Gigantesca 'desestabilización' de los planetas podría haber coincidido con el nacimiento de la luna de la Tierra.

Hace mucho tiempo, la reorganización de los planetas gigantes en nuestro sistema solar puede haber sido fundamental para darle a la Tierra su luna.

Durante décadas, los científicos planetarios han hipotetizado que Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno nacieron mucho más cerca del sol y que las interacciones gravitacionales entre esos planetas los impulsaron a sus trayectorias contemporáneas (SN: 5/10/22). Pero el momento de esa "inestabilidad orbital de los planetas gigantes" ha sido difícil de determinar.

Ahora, un análisis de datos de meteoritos sugiere que la inestabilidad tuvo lugar entre 60 millones y 100 millones de años después de que comenzara a formarse el sistema solar, informó el científico planetario Alessandro Morbidelli el 5 de octubre en San Antonio en una reunión de la División de Ciencias Planetarias de la Sociedad Astronómica Estadounidense. Ese tiempo también coincide aproximadamente con la formación de la luna de la Tierra, que se cree que se formó después de que un planeta del tamaño de Marte chocara contra el nuestro.

La inestabilidad de los planetas gigantes "está relacionada con un completo remodelado del sistema solar, la formación de los depósitos cometarios, el embellecimiento del cinturón de asteroides", dice Morbidelli, del Observatoire de la Côte d'Azur en Niza, Francia. "Comprender cuándo ocurrió significa fijar un hito en la historia del sistema solar".

La migración de los planetas gigantes, propuesta por primera vez por Morbidelli y sus colegas en 2005, es una hipótesis ampliamente aceptada para explicar mucho sobre el sistema solar. En particular, los planetas gigantes viajan a lo largo de órbitas ligeramente alargadas que están inclinadas entre sí. Pero las observaciones de otros sistemas planetarios y las simulaciones por computadora de la formación de planetas sugieren que los planetas gigantes, en general, se forman en órbitas más cercanas que son circulares y coplanares. Usando simulaciones, Morbidelli y otros mostraron que si los planetas gigantes en nuestro sistema solar se formaron así, no se quedarían así. Las interacciones gravitacionales eventualmente harían que los planetas adoptaran las órbitas que tienen hoy.

Al principio, el equipo pensó que esta inestabilidad ocurrió aproximadamente 600 millones de años después del nacimiento del sistema solar. Eso significaba que la migración de los planetas gigantes también podría explicar un aparente bombardeo de asteroides a los planetas terrestres: Mercurio, Venus, Tierra y Marte, como lo demuestran los cráteres en la Luna y las rocas lunares traídas por los astronautas del Apolo. Sin embargo, trabajos más recientes han puesto en duda la realidad de este "cataclismo lunar".

Ahora, Morbidelli sospecha que la inestabilidad orbital ocurrió mucho antes. Su razonamiento comienza con un tipo raro de meteorito llamado enstatita EL chondrites.

La mezcla de elementos en estos meteoritos sugiere que deben ser los restos de un gran cuerpo rocoso, de unos pocos cientos de kilómetros de diámetro, nacido cerca de los planetas terrestres en el disco polvoriento que una vez giraba alrededor de nuestro sol.

Luego, en 2022, Morbidelli y sus colegas mostraron que cualquier enstatita que llegue a la Tierra hoy debe provenir de una colección de fragmentos en el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter. Esos fragmentos se desprendieron todos de Athor, uno de los muchos asteroides allí, después de que chocara hace mucho tiempo con algún otro objeto en el cinturón. En conjunto, esa familia de material suma un asteroide de aproximadamente 60 kilómetros de diámetro, mucho más pequeño que el que se cree que dio origen a las enstatitas en primer lugar. Eso significa que Athor debe ser solo una pieza de ese cuerpo rocoso más grande, que quedó después de una colisión que lo destruyó mucho más cerca del sol.

"La pregunta es, ¿qué mecanismo dinámico puede permitir la implantación de Athor en el cinturón de asteroides?" Dijo Morbidelli en la reunión.

Probó simulaciones por computadora de varias posibilidades, pero hasta ahora solo la inestabilidad de los planetas gigantes parece capaz de enviar a Athor a una órbita estable en el cinturón de asteroides.

Esto no podría haber sucedido antes de 60 millones de años después del nacimiento del sistema solar, dijo Morbidelli. Los elementos radiactivos en las enstatitas chondrites indican que el cuerpo padre se estaba enfriando lentamente hasta entonces, lo que significa que aún era grande. Aún no había chocado con uno de los muchos otros planetesimales revueltos por los planetas terrestres en formación.

Por otro lado, las simulaciones sugieren que la inestabilidad no puede haber ocurrido después de aproximadamente 100 millones de años después de que comenzó el sistema solar. Un estudio en 2018 concluyó que si los planetas gigantes migraron más tarde, un par de asteroides apodados Patroclus-Menoetius, que siguen a Júpiter alrededor del sol mientras orbitan entre sí, se habrían desintegrado.

That 60-million- to 100-million-year window makes the instability a prime suspect in the diversion of a hypothesized planet that hit Earth, creating the moon (SN: 3/15/23).  The timing “seems right,” says Matthew Clement, an astrophysicist at the Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Laurel, Md.  “Lots of things were happening in the solar system’s early history. However, dynamically speaking, we don’t have a whole lot of reason to believe that things changed much after the moon-forming impact.”

But he cautions that Morbidelli’s estimate is based on “one data point, of the breakup of one asteroid, pieces of which serendipitously happened to get to Earth.”

Still, “it’s nice that [the new result] is actually based on some real data, even if it’s indirectly, rather than just computer models,” says planetary scientist John Chambers. He has questions, though. “They suggest this happened when the formation of the terrestrial planets was more or less complete, apart maybe from the giant impact that formed the moon,” says Chambers, of the Carnegie Institution for Science in Washington, D.C. “But then there’s a good chance it would have messed up the orbits of the terrestrial planets and possibly led to some of them colliding,” which the current lineup of planets suggests did not happen.

Both Chambers and Matthews have worked on scenarios in which the orbital instability occurred even earlier, just a few million years after the solar system began. That earlier time for the instability would help explain one of the outstanding riddles of the solar system: the relatively small size of Mars compared with Earth and Venus. That’s because the instability would have removed many objects from near the orbit of Mars before it could grow to the size of Earth or larger. The new result from Morbidelli’s team seems to exclude that solution.

“I’m prepared to rely on the evidence,” Chambers says. But he isn’t convinced yet because many facets of the solar system’s present structure must be reconciled with any date for the giant planet instability.

Clement agrees. “There’s problems if the instability happened at 500 million years. There’s still problems that we have to resolve if it happened when they say it happened,” he says. “And there’s still problems if it happened immediately after the planets formed, in the first few million years. This story is not done being told yet.”

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