sábado, 9 de abril de 2011

La órbita de Plutón

Hay una ilusión interesante relacionada con la órbita de Plutón. En general la vemos representada como mirando el sistema solar desde "arriba", como en esta ilustración. Vemos el Sol en el centro, y las órbitas de los cuatro planetas gigantes, casi circulares: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. La órbita de Plutón (indicado como Plutón-Caronte en Celestia) es mucho más ovalada: es una elipse muy excéntrica. Todas las órbitas de los planetas y de los satélites son elipses, como descubrió Kepler hace 400 años. Algunas son más excéntricas que otras, y la de Plutón es bastante ovalada, como se ve a simple vista. Además, parece cruzarse con la de Neptuno. ¡A ver si chocan!

El Sol está en un foco de la elipse, no en el centro, de manera que la distancia de Plutón al Sol cambia mucho a lo largo de su "año". Cambia tanto que a veces, efectivamente, está más cerca del Sol que Neptuno. En este gráfico puse la distancia al Sol de ambos, a lo largo del tiempo empezando en 1930 (fecha del descubrimiento de Plutón). La órbita de Neptuno es redondita, y su distancia al Sol es casi constante alrededor de 30 UA (línea roja). La de Plutón varía muchísimo: entre 30 y 50 UA (línea negra). Ahora se está alejando del Sol, y lo seguirá haciendo hasta principios del siglo que viene.

El cruce de las órbitas, sin embargo, es ilusorio. Mirando el sistema solar "de costado" (desde el plano de las órbitas de los planetas) se ve así. La órbita de Plutón no sólo es mucho más ovalada que la de los planetas, sino que está muy inclinada. Aunque mirando "desde arriba" las órbitas de Plutón y de Neptuno parecen cruzarse, en realidad están siempre bastante lejos. En esos "cruces" la órbita de Plutón está separada de la de Neptuno por unas 8 unidades astronómicas en dirección vertical.

La órbita de Plutón es tan rara que los astrónomos sospecharon desde su descubrimiento que había algo especial. Pero recién a fines del siglo XX se descubrió la razón: Plutón forma parte de un enorme enjambre de cuerpos menores, llamado cinturón de Kuiper. Esta es la razón por la cual ha perdido su categoría de planeta. Lo mismo le ocurrió a Ceres, el primero de los asteroides descubiertos, y clasificado inicialmente como planeta, con nombre de una diosa importante y todo. Cuando resultó evidente que era parte de un enjambre peculiar (el cinturón de asteroides), Ceres perdió su rango planetario. Lo mismo ocurrió con Plutón, sólo que tardaron décadas en descubrir a sus familiares, y ya nos habíamos acostumbrado a contarlo entre los planetas. De hecho ya había ocurrido mucho antes, sólo que nos vamos olvidando: hace casi 500 años Copérnico dijo: "El Sol y la Luna no son planetas". Bang. Dos planetas —de los siete "clásicos"— de un golpe. Su libro terminó en el Index de los Libros Prohibidos, y la semana todavía tiene siete días, uno por cada "planeta".

Bueno, pero, ¿podrían chocar Plutón y Neptuno? No. Plutón y Neptuno bailan una especie de vals, llamado resonancia 3:2. En el tiempo en que Neptuno da tres vueltas alrededor del Sol, Plutón da dos vueltas. Neptuno hace pum-pa-pa (tres tiempos, dije que es un vals) y al mismo tiempo Plutón hace poom-poom. Si tienen alguien al lado pueden cantarlo, o tratar de bailarlo (¡sin chocar!). Esta resonancia hace que Plutón y Neptuno nunca se encuentren muy cerca, a pesar del "cruce" de sus órbitas. Se puede verlo en Celestia acelerando el tiempo, y se entiende mucho mejor que contándolo. Plutón no es el único objeto del cinturón de Kuiper en resonancia 3:2 con Neptuno; se conocen varios (y debe haber más) y se los llama plutinos.

De hecho, Neptuno y Plutón están siempre tan alejados uno del otro que el planeta que más se acerca a Plutón no es Neptuno, ¡sino Urano! Apuesto a que si le preguntan a cualquier astrónomo profesional más de uno va a meter la pata. Acá grafiqué la distancia de Plutón a Neptuno y de Plutón a Urano. Se ve que la curva roja, que muestra esta última, alcanza valores más chicos que la curva negra. De paso, se ve la resonancia 3:2 como una estructura de tres picos en la curva negra, que se repite a medida que Plutón y Neptuno bailan su vals.


Nota sobre Kuiper. Yo siempre pronuncio "kuíper". Los gringos dicen "káiper". Gerard Kuiper era de origen holandés, así que probablemente pronunciaba algo así como "kóiper" (como Huygens).

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5 comentarios:

  1. Hola Guillermo: Muy interesante, como siempre. Es interesante ver como un grafico ayuda a darte una idea mas clarea de un fenómeno.
    Pero también Urano mantiene una importante diferencia en la inclinación en el plano de su orbita con Plutón, que debería influir en un menor acercamiento. No es fácil verlo.
    Uno esta acostumbrado a imaginar el giro de los planetas en un mismo plano, que sorprende cuando ves que por ejemplo Iris tiene una inclinación muy marcada de 45º. ¿Hay que ver al los cuerpos celeste que giran en torno al Sol, como dentro de una bóveda? O los discos protoplanetrarios determinan un máximo de inclinación par los planetas y otros objetos que se formaran.

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  2. Sí, alguien ya me había mencionado de esto pero no me lo explicó en ese momento y se me olvidó buscar, pues yo creía que en efecto las órbitas de Neptuno y de Plutón se cruzaban (y aunque he usado Celestia no acostumbro a ver el Sistema Solar de canto).

    Buena e interesantísima explicación.

    Saludos.

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  3. @Pedro: Las órbitas de los planetas (de los 8 planetas) se encuentran todas casi en un mismo plano. Excepto Mercurio, cuya órbita está inclinada 7°, todas las demás están a lo sumo 3° inclinadas con respecto a la de la Tierra. La de Plutón, inclinada 17°, es extraordinaria, pero similar a la de otros cuerpos del cinturón de Kuiper. Otros cuerpos pequeños, cometas, asteroides, satélites, están todavía más inclinados.

    Una masa de gas en rotación, como la de las nebulosas de las cuales se forman los sistemas planetarios, tiene una configuración dinámicamente estable en forma de disco. En ese disco se pegotean las partículas que acaban formando los planetas y todo lo demás. Los cuerpos pequeños sufren fuertes interacciones con los más grandes y resultan dispersados fuera de este plano, hasta que alcanzan nuevas órbitas estables (o más o menos estables a largo plazo).

    La órbita de Eris, efectivamente, está aún más inclinada: 45°, algo típico de un cometa. Eris probablemente no es miembro del cinturón de Kuiper, sino de una región más lejana que a veces llaman simplemente "el disco disperso". Ocupan regiones muy lejanas, más allá del cinturón de Kuiper (que es como una rosca, como el de asteroides). Se sospecha que de allí vinieron casi todos los cometas periódicos. Más allá aún estaría la conjetural "nube de Oort", con órbitas tan inclinadas que forma una cáscara esférica alrededor del Sol. No se conoce ningún objeto en la nube de Oort, si bien se sospecha que los cometas de período largo, o de órbita abierta, vienen de allí.

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  4. Gracias por la respuesta, quedo aclarada mi pregunta. Cuando me referí a bóveda estaba pensando en objetos menores, porque si no me equivoco hay cometas con orbitas casi perpendiculares a la eclíptica. (como se puede deducir de tu respuesta)

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