La Tierra probablemente no debería existir. Esto se debe a que las órbitas de los planetas del sistema solar interior (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte) son caóticas, y los modelos han sugerido que estos planetas internos ya deberían haberse estrellado entre sí. Y, sin embargo, eso no ha sucedido. Una nueva investigación publicada el 3 de mayo en la revista Physical Review X finalmente puede explicar por qué.
A través de una inmersión profunda en los modelos de movimiento planetario, los investigadores descubrieron que los movimientos de los planetas interiores están limitados por ciertos parámetros que actúan como una atadura que inhibe el caos del sistema. Además de proporcionar una explicación matemática de la aparente armonía en nuestro sistema solar, las ideas del nuevo estudio pueden ayudar a los científicos a comprender las trayectorias de los exoplanetas que rodean a otras estrellas.
Planetas impredecibles
Los planetas ejercen constantemente una atracción gravitatoria mutua entre sí, y estos pequeños tirones constantemente hacen ajustes menores en las órbitas de los planetas. Los planetas exteriores, que son mucho más grandes, son más resistentes a los pequeños tirones y, por lo tanto, mantienen órbitas comparativamente estables.
Sin embargo, el problema de las trayectorias internas de los planetas sigue siendo demasiado complicado para resolverlo con exactitud. A fines del siglo XIX, el matemático Henri Poincaré demostró que es matemáticamente imposible resolver las ecuaciones que rigen el movimiento de tres o más objetos que interactúan, lo que se conoce como el “problema de los tres cuerpos”. Como resultado, las incertidumbres en los detalles de las posiciones iniciales y velocidades de los planetas aumentan con el tiempo. En otras palabras: es posible tomar dos escenarios en los que las distancias entre Mercurio, Venus, Marte y la Tierra difieren en la más mínima cantidad, y en uno los planetas chocan entre sí y en otro se separan.
El tiempo que tardan dos trayectorias con condiciones iniciales casi idénticas en divergir en una cantidad específica se conoce como el tiempo de Lyapunov del sistema caótico. En 1989, Jacques Laskar, astrónomo y director de investigación del Centro Nacional de Investigaciones Científicas y el Observatorio de París y coautor del nuevo estudio, calculó que el tiempo característico de Lyapunov para el planeta órbitas del sistema solar interior fue de sólo 5 millones de años.
“Básicamente, significa que pierdes un dígito cada 10 millones de años”, dijo Laskar a Live Science. Así, por ejemplo, si la incertidumbre inicial en la posición de un planeta es de 15 metros, 10 millones de años después esta incertidumbre sería de 150 metros; después de 100 millones de años, se pierden otros 9 dígitos, dando una incertidumbre de 150 millones de kilómetros, equivalente a la distancia entre la Tierra y el sol. “Básicamente, no tienes idea de dónde está el planeta”, dijo Laskar.
Si bien 100 millones de años pueden parecer largos, el sistema solar en sí tiene más de 4500 millones de años y la falta de eventos dramáticos, como una colisión planetaria o la expulsión de un planeta de todo este movimiento caótico, desconcertó a los científicos durante mucho tiempo. Laskar luego miró el problema de una manera diferente: simulando las trayectorias internas del planeta durante los próximos 5 mil millones de años, pasando de un momento al siguiente. Encontró solo un 1% de probabilidad de una colisión planetaria. Con el mismo enfoque, calculó que tomaría, en promedio, alrededor de 30 mil millones de años para que cualquiera de los planetas colisione.
Refrenando el caos
Profundizando en las matemáticas, Laskar y sus colegas identificaron por primera vez “simetrías” o “cantidades conservadas” en las interacciones gravitatorias que crean una “barrera práctica en el caótico deambular de los planetas”, dijo Laskar.
Estas cantidades emergentes permanecen casi constantes e inhiben ciertos movimientos caóticos, pero no los evitan por completo, al igual que el borde levantado de un plato inhibirá que la comida se caiga del plato pero no lo evitará por completo. Podemos agradecer a estas cantidades la aparente estabilidad de nuestro sistema solar.
Renu Malhotra, profesor de Ciencias Planetarias de la Universidad de Arizona que no participó en el estudio, destacó cuán sutiles son los mecanismos identificados en el estudio. Malhotra le dijo a Live Science que es interesante que “las órbitas planetarias de nuestro sistema solar muestren un caos excepcionalmente débil”.
En otro trabajo, Laskar y sus colegas están buscando pistas sobre si la cantidad de planetas en el sistema solar alguna vez difirió de lo que vemos actualmente. A pesar de toda la estabilidad evidente hoy en día, sigue siendo una pregunta abierta si ese ha sido siempre el caso durante los miles de millones de años antes de que la vida evolucionara.
Fuente: Live Science.
