Biología y Geología . 4º ESO

La Tierra en el Universo

Sistemas planetarios. El Sistema Solar
 
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Cuando se forma una estrella no toda la nube originaria acaba en ella por gravedad.
Una pequeña parte se manteiene en órbita dando lugar a diferentes cuerpos celestes sin blillo propio

En estrellas cercanas se han podido detectar planetas.
Se han descubierto miles de sistemas planetarios

La formación de los planetas parece ser general, pero el resultado final puede ser muy variable, no aparece haber una regla general que sigan todos los sistemas planetarios.



Formación de un sistema planetario

La formación de los sistemas planetarios es simultánea a la de la formación de la estrella o estrellas a las que se encuentran ligados por gravedad

Se supone que comienza con la inestabilización de una nube de gas y polvo debida a una supernova próxima

La supernova inestabiliza la nube y hace que se contraiga además de proporcionar elementos pesados adicionales.

En las condiciones de la nube los elementos se combinan dando lugar a compuestos químicos de diferentes propiedades:

    H2 y He . Son la mayor parte de la masa. Siempre son gaseosos

    Compuestos volátiles:

Composición del Sistema Solar

Combinaciones de los elementos más abundantes con el H:
CH4 (metano) NH3 (Amoniaco) H2O (Agua).
Son sólidos a temperaturas bajas pero se convierten en gases a temperaturas medianas

Polvo :
Formado principalmente por:
- Silicatos SiOxMetal.
- Óxidos de metales sobre todo de hierro.
- Metales sin combinar Fe, Ni y otros metales
Son sólidos o líquidos hasta temperaturas muy elevadas (más de 1000ºC)

 

La rotación hace que la nube se aplana en un disco.
Las partículas en órbita por encima y por debajo del plano terminan colisionando e incorporándose a él.

La contracción hace que se caliente la nube de gás y polvo sobre todo en las zonas centrales

Las partículas de polvo se condensan por colisión al aproximarse sus órbitas hasta formar cuerpos de unos pocos Kg: planetesimales

En las zonas internas empieza a hacerse notar la radiación inicial del Sol y desaparecen las sustancias volátiles

En zonas más alejadas las partículas son capaces de captar gases y con ello aumenta mucho su masa. Esta gran masa les permite ligar gases por gravedad

La acreción (aumento de masa por choques) de los planetesimales da lugar a planetas (hasta 1.000 km de diámetro)

Los planetas en formación barren sus órbitas haciéndose circulares y en un plano. El material de la órbita es incorporado al planeta o bien es expulsado de la órbita.

La acreción en los planetas genera calor.
Provoca la fusión parcial o total del cuerpo y su diferenciación por densidades.
Esta diferenciación por densidades genera aún más calor
El núcleo de los grandes planetas permanece aún fundido a varios miles de grados
Se destilan gases que pueden dar lugar a atmósferas

La acreción dura unos 100 millones de años con planetesimales grandes.
Luego son expulsados o incluidos en los planetas mayores.

Al final del periodo de acreción los impactos pueden ser muy intensos pues los planetesimales son de gran tamaño

Durante la formación de los sistemas planetarios los grandes planetas exteriores pueden acercarse a zonas internas y destruir o expulsar a los planetas que orbitan allí.

Mochos sistemas planetarios conocidos tienen planetas gigantes muy cercanos a la estrella.

Los planetesimales exteriores pueden subsistir a grandes distancias de la estrella dado que al ser sus órbitas mucho más lentas y las colisiones menos numerosas no han llegado a formar planetas.

Exoplanetas

Se denominan exoplanetas a los planetas presentes en otras estrellas diferentes del sol
Dada la gran distancia a a que se encuentran las estrellas es inviable ver directamente los planetas.
Hasta hace pocos años solo se especulaba con su existencia.

Manera de descubrirlos

Principalmente dos métodos:

  • Tránsitos
    Un planeta pasa por delante de una estrella y hace variar el brillo de esta.
    Se puede calcular masa y tamaño y distancia del planeta
  • Velocidad radial
    Un planeta y su estrella giran entorno a un punto. La estrella apenas se mueve pero pequeños moviminetos pueden detectarse como corrimientos al rojo y al azul periódicos del espectro de la estrella
    Se puede calcular masa y distancia a la estrella
  • Existen varios más pero de menor importancia cuantitativa
Número de exoplanetas
Tradaron en descubrirse pero ahora se conocen varios miles y se decublen del orden de 300 al año
Se calcula que cerca de la mitad de las estrellas pueden tener al menos un planeta de tamaño semejante a la Tierra y un 20% al menos un planeta del tamaño de júpiter.
El número total de planeas probablemente sea superior al de estrellas
Se calcula que en la galaxia hay unos 40.000 millones de planetas de ipo terrestre en zonas de habitabilidad

Tipos de exoplanetas

Los exoplanetas se clasifica principalmente por su masa

Una masa de unas 13 veces Júpiter crea reacciones nucleares en el nucleo de modo que es una estrella enana marrón muy longeva

Las masas menores producen planetas y otros cuerpos celestes ligados por gravedad a la estrella

Gigantes Gaseosos

Tamaño de Júpiter hasta enanas marrones
Son el mayor número de los descubiertos pues su masa es capaz de mover perceptiblemente la estrella

Se supone que se forman en lugares alejados de la estrella y consiguen acumular muchos gases H2 He CH4 NH3 y agua
Sorprendentemente muchos están muy próximos a la estrella y son muy calientes (Tipo Júpiter caliente)

Es probable que exista un mecanismo general por el que los planetas gigantes se van acercando a la estrella.
E n nuestro sistema solar hemos tenido la suerte de que no sucediera así

Tipo neptuniano

Gaseosos menores. Tipo Neptuno. Muchos también están próximos a la estrella
Pesan del orden de 10 a 50 veces la Tierra.

Supertierras

En nuestro sistema solar no hay supetierras, pero no son rararas en otras setrellas.
Su masa está entre 2 y 10 masas terrestre y son planetas rocosos con se supone que con atmósferas importantes

Tipo terrestre

Con características semejantes a la Tierra

Subterrestres

Planetas rocosos menores que la Tierra

Planetas errantes o interestelares

Un número importante de planetesimales y planetas ya formados son expulsados de un sistema estelar por los planetas mayores.
También, en ocasiones hay porciones pequeñas de gas y polvo que se condensan sin tener la masa suficiente para formar una estrella.

Estos cuerpos deben ser muy numerosos pero tremendamente difíciles de observar pues no brillan con luz propia ni interaccionan de manera importante con las estrellas.
Se desconoce su frecuencia. .

Zona habitable de una estrella

A los astrónomos y astrobiólogos les interesa de menera especial los planetas exitentes en los que sea posible la existencia de vida como la conocemos en la Tierra (Puede ser que se formen seres vivos en otras condiciones pero desconocemos totalmente ciuales pueden ser)

Estas condiciones son esencialmente:

Presencia de agua líquida en el planeta
Para ello debe estar en un rango adecuado de distancias a la estrella. Si está muy cerca el agua se encuentra en forma de vapor. Si está demasiado lejos en forma sólida.
La zona habitable depende del tipo de estrella
Sobre la temperatura del planeta también influye la atmósfera pues las atmósferas importante con gases invernadero calientan considerabemente la superficie.

Planeta de tipo rocoso. Supertierras, terrestres o subterrestres
Los planetas gigantes tienen tanta presión que el agua no se comporta como en la Tierra

Otras características deseables

Poca excentricidad de la órbita

Estrellas estables, no explosivas

Estrellas no muy grandes
Las muy grandes evolucionan demasiado deprisa

No en el centro galáctico.
Se supone que demasisda radiación de explosiones y actividad en agujero negro supermasivo

 

 

Evolución de los sistemas planetarios

Según las teorías actuales los planetas se ha formado en el mismo proceso y simultáneamente a la estrella en la que orbitan

Los planetas lejanos pueden crecer más y son gaseosos mientras loa más cercanos son menores y rocosos

Cada planeta crea un espacio en el que elimina todo el resto de cuerpos por colisión o expulsión

Existen interacciones gravitatorias entre los planetas que inestabilizan unas órbitas y estabilizan otras

En muchos sitemas planetarios estudiados los planetas gigantes se han ido acercando progresivamente a la estrella eliminando a los planetas interiores.
En el Sistema Solar no ha sucedidos. Se supone que por la interacción entre Júpiter y Saturno.

Durante la permanencia de las estrellas en la secuencia principal los planetas no son afectados de manera importante salvo la pérdida de atmósferas en planetas menores o aumneto progresivo de temperaturas en planetas internos.
Cuando la estrella se convierte en gigante roja los planetas más cercanos son engullidos por la estrella.

En explosiones de tipos nova, o sobre todo supernova pueden afectar de manera importante a los planetas o destruirlos completamente.


 

El Sistema Solar

El sistema solar es uno de los miles de millones de sistemas planetarios de nuestra galaxia.

Por lo que se va conociendo de los exoplanetas tiene caracteísticas comunes a otros sistemas y otras más atípicas.


Formación del Sistema Solar

Formado hace 4.600 milones de años a partir de una nube de gas y polvo

Probablemente una supernova próxima inestabiliza la nube y hace que se contraiga además de proporcionar elementos pesados adicionales

Hasta marte sin volátiles

Ocho grandes cuerpos cuatro rocosos cercanos al Sol y cuatro graseosos mayores y más alejados

Órbitas casi completamente circulares y todas en el mismo plano

Asteroides entre Mate y Júpiter

Planetas enanos externos más allá de la órbita de Neptuno ( es posible que un noveno planeta). Muy elípticos

Muchísimos cuerpos del tamaño menor más allá de (nube de OOrt 10.000 - 100.000 UA. (Cometas)

Como peculiaridades respecto a otros sitemas cabe destacar:

  • Júpiter frenado en su viaje al sol por Saturno
  • Venus casi no gira y lo hace al revés
  • Tierra con la Luna. Satélite gigante
  • Urano inclinado casi 90º

Estructura actual de nuestro sistema planetario
Formado por una estrella única, el Sol con la mayor parte de materia y masa del sistema.
La masa del sol es 330.000 veces la masa de la Tierra. . 700 veces más masa que el resto del sistema solar en conjunto.
Masa total de los planetas: 446 veces la masa de la Tierra .
El 70% de esta masa la tiene Júpiter
El resto del sistema (asteroides, planetas menores, cometas, gas, polvo) aproximadamente 1 masa terrestre
Comparación de escalas
Para hacerse una idea de las dimensiones del sistema solar es conveniente redicirlo a escalas con las que estemos más familiarizados:
  Diámetro de la
Tierra
Diámetro del
Sol
Distancia
Tierra - Sol
Distancia
Sol - Plutón
Distancia
a Centauri
Diámetro de la
Galaxia
Tamaño real
13.000 Km
1.4 E6 Km
150 E6 Km
6 E9 Km
40 E12Km
1 E15 Km
Tierra =1cm
1cm
1m
107 m
4.2 Km
29.000 Km
 
Sol = 1mm
 
1 mm
11 cm
4.2 m
29 Km
800.000 Km
 


Tipos de objetos de nuestro sistema planetario
  • Sol
  • Cuerpos que orbitan alrededor del Sol
    • Planetas
      • Interiores rocosos
      • Exteriores gaseoso
    • Asteroides
    • Cuerpos externos
      • Planetas enanos externos
      • Cuerpos de la nube de Oort
      • Cometas
  • Satélites que giran alrededor de los planetas
    • Luna
    • Satélites de los planetas gigantes
    • Anillos

Planetas interiores rocosos

Núcleo de Hierro. Capa de silicatos . Muy poca agua y volátiles.
Atmósferas poco importantes
Densos: Aproximadamente 5 g/cm3
Si son suficientemente grandes conservan vulcanismo y tectónica

Mercurio
Pequeño, muy denso, sin atmósfera, sin tectónica

Venus
Similar en tamaño a la Tierra . Atmósfera densa . temperatura superficial muy elevada . Tectónica . vulcanismo

Tierra
Atmósfera actual de N2 y O2 . Tectónica . Vulcanismo
Luna - Similar a planatas interiores. Sin tectónica reciente

Marte
Atmósfera muy tenue CO2 . Vulcanismo

Planetas exteriores gaseosos

Núcleo pequeño (en comparación con el planeta) de Hierro y silicatos .
Capa de NH
3 CH4 H2O H2 y He. Atmósfera muy potente
Poco densos 1 - 2 g/cm3
Muy grandes
Vientos potentes en la atmósfera.
Abundantes satélites y generalmente anillos

Júpiter
El gigante del sistema

Saturno
Similar a Júpiter. Anillos muy importantes

Urano

Neptuno

Satélites de los planetas gigantes

Núcleo pequeño de hierro y silicatos
Grandes masas de agua sólida o líquida (interior)
En los muy fríos atmósferas de metano y amoniaco
Bastantes de ellos de gran tamaño
La presencia de agua líquida interna y atmósferas de hidrocarburos les hace candidatos a albergar vida

Los mayores (más de 2000 km de diámetro) son:

Io (Júpiter) - Vulcanismo extremo causado por mareas

Europa (Júpiter) - Satélite de hielo. Tectónica

Ganímedes (Júpiter) - Satélite de hielo

Calisto (Júpiter) - Satélite de hielo

Titán (Saturno) - Atmósfera importante. Mares de metano

Tritón (Neptuno)- Órbita retrógrada. Semejante a planetas enanos externos

Asteroides

Cinturón de rocas restos de un planeta que no se formó debido a la proximidad de Júpiter
Desviadas con frecuencia de sus órbitas van colisionando con los planetas del sistema solar
Cuerpos rocosos o metálicos

El mayor es Ceres de 900 km de diámetro
Puede haber hasta dos millones de asteroide mayores de 1 Km. Hasta 150 millones mayores de 100 m

Lista de asteroides

Planetas enanos externos (plutoides)

Mayoritariamente de hielo de agua, metano y amoniaco
Núcleo de silicatos ..
Muy fríos
Órbitas muy elípticas y alejadas del sistema solar. Cinturon de Keiper
Poco densos : 2 g/cm3

Plutón - Caronte
Eris (Xena)
Sedna
Orcus
Makemake
Haumea

Se sospecha de la existencia de un planeta externo de masa considerable bautuzado como planeta 9 o planeta X

Cometas y cuerpos de la nube de Oort

Semejantes a planetesimales originales
Orbitan muy lejos del sol muy lentamente

En ocasiones son desviados al sistema interno. (se desconoce el motivo concreto Un gran planeta desconocido, la aproximación a una estrella..)
Desarrollan una cola cuando se acercan al Sol producto de la evaporación de sus compuestos volátiles.
Se van desintegrando
Responsables de lluvias de meteoritos

Proceden de la nube de Oort.
Una zona de miles de miles de millones de cuerpos de hielo
Masa total unas 5 masas terrestres


Vínculos
Características del sistema solar
Características de los cuerpos del sistema solar
Exoplaneta en wikipedia
Evolución pasada y futura del Sistema Solar
Catálogo de exoplanetas

 


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