Júpiter se traga varias lunas gigantes

 

El proceso de formación del sistema solar fue largo y complicado, con incontables variables que influyeron en el aspecto final del mismo, el que a día de hoy observamos. Conocemos el estado inicial, una nube de gas y polvo gigantesca, de unos pocos años luz de diámetro, sin orden alguno. Conocemos también el estado final: el Sol en el centro, cuatro planetas rocosos y relativamente pequeños en el interior y otros cuatro planetas más grandes y gaseosos en el exterior cada uno de ellos con decenas de lunas, todo esto con millones de asteroides repartidos por diferentes zonas. El problema está entonces en unir las dos imágenes, en averiguar cómo llegó aquella nube difusa a tener esta estructura. Una parte importante del proceso probablemente se debió a la “suerte” o más bien a colisiones fortuitas, caóticas y azarosas. Otra parte sin embargo sí podemos llegar a entenderla y modelarla, estudiando la disposición y composición de los diferentes cuerpos que ocupan cada región del sistema solar y estudiando también sistemas estelares alrededor de otras estrellas.

Podríamos centrarnos en mil partes diferentes de ese gran proceso de formación del sistema solar, pero en este artículo nos centraremos en Júpiter y la formación de sus lunas. En la actualidad se conocen 84 lunas orbitando alrededor del gigante gaseoso aunque pensamos que solo unas pocas de ellas son lunas “naturales”, es decir que se formaron a la vez que Júpiter a partir del material que orbitaba al protoplaneta durante su formación. El resto serían asteroides que se formaron en otra región diferente y más tarde fueron capturados durante los más de cuatro mil millones de años de historia del sistema solar.

Los más conocidos y mejor estudiados de esos satélites son sin duda los conocidos como lunas galileanas. Estos fueron los primeros satélites descubiertos orbitando alrededor de un planeta que no fuera la Tierra. De hecho tuvieron que pasar más de cuatro décadas desde que Galileo los observó por primera vez en 1610 hasta que se descubriera un nuevo satélite: Titán, en órbita alrededor de Saturno. Estas cuatro lunas galileanas se encuentran entre los satélites más grandes del sistema solar pero pensamos que antes de que se formaran debieron formarse satélites todavía más grandes alrededor de Júpiter que acabaron cayendo al planeta y siendo devorados por él.

Júpiter se formó a partir de un fragmento relativamente grande de la nube que dio lugar al sistema solar. Júpiter acumula más masa que la del resto de planetas juntos. Ese fragmento de nube se fue contrayendo hasta formar algo parecido a lo que hoy observamos y atrayendo material de los alrededores. Actualmente pensamos que Júpiter solo necesitaría haber atraído una cantidad de polvo y gas del disco circumsolar equivalente al 2 % de su masa para poder explicar el tamaño de sus lunas, pero que por su tamaño y cercanía al Sol (incluso aunque se hubiera formado más lejos de donde está ahora) podría haber atraído en torno al 10 % de su masa de este disco circumsolar.

Mientras esto ocurría, por colisiones e inestabilidades, se fueron formando pequeños satélites alrededor del joven Júpiter. Cuanto más crecían más material de su alrededor atraían y más chocaban y rozaban con el polvo y gas que rodeaba Júpiter. Este roce los hacía frenar de forma que su órbita iba decayendo acercándolos cada vez más a Júpiter. Mientras fueran pequeños crecían más rápido de lo que decaían y su órbita era más o menos estable, pero a partir de cierto tamaño, algo superior al de Ganímedes (la luna más grande de Júpiter y del sistema solar), este rozamiento crecía exponencialmente, abocando a los satélites a un final en el interior de Júpiter. Dada la reciente formación de Júpiter y el ritmo al que caía el nuevo material, las cercanías del gigante gaseoso debían ser un entorno caliente, por lo que estos primeros satélites probablemente estaban formados por roca con muy poca presencia de hielos de ningún tipo.

A lo largo de unos pocos millones de años (no más de cinco) se formaron varias generaciones de satélites alrededor de Júpiter, algo más grandes que los actuales, que fueron sucesivamente perdiendo energía por el rozamiento con el disco que rodeaba a Júpiter y cayendo. Con el tiempo este disco fue limpiándose, por Júpiter y por los sucesivos satélites, hasta que su densidad disminuyó considerablemente. Fue aquí cuando se empezaron a formar los satélites que hoy conocemos. En esta época el material que caía a Júpiter era mucho menor y las temperaturas habían bajado. Fue por esto que las lunas más exteriores, Ganímedes y Calisto, pudieron acumular gran cantidad de hielo de agua. Las cuatro lunas galileanas se formaron sin duda más lejos de Júpiter de lo que están ahora y por el rozamiento con los últimos retazos del disco circumjoviano fueron cayendo hacia el planeta. Sin embargo el disco se limpió antes de que llegaran a caer al interior del planeta. Ganímedes, al ser más grande que Io y Europa, debió caer más rápido hacia Júpiter y probablemente en aquella época fue cuando atrapó a los dos satélites interiores en la resonancia que muestran en la actualidad, por la cual el periodo de sus órbitas es múltiplo o divisor del de las otras lunas.

Referencias:

          Robin M. Canup, William R. Ward, 2009, Origin of Europa and the Galilean Satellites, Europa. University of Arizona Press (in press). arXiv:0812.4995. Bibcode:2009euro.book...59

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