solar. En los últimos años, gracias a la exploración espacial, nuestros conocimientos han crecido enormemente. Por un lado, se han descubierto nuevos fenómenos que nos han ayudado a resolver problemas y, por otro, han surgido muchas nuevas incógnitas. La exploración espacial ha confirmado una vez más la validez del método científico y la posibilidad de hacer predicciones astronómicas a grandes distancias. Por ejemplo, cuando el hombre se posó sobre la Luna no se hundió, ni se quemó, ni fue devorado por un hombrecito lila; las predicciones hechas desde la Tierra sobre las condiciones físicas de la Luna fueron acertadas.

El estudio del Sistema Solar es importante para la humanidad porque es lo que tiene cerca, está a su alcance y siente que tiene la posibilidad de conocerlo, de comprenderlo y de utilizarlo para su beneficio.

Probablemente al lector le ha llamado la atención la Luna; desde niño habrá escuchado cuentos, como aquel que relata cómo en el pasado la Luna estaba tan cerca de la Tierra que los humanos se embarcaban en pequeñas lanchas y cuando subía la marea recortaban trozos de requesón lunar.

Los planetas más cercanos se ven a simple vista como estrellas brillantes. Para los griegos fueron objetos tan importantes que los bautizaron como sus dioses; los días de la semana aún llevan sus nombres romanizados: martes, día de Marte, el dios de la guerra de color rojo como la sangre; o viernes, de Venus, la diosa del amor, el astro del aspecto estelar más brillante.

El Sistema Solar está formado por el Sol, nueve planetas, lunas, planetas menores, cometas, meteoritos, gas y polvo. Parte del polvo está concentrado en anillos, tres cercanos a los asteroides y dos más allá de la órbita de Plutón. En esta sección discutiremos algunas de las características sobresalientes de estos cuerpos.

Utilizaremos la notación exponencial para las cifras astronómicas. Por ejemplo 100 = 102, 1 000 = 103, 1 000 000 = 106, 0.1 = 10−1, 0.01 = 10−2, etcétera.

Los planetas se suelen dividir en interiores y exteriores. Los interiores son: Mercurio, Venus, Tierra y Marte, y se encuentran relativamente cerca del Sol; mientras que los exteriores son Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón, pues están en promedio 25 veces más lejos. La distancia entre Plutón y el Sol es 40 veces la distancia de la Tierra al Sol (150 millones de kilómetros). La mayoría de los cometas se encuentran miles de veces más lejos. Puesto que el Sol posee 99.8% de la masa del Sistema Solar, éste es muy extendido y está casi vacío.

FIGURA 26. En este esquema del Sistema Solar se muestran las trayectorias de planetas y cometas alrededor del Sol.

Todos los planetas se trasladan alrededor del Sol en órbitas elípticas y, al mismo tiempo, rotan sobre sí mismos. En la mayoría de los casos la dirección de la rotación coincide con la de traslación. Un hecho interesante es que entre más cerca están del Sol se mueven con mayor velocidad: en promedio, Mercurio se mueve a 48 km/s, la Tierra a 30 km/s y Plutón a 5 km/s. Las órbitas de los planetas están casi en el mismo plano, el de la eclíptica,[1] en cambio, las órbitas de los cometas suelen tener todo tipo de inclinaciones.

El Sistema Solar está inmerso en un flujo de partículas que emana continuamente del Sol, llamado viento solar. Este “viento” resulta de la evaporación de la superficie del Sol; está compuesto básicamente por gases de hidrógeno y de helio, y posee un campo magnético. Cuando llega a la Tierra se mueve a 450 km/s y su interacción con el campo magnético terrestre produce las auroras australes y boreales.

El Sistema Solar es muy pequeño si lo comparamos con el Cosmos. Viajando a la velocidad de la luz (300 000 km/s), tardaríamos 1.5 segundos en llegar a la Luna, 86 minutos en llegar a Saturno y cuatro años en llegar a la estrella más cercana.

Ahora que si quisiéramos llegar a algún planeta en la galaxia de Andrómeda, tardaríamos varios millones de años viajando a la misma velocidad; y no se diga de planetas pertenecientes a galaxias más lejanas, a las que tardaríamos miles de millones de años en llegar.

Haremos una descripción de los cuerpos del Sistema Solar. Empezaremos por el Sol; después, describiremos cada planeta y los cuerpos menores y, finalmente, haremos una descripción sencilla de la cosmogonía, que trata de la formación y evolución de la familia del Sol.

2. El Sol

Yo me enamoré de noche,
y la Luna me engañó,
otra vez que me enamore
será de día y con Sol.

(COPLA POPULAR)

Generalidades

El Sol es sin duda el componente más notable del Sistema Solar: no sólo provee de la mayor parte de la energía al conjunto, sino que además es dueño de la mayor parte de la masa.

La masa del Sol es de 2 × 1033 g = 1 M⊕, mucho mayor que la de la Tierra que es de 5.98 × 1027 g. El Sol tiene 743 veces más masa que todo el resto del Sistema Solar. El Sol está en el centro de la masa del Sistema Solar y todos los cuerpos gravitan a su alrededor. A su vez, junto con su sistema, el Sol se mueve en relación con las estrellas de su vecindad y también alrededor del centro de la Galaxia, a una velocidad de 250 km/s. El diámetro del Sol es de 1.4 millones de kilómetros, casi 100 veces el de la Tierra y 10 veces el de Júpiter.

Durante los últimos 4 600 millones de años la Tierra ha estado ligada gravitacionalmente al Sol y éste la ha bañado de energía. En la actualidad la vida se sostiene sobre todo gracias a que las plantas pueden capturar y almacenar químicamente la luz visible. Los primeros hombres intuyeron la función vital del Sol y le atribuyeron poderes protectores y divinos.

El Sol es una estrella bastante común (una de cada 100 estrellas de la Galaxia es como el Sol). Su temperatura superficial es de 5 700 °K y la interior de 15 × 106 °K. El Sol libera cada segundo 3.8 × 1033 ergs de energía; y cada centímetro cuadrado de la Tierra intercepta 1.36 × 106 erg/s (esta cantidad se conoce como la constante solar). La fuente de energía del Sol proviene de la fusión nuclear que se lleva a cabo en su interior, en la que continuamente se están transformando dos átomos de deuterio (que es un isótopo del hidrógeno) en uno de helio, utilizando el carbono como catalizador. Ya que la masa de los dos átomos de deuterio es ligeramente mayor que la masa del átomo de helio, el exceso de masa se transforma en energía, de acuerdo con la relación E = mc2. La masa transformada en energía por reacción es tan sólo de 0.007 veces la masa original. Cada año, el Sol transforma un diezmillonésimo de su masa en energía, lo que equivale a cientos de miles de toneladas.

Debido a que la masa del Sol es casi constante, y por la regularidad de las reacciones nucleares, el Sol se ha mantenido a la misma temperatura desde hace 4.5 × 109 años, y lo seguirá haciendo durante otro tanto. En parte, esto ha permitido que la vida inteligente en la Tierra se haya podido desarrollar. Un planeta cercano a una estrella que vive menos que el Sol tiene menor oportunidad de llevar a cabo el proceso evolutivo de la vida que permite el desarrollo de seres inteligentes.

La composición química del Sol es típica de la composición química del resto del Universo: hidrógeno, helio y trazas de los demás elementos, principalmente carbono, hidrógeno y oxígeno.

Desde principios del siglo XX se ha estudiado la composición química del Sol. El gas helio (del griego helios, que significa sol) se descubrió primero en el Sol y después en la Tierra.

En el Sol se han descubierto 92 de los elementos químicos que existen en forma natural en la Tierra. La masa del Sol es tan grande que aun los elementos menos abundantes existen en grandes cantidades. Por ejemplo, si comparamos la abundancia de oro en relación con el hidrógeno solar encontramos que, por cada millón de millones de átomos de hidrógeno, hay nueve de oro. A pesar de ello el Sol contiene 10 cuatrillones de toneladas de oro.

El Sol, una esfera de gases muy calientes que está rotando y que posee un campo magnético (entre 1 y 2 gauss, de 3 a 6 veces más intenso que el de la Tierra), se está evaporando; como resultado de esta evaporación se produce el llamado “viento solar”, que no son más que partículas cargadas (núcleos de hidrógeno, helio y electrones) que arrastran consigo a las líneas de campo magnético y que a la distancia de la Tierra se mueven a 450 km/s. La masa que pierde el Sol por este proceso es sólo de 10−7 MΘ por año.

En la figura 27 se muestra un corte esquemático del Sol. En la parte central, que ocupa 25% de su radio, es donde se llevan a cabo las reacciones nucleares. Sólo en la parte central del Sol, donde la temperatura y la presión son muy elevadas, los choques entre partículas atómicas son lo suficientemente frecuentes y potentes como para lograr fusionarse y liberar fotones muy energéticos (rayos gamma). Una vez producida, la radiación sale en todas direcciones, pero cada fotón es dispersado cientos de veces antes de llegar a la superficie, debido a que el Sol no es transparente. Los astrónomos describen esta situación diciendo que el material solar tiene un cierto grado de “opacidad”.

A cierta profundidad, la opacidad se vuelve tan elevada que el modo de transporte de energía por radiación ya no es posible y aparece una zona “convectiva”, esto es, una zona en que hay movimiento de materia de las capas calientes hacia el exterior y de las frías hacia el interior. El transporte de energía por convección también se da en las cacerolas de agua hirviente, en el interior de la Tierra, en las atmósferas de la Tierra y de otros planetas, como Júpiter.

FIGURA 27. Corte esquemático del interior del Sol. (Dibujo de Alejan- dra Bernal.)

La fotósfera de...