Representación de nuestro Sistema Solar. teacherlink.ed.usu.edu

 

La concepción que tenemos del Sistema Solar se ha construido gradualmente a partir de las observaciones e interpretaciones realizadas a lo largo de los siglos. A medida que hemos acumulado información, ampliamos y profundizamos nuestro conocimiento. También han surgido nuevas preguntas cuyas respuestas requieren de nuevas observaciones cada vez más detalladas y precisas. En este artículo se hace un breve recorrido por el camino que ha seguido la astronomía moderna para llegar al concepto que tenemos actualmente del Sistema Solar.

Primeros atisbos. Siglos XVI y XVII

La naturaleza del Sistema Solar se empezó a comprender en la segunda mitad del siglo XVI. En 1580, el conocimiento que se tenía del Sol y los planetas sufrió un drástico cambio y un gran impulso cuando el astrónomo polaco Nicolás Copérnico propuso que los planetas giran alrededor del Sol, no el Sol y los planetas alrededor de la Tierra. Al principio, no se prestó mucha atención a esta teoría, fue hasta el siguiente siglo, en 1610, cuando el astrónomo italiano Galileo Galilei usó por primera vez el telescopio para mirar el cielo y estudiar, entre otros cuerpos, la Luna, Venus, Júpiter y Saturno. Galileo descubrió que Venus tenía fases, como las de nuestro satélite,1 por lo que dedujo que este planeta gira alrededor del Sol, con lo cual corroboró la teoría de Copérnico.

Representación del Sistema Solar heliocéntrico de Copérnico. thales.cica.es

Otro personaje fundamental en el estudio del Sistema Solar fue Tycho Brahe, el observador más importante del siglo XVI, quien desde 1580 hasta 1597, observó a simple vista el Sol, la Luna y los planetas. Sus observaciones, las más exactas de la época, fueron utilizadas por su discípulo Johannes Kepler para mostrar, en 1609, que los planetas se mueven alrededor del Sol siguiendo órbitas elípticas, y para establecer –en las tres leyes de Kepler– una relación entre la distancia del Sol a los planetas y el tiempo en recorrer su órbita. Estas leyes sirvieron para que en 1666 Newton formulara la ley de la gravitación universal.

Siglo XVIII. El descubrimiento de Urano

Hasta 1781 se pensó que el Sistema Solar consistía en una estrella y sólo seis planetas: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter y Saturno. La órbita de Saturno era considerada el límite exterior del Sistema Solar. Desde la Tierra, este planeta se ve como un objeto brillante, comparable a las estrellas y de coloración amarillenta. Ese año, William Herschel descubrió el primer nuevo planeta: Urano, que fue encontrado accidentalmente mientras exploraba el cielo con su telescopio. Al principio, Herschel sospechó que se trataba de un cometa pero, después de muchos esfuerzos, en el verano del mismo año quedó establecido que el movimiento del objeto no correspondía al de un cometa.

El descubrimiento de Herschel fue una sorpresa que cambió la noción que se tenía hasta entonces del Sistema Solar. Urano está dos veces más lejos del Sol que Saturno, por lo que el tamaño del Sistema Solar se duplicó. Además se abrió la posibilidad de encontrar nuevos planetas y hubo conciencia de que los límites del Sistema Solar no estaban totalmente definidos.

Después del hallazgo de Urano, la búsqueda de nuevos planetas en el Sistema Solar se convirtió en uno de los principales intereses de los astrónomos de esa época. El 1 de enero de 1801 Giuseppe Piazzi, un sacerdote italiano, encontró un pequeño objeto desconocido que creyó que era un nuevo planeta y lo llamó Ceres, en honor de la diosa patrona de la isla Sicilia. Cuando Herschel lo observó con su telescopio, dijo que era un cometa al que calificó como asteroide, y sugirió que Ceres, por ser tan pequeño, no recibiera la categoría de planeta, menos aún cuando en 1802 se descubrió otro objeto con una trayectoria similar. Con el tiempo aparecieron muchos de estos cuerpos, a los que llamaron asteroides, planetoides, planetas menores, pero definitivamente no serían llamados planetas.

El planeta Neptuno fue descubierto en septiembre de 1846. solarsystem.nasa.gov

Durante el estudio de Urano, los astrónomos se dieron cuenta de que tenía un movimiento extraño. De acuerdo con la ley de la gravedad, un planeta se acelera al acercarse a un objeto masivo y por eso lo hace cuando se acerca al Sol, pero con Urano sucede lo contrario, se acelera mientras se aleja del Sol. Surgieron varias hipótesis para resolver este problema: ¿habría sido golpeado por un cometa? ¿Tendría algún satélite muy masivo, que no se había detectado? ¿No sería que las leyes de Newton fallaban a grandes distancias? O quizá existía algún planeta desconocido que perturbaba el movimiento de Urano.

Un nuevo mundo: Neptuno

En 1842, la Academia de Ciencias de Göttingen ofreció un premio a quien encontrara la solución del problema del movimiento de Urano. Dos científicos hallaron la respuesta en forma independiente y casi al mismo tiempo. Urbain Leverrier había estudiado matemáticamente el movimiento de los cometas y sabía bien cómo tratar el problema de la órbita de Urano. El 18 de septiembre de 1846 completó sus cálculos y escribió a J. G. Galle, del observatorio de Berlín, pidiéndole realizar observaciones en un lugar del cielo donde predecía que el nuevo planeta debería estar. Cinco días después fue encontrado muy cerca de la posición predicha. El descubrimiento del nuevo mundo, que pronto llevaría el nombre de Neptuno, fue motivo de orgullo nacional en Francia, orgullo que sufrió un golpe cuando se supo que los cálculos de Leverrier habían sido realizados un año antes por el matemático inglés John Couch Adams.

Con el descubrimiento de Neptuno, el tamaño del Sistema Solar se extendió nuevamente. Esta vez el límite se recorrió once veces más lejos, ya que este mundo está once veces más alejado del Sol que Urano. Mientras que Urano y los asteroides o planetas menores fueron encontrados observando el cielo, Neptuno fue descubierto mediante el poder de las matemáticas, empleando lápiz y papel antes que telescopios. Los científicos adquirieron una enorme confianza y pronto quisieron repetir la hazaña. Sin embargo, el caso de Neptuno no volvió a ocurrir y el siguiente descubrimiento de un planeta alrededor del Sol, el de Plutón, se produjo como resultado de innumerables observaciones sistemáticas del cielo.

Plutón: ¿el último planeta?

Durante la segunda mitad del siglo XIX, al estudiar los movimientos de Urano y Neptuno, los astrónomos creyeron que las trayectorias de estos planetas también presentaban irregularidades, la explicación que dieron a este fenómeno fue la atracción gravitacional de un noveno planeta. Muchos científicos se dieron a la búsqueda de lo que se llamó el Planeta x, entre ellos destacó Percival Lowell, quien construyó un observatorio específicamente para esta tarea. Después de varios años de inútil búsqueda, Lowell falleció en 1919. Otros siguieron con la tarea y en 1930, en el observatorio de Lowell, Clude Tombaugh descubrió Plutón, con lo cual se tuvo que recorrer nuevamente el límite de Sistema Solar.

Plutón resultó ser por lo menos cien veces menos brillante de lo que se esperaba para un cuerpo que pudiera perturbar el movimiento de Urano y Neptuno. Su diámetro es de apenas 2280 km, cinco veces menor que el de la Tierra (12 756 km), e incluso menor que el de la Luna (3476 km). Plutón no tiene la masa suficiente para perturbar el movimiento de Urano y Neptuno. Estas irregularidades quedaron eliminadas años después cuando la Voyager 2 midió con alta precisión la masa de estos planetas.

El Cinturón de Kuiper

En 1951, mientras los astrónomos seguían buscando el décimo planeta, el holandés Gerard Kuiper propuso una singular teoría: más allá de Plutón existe un enorme cinturón formado por innumerables objetos de hielo y roca. Kuiper no se refería a planetas, sino a material sobrante de la formación del Sistema Solar. Con esto trataba de explicar el origen de los cometas de periodo corto, aquellos que tardan menos de 200 años en dar una vuelta alrededor del Sol. Desde entonces, se especuló con la existencia de un hipotético Cinturón de Kuiper, parecido al cinturón de asteroides que se encuentra entre las órbitas de Marte y Júpiter. Sin embargo, el tiempo pasaba y no había evidencias que mostraran la existencia de estos objetos. Después de varias décadas de intentos infructuosos, los astrónomos empezaron a resignarse: Plutón parecía ser el planeta más lejano del Sistema Solar.

Durante varios años, Dave Jewitt y Jane Luu utilizaron uno de los enormes telescopios del monte Mauna Kea, en Hawai, con la finalidad de encontrar algún objeto más allá de la órbita de Plutón. El 30 de agosto de 1992 descubrieron un pequeño cuerpo de hielo al que se llamó oficialmente 1992 QB1, ya que todo indicaba que medía apenas unos 200 kilómetros de diámetro; es decir, demasiado pequeño para ser llamado planeta.

El descubrimiento de QB1 fue el primer indicio del tan buscado Cinturón de Kuiper; al hallazgo de este cuerpo siguieron otros y la lista fue creciendo hasta llegar a ser de cientos de objetos, con diámetros entre 100 y 300 km, más allá de la órbita de Neptuno, por lo que se les llamó objetos transneptunianos. Este hecho suscitó una gran polémica entre los astrónomos; un grupo pensaba que Plutón, más que un planeta, parecía ser uno de estos cuerpos, ya que es muy pequeño, su órbita es rara y desentona completamente con el resto de los planetas gigantes. No parece descabellado emparentarlo con los objetos del Cinturón de Kuiper, sin embargo, los defensores de Plutón también tienen buenos argumentos: es pequeño, pero es mucho más grande que los objetos transneptunianos, y sus 2300 km de diámetro marcarían el límite mínimo de la categoría de planeta.

Mientras tanto, el Cinturón de Kuiper siguió aumentando integrantes, los cuales eran cada vez más grandes y lejanos. A principios del 2004, los astrónomos Mike Brown, del Instituto Tecnológico de California, y Chad Trujillo, del observatorio Gemini de Hawai, anunciaron el descubrimiento de 2003 VB12, llamado después Sedna en honor a la diosa esquimal del mar. Este objeto tiene casi 1800 km de diámetro y se encuentra a una distancia de 13 000 millones de kilómetros, 86 veces la distancia del Sol a la Tierra. En julio del 2005, Brown y su equipo descubrieron un objeto llamado 2003 UB313, con un diámetro aproximado de 3000 km, que actualmente se encuentra a 97 veces la distancia del Sol a la Tierra, por lo que ostenta el récord de ser el objeto más lejano del Sistema Solar observado hasta ahora.

Figura 4. Posición en la que se encuentra el Cinturón de Kuiper en el Sistema Solar. www.solarviews.com

El hallazgo de este cuerpo más grande que Plutón desató nuevamente la controversia sobre la clasificación del que hasta ahora había sido el último planeta del Sistema Solar. Algunos astrónomos opinan que el tamaño importa y que la forma más sencilla de resolver la confusión es quitarle a Plutón la categoría de planeta. Consideran que todos debemos aceptar que existen ocho planetas y que en el futuro sólo los objetos más grandes que Marte podrán ser considerados como uno más. Pero no todos piensan así; existe un grupo que defiende públicamente que Plutón (y por lo tanto el objeto recién descubierto) debe ser considerado como planeta porque culturalmente ya ha sido aceptado como tal. Así pues, cuando los astrónomos se pongan de acuerdo con la definición de planeta, podremos saber cuántos planetas tiene el Sistema Solar.

El estudio del Cinturón de Kuiper es un tema reciente en astronomía, se cree que los objetos que lo constituyen son cometas hechos de los residuos de la formación del Sol y los planetas. De acuerdo con las observaciones a través del telescopio espacial Hubble, un grupo de astrónomos calcula que el cinturón tiene por lo menos 200 millones de cometas que han permanecido sin cambio desde la formación del Sistema Solar, hace 4500 millones de años. Estos cuerpos se localizan a 30 o hasta 50 veces la distancia del Sol a la Tierra, aunque se cree que más allá es posible que existan cuerpos de este tipo, pero en todo caso están fuera del alcance de las actuales técnicas de detección.

Nuevos horizontes

El estudio de estos cuerpos ha despertado tal interés que la nasa envió, en enero de este año, una sonda llamada New Horizons. Cuando llegue a Plutón en el 2015 estudiará su superficie, clima y geología, así como la de su satélite Caronte, y por primera vez en la historia tendremos vistas cercanas de estos mundos. Después seguirá su camino y algunos años más tarde visitará el Cinturón de Kuiper; con el arribo a esta zona, se espera aprender sobre la formación del Sistema Solar. Según el investigador principal del proyecto, Alan  Stern, el estudio de los objetos transneptunianos nos abre una ventana de 4500 millones de años atrás en el tiempo para observar las condiciones en que se formaron los planetas gigantes. “Podremos reescribir los textos acerca de los planetas exteriores.”

1 Para leer sobre las fases de nuestro satélite se recomienda consultar el artículo de la misma autora:  “Las fases de la Luna” en Correo del Maestro, año 10, núm. 111, agosto 2005, pp. 5-13.