ASTRONOMÍA * web especial * UNA MIRADA AL COSMOS

El Sistema Solar
Nuestros vecinos más cercanos
A simple vista podemos reconocer cinco planetas, pero el Sistema Solar consta de nueve (8 si se admite retirar a Plutón)  y una miríada de objetos pequeños cuyo recuento aumenta constantemente: satélites, anillos, asteroides, cometas y polvo interplanetario.

El Sol posee una atmósfera de la que proviene la mayoría de la luz que recibimos. En las figuras podemos distinguir las capas atmosféricas: la más baja (el disco entero) y la más alta (un detalle). Ésta última, denominada corona, presenta espectáculos inigualables de eyecciones de materia que son detectadas en la Tierra.

Créditos disco: Th. Pettauer (IfA) y J. A. Bonet (IAC).
Créditos detalle: Lockheed Martin. Solar and Astroph. Lab.

NUESTROS VECINOS MÁS  CERCANOS
Cuando los humanos miraron al cielo por primera vez, reconocieron grupos fijos de estrellas que giraban alrededor de sus cabezas y que, dada su estabilidad, recibieron nombres de objetos y animales conocidos. Se trata de las constelaciones. Junto a ellas, además del Sol y la Luna, se distinguían unos puntos brillantes que se movían cada noche y que más tarde se identificarían como los planetas de nuestro Sistema Solar. En términos numéricos, el  Sistema Solar consta del Sol, en el centro, nueve  planetas mayores, 97 satélites (conocidos, aunque pueden existir más), cuatro sistemas de anillos, millones de asteroides (con radio superior a 1 km), trillones de cometas, el viento solar (flujo de partículas cargadas procedentes del Sol que invaden el espacio interplanetario), y una gran nube de polvo. Estudiando estos cuerpos, tanto colectiva como individualmente, intentamos comprender el origen, formación y evolución del Sistema Solar; un proceso que comenzó, a partir de una nube de gas y polvo,  hace 4600 millones de años.

El Sol, nuestra estrella
Se trata de una estrella bastante «común», que emite la mayor parte de su radiación* en luz visible y cuya atmósfera se compone de un 95% de hidrógeno, un 3% de helio y el 2% restante de elementos pesados (como el hierro o magnesio). Produce energía mediante la fusión de átomos de hidrógeno para dar lugar a helio, de tal forma que esa energía se «abre» camino hasta la superficie de la estrella y se emite en forma de radiación visible. La temperatura central del Sol, donde la fusión tiene lugar, asciende a 15 millones de grados, mientras que en la superficie es «tan solo» de 5600 grados. Una estrella con las características del Sol tiene una vida media de unos 9000 a 10000 millones de años, de modo que nuestra estrella ha vivido ya la mitad de su existencia.

Los planetas
Según su composición, podemos clasificar los planetas en dos grandes grupos: los terrestres (similares a la Tierra) y los  gigantes gaseosos o jovianos (similares a Júpiter). El primero abarca Mercurio, Venus, la Tierra y Marte, todos ellos con superficie sólida y un núcleo de hierro y rocas ricas en silicio. Esta característica común parece consecuencia de que, a distancias cortas al Sol,  la temperatura era muy elevada para que los gases condensaran y formaran hielos. Pero vayamos uno por uno: Mercurio cuenta con el mayor número de cráteres porque su cercanía al Sol atrae a los meteoritos y su tenue atmósfera no protege la superficie ni los desintegra. En cambio, Venus posee una densa envoltura gaseosa de dióxido de carbono (CO2), una presión en la superficie 94 veces superior a la terrestre (equivalente a una profundidad en el mar de 1000 metros) y una temperatura de 462º C (el plomo se fundiría fácilmente). Las  nubes de esta atmósfera, compuestas por ácido sulfúrico y agua, forman un escudo gaseoso que ha protegido la superficie de los impactos de meteoritos. Además,  la actividad tectónica, reflejada en un vulcanismo muy activo, con cráteres de 100 km de diámetro o  ríos de lava de 80 km de largo, ha rejuvenecido la cara del planeta, que cuenta sólo con unos 600 millones de años.

Algo mucho más agradable ocurre en la Tierra. Ciertamente, existe una actividad tectónica que origina cordilleras y volcanes, pero no de las dimensiones vistas en Venus. Sin embargo, la «coincidencia» más agradable reside en que sólo en nuestro planeta se da la combinación justa de presión atmosférica y temperatura para la existencia de agua en estado líquido sobre la superficie. Ésto ha favorecido que las cicatrices de los impactos de meteoritos  hayan desaparecido gracias a  la erosión climática, y que se haya desarrollado vida en la forma que actualmente conocemos. La composición atmosférica actual se debe precisamente a la existencia de vida, pues se cree que en sus orígenes era mucho más densa y más contaminada con dióxido de carbono.

Marte presenta una mezcla de las características mencionadas hasta ahora. Tiene una atmósfera tenue de dióxido de carbono con una presión en la superficie de seis milibares, equivalente a la terrestre a 50 kilómetros de altura, y una temperatura de -63º C. La casi totalidad de la superficie marciana se asemeja a nuestros más desoladores desiertos, con tormentas de polvo que pueden cubrir al planeta durante meses, con cañones de 7 km de profundidad (el Cañón del Colorado tiene 2.7 km), montañas de 24 km de altura (tres veces el Monte Everest), y una «Antártida» y «Antártica» locales de hielo de CO2. En «días claros», las imágenes que proporcionan las misiones espaciales muestran un planeta cuya superficie se asemeja aún más a la terrestre, con torrenteras probablemente causadas por flujos masivos de agua de hace millones de años. Si esto fue así, quizá Marte reunió las condiciones idóneas para albergar alguna forma de vida en tiempos primitivos.


Los Gigantes Gaseosos  se caracterizan por tener una densidad media baja y una atmósfera de hidrógeno-helio muy densa, probablemente capturada de la nebulosa solar durante su formación. De hecho, la composición de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno se parece a la del Sol, ligeramente enriquecida en elementos pesados (nitrógeno, carbono, fósforo, azufre...). Estos planetas carecen de una superficie sólida, aunque muy probablemente contienen un núcleo sólido de silicatos y hierro de unas diez  veces la masa terrestre. Sus atmósferas presentan bandas de diferentes «colores», originadas por las capas de nubes a diferentes alturas y de diferente composición que reflejan la luz solar y se ven afectadas por ciclones y anticiclones : algunas son  tan estables que han permanecido durante decenas y centenares de años (la gran mancha roja de Júpiter es una de ellas), otras se desplazan de  sur a norte sin perder su forma (la mancha oscura de Neptuno), o se engullen unas a otras, desparecen y renacen.

Cada planeta joviano  posee un sistema de anillos: Júpiter posee solo uno; Saturno muestra un maravilloso cinturón compuesto por miles de anillos individuales;  a Urano le rodean cinco finísimos anillos, mientras que el sistema de Neptuno destaca por su irregularidad, incluso con vacíos a lo largo de él.
Plutón y su satélite Caronte, de tamaños muy similares,  constituyen un sistema binario, es decir, una pareja cuyos elementos no podrían sobrevivir por separado. Ligados dinámicamente, se muestran siempre la misma cara, lo que los mantiene estables en la frontera del Sistema Solar. Son cuerpos rocosos helados, con hielos de agua, nitrógeno, metano y monóxido de carbono en sus superficies, que comparten las características comunes a los planetas terrestres pero en los confines del Sistema Solar externo.

La pregunta inevitable
¿Constituye el Sistema Solar una singularidad en el Universo observable? Parece que no. Los grandes avances telescópicos permiten el descubrimiento de planetas (todavía Gigantes Gaseosos) alrededor de otras estrellas a un ritmo vertiginoso. Los 87 sistemas descubiertos, entre los que once son múltiples - estrella y más de un planeta-  albergan un total de 101 planetas. Pero la similitud se extiende más allá, ya que las observaciones del Telescopio Espacial Hubble han desvelado, alrededor de muchas estrellas (como Beta Pictoris), un disco de material opaco (¿polvo?, ¿planetesimales?, ¿asteroides?) muy similar a la visión que nos ofrecería nuestro Sistema Solar visto desde Beta Pictoris. 

La nebulosa solar, la nube de polvo y gas a partir de la que se formó el sistema de planetas, presentaba, casi con total certeza, una elevada variación de temperatura y era más fría a mayor distancia del centro. La huella de este cambio de temperatura se puede ver en la composición de los planetas y de sus satélites. Incluso, parte de esta variación se ha conservado en el cinturón de asteroides, entre Marte y Júpiter.
Izquierda: disco protoplanetario, embrión de un posible sistema solar. Créditos: ESO.
Centro y Derecha: Marte, planeta de carácter sólido, y Neptuno, un gigante gaseoso. Créditos: NASA. 

Otras «lunas»

Aunque la Tierra cuenta con la Luna y Marte con sus dos satélites, los planetas jovianos ostentan el récord en variedad de satélites. Júpiter tiene, «por ahora»,  32 satélites. Quizás el más atractivo, pero también el más terrorífico, es Io, donde las explosiones volcánicas de azufre han conformado una superficie muy rica en sales con colores que van desde el verdoso hasta el rojo; o Europa que, bajo su rejuvenecida superficie, puede ocultar un océano de agua líquida con sales disueltas. Se han encontrado 37 satélites alrededor de Saturno, entre los que destaca Titán, el único satélite del Sistema Solar con una atmósfera densa de nitrógeno, metano e hidrógeno, digna de ser llamada así. Urano cuenta con cinco cuerpos catalogables como satélites, cuya variedad sugiere que en algún momento de su historia se rompieron y posteriormente acumularon masa para formar Miranda u otros especialmente amorfos. Neptuno también posee un elemento singular: Tritón, con géiseres de nitrógeno y metano, una superficie en continuo procesamiento, y con una órbita retrógrada que indica que fue capturado por el planeta y que terminará por caer sobre él. 

El planeta que no fue


Entre Marte y Júpiter nos encontramos con un embrión de planeta conocido como el Cinturón de Asteroides. Los cuerpos, o planetas menores, que contiene, se pueden considerar similares a los bloques (o planetesimales) que se unieron para formar los planetas terrestres, pero a los que la cercanía de un planeta gigante, Júpiter, les impidió unirse para formar un planeta más.  Son muy diversos en composición (olivino, silicatos anhídricos, arcillas, piroxenos de magnesio, feldespatos, etc ), forma (elongada, deformada y accidentada por impactos, generalmente) y tamaño (desde centenares de metros hasta los 960 km de diámetro de Ceres), y algunos incluso poseen satélites (como Ida y su satélite Dactilo). 

Estrellas con cabellera

Cometa Hale-Bopp.  Créditos: Jochen Rink, Canadá 

Este escenario de Sol y planetas recibe a veces la visita de un cometa, que despliega una enorme belleza en el cielo nocturno. La estructura interna de un cometa, es decir, su núcleo, no se conoce con absoluta certeza: puede tratarse de una mezcla de hielo y material rocoso (silicatos y olivinos) que se mantiene estable a grandes distancias del Sol, pero que, a medida que se acerca a éste, se calienta, el hielo se evapora y arrastra parte de ese material sólido y, en algunos casos, produce la ruptura del núcleo. Así nace la maravillosa «estrella con cabellera» (significado griego de cometa), aunque en realidad se trata de una nube de gas con dos o tres colas: la de polvo que se hace visible al reflejar la luz del Sol, la de gas ionizado y arrastrado por la radiación y el viento solar, y otra de sodio que procede de la evaporación parcial de los granos de polvo. Todas estas colas tienen una dirección antisolar.

A diferencia del Sol, los planetas y asteroides, que comparten aproximadamente un mismo plano (el de la eclíptica), los cometas vienen «de todas direcciones». Sus órbitas indican que existen dos reservas de éstos: un disco plano -aproximadamente también en la eclíptica- llamado cinturón de Edgeworth-Kuiper, que se localiza más allá de la órbita de Neptuno -a una distancia de entre 30 y 100 Unidades Astronómicas (UA)- y una burbuja que abarca todo el Sistema Solar (con una anchura de 10000 a 20000 UA) conocida como Nube de Oort. Los cometas y objetos del cinturón de Edgeworth-Kuiper, al encontrarse muy lejos del Sol casi toda su vida, no han sufrido cambios, ni físicos ni químicos, y albergan pistas sobre nuestros orígenes.


Cometa Hyakutake. Créditos: Herman Mikuz, Eslovenia. 

Investigamos los campos magnéticos solares.
Investigamos de forma teórica y observacional las atmósferas de los planetas -incluida la Tierra- y satélites del Sistema Solar para desarrollar modelos que nos proporcionen datos sobre su composición, temperatura, presencia de nubes, etc.,  y que sirvan de apoyo científico a misiones espaciales como Cassini-Huygens, en ruta hacia Saturno; TIMED (de la NASA) y ENVISAT (Agencia Espacial Europea, ESA) alrededor de la Tierra; y Mars Express, que emprenderá viaje a Marte en Junio del 2003.
Efectuamos observaciones telescópicas de los Cuerpos Menores (asteroides, cometas,) cuyo estudio detallado nos está desvelando  características primitivas del Sistema Solar. Esta investigación es de crucial importancia para interpretar los datos sobre un cometa y dos asteroides que la Misión Rosetta nos proporcionará entre el 2006 y el 2013.
 Se analizan las oscilaciones estelares, así como la detección del paso de planetas extrasolares frente al disco estelar. Todo ello  como preparación para la Misión COROT, un satélite diseñado para  medir las pulsaciones de las estrellas (astrosismología) y el primero que puede encontrar planetas de tamaño parecido al de la Tierra girando alrededor otras estrellas.  Lo que no sabemos...  Existe o ha existido agua en otros cuerpos del Sistema Solar? Se busca tanto agua como trazas biológicas en Marte y Europa.

Cómo se forma un sistema planetario? Debemos establecer qué tipo de estrellas forman planetas y con qué características.
Qué ocurre en el Sol a escalas menores de 100 kilómetros?
Qué procesos dan lugar a las características de los Gigantes Gaseosos antes descritas?
Cuál es la estructura, composición y comportamiento que tienen los cuerpos menos evolucionados del Sistema Solar? 

---