objetivos de aprendizaje
al final de esta sección, podrá:
- describir las características de los planetas gigantes, planetas terrestres y cuerpos pequeños en el sistema solar
- explicar qué influye en la temperatura de la superficie de un planeta
- explicar por qué hay actividad geológica en algunos planetas y no en otros
el hecho de que haya dos tipos distintos de planetas—los planetas terrestres rocosos y los planetas jovianos ricos en gas-nos lleva a creer que se formaron bajo condiciones diferentes., Ciertamente sus composiciones están dominadas por diferentes elementos. Veamos cada tipo con más detalle.
los planetas gigantes
Los dos planetas más grandes, Júpiter y Saturno, tienen casi la misma composición química que el sol; están compuestos principalmente de los dos elementos hidrógeno y helio, con el 75% de su masa siendo hidrógeno y el 25% helio. En la tierra, tanto el hidrógeno como el helio son gases, por lo que Júpiter y Saturno a veces se llaman planetas gaseosos. Pero, este nombre es engañoso., Júpiter y Saturno son tan grandes que el gas se comprime en su interior hasta que el hidrógeno se convierte en líquido. Debido a que la mayor parte de ambos planetas consiste en hidrógeno comprimido y licuado, realmente deberíamos llamarlos planetas líquidos.
Figura 1: Júpiter. Esta imagen en color real de Júpiter fue tomada de la nave espacial Cassini en 2000. (crédito: modificación del trabajo por NASA/JPL/Universidad de Arizona)
bajo la fuerza de la gravedad, los elementos más pesados se hunden hacia las partes internas de un planeta líquido o gaseoso., Tanto Júpiter como Saturno, por lo tanto, tienen núcleos compuestos de roca más pesada, metal y hielo, pero no podemos ver estas regiones directamente. De hecho, cuando miramos hacia abajo desde arriba, todo lo que vemos es la atmósfera con sus nubes arremolinadas (Figura 1). Debemos inferir la existencia del núcleo más denso dentro de estos planetas a partir de estudios de la gravedad de cada planeta.
Urano y Neptuno son mucho más pequeños que Júpiter y Saturno, pero cada uno también tiene un núcleo de roca, metal y hielo., Urano y Neptuno fueron menos eficientes para atraer hidrógeno y helio, por lo que tienen atmósferas mucho más pequeñas en proporción a sus núcleos.
químicamente, cada planeta gigante está dominado por el hidrógeno y sus muchos compuestos. Casi todo el oxígeno presente se combina químicamente con hidrógeno para formar agua (H2O). Los químicos llaman a esta composición dominada por el hidrógeno reducida. En todo el sistema solar exterior, encontramos abundante agua (en su mayoría en forma de hielo) y la reducción de la química.
Los Planetas Terrestres
Los planetas terrestres son muy diferentes de los gigantes., Además de ser mucho más pequeños, están compuestos principalmente de rocas y metales. Estos, a su vez, están hechos de elementos que son menos comunes en el universo en su conjunto. Las rocas más abundantes, llamadas silicatos, están hechas de silicio y oxígeno, y el metal más común es el hierro. Podemos decir por sus densidades (Ver Tabla 2 En resumen de nuestro sistema planetario) que Mercurio tiene la mayor proporción de metales (que son más densos) y la Luna tiene la más baja., La Tierra, Venus y Marte tienen composiciones a granel aproximadamente similares: aproximadamente un tercio de su masa consiste en combinaciones de hierro-níquel o hierro-azufre; dos tercios están hechos de silicatos. Debido a que estos planetas están compuestos en gran parte de compuestos de oxígeno (como los minerales de silicato de sus costras), se dice que su química está oxidada.
Cuando miramos la estructura interna de cada uno de los planetas terrestres, encontramos que los metales más densos están en un núcleo central, con los silicatos más ligeros cerca de la superficie., Si estos planetas fueran líquidos, como los planetas gigantes, podríamos entender este efecto como el resultado del hundimiento de elementos más pesados debido a la atracción de la gravedad. Esto nos lleva a concluir que, aunque los planetas terrestres son sólidos hoy en día, en algún momento deben haber sido lo suficientemente calientes como para derretirse.
La diferenciación es el proceso por el cual la gravedad ayuda a separar el interior de un planeta en capas de diferentes composiciones y densidades. Los metales más pesados se hunden para formar un núcleo, mientras que los minerales más ligeros flotan hacia la superficie para formar una corteza., Más tarde, cuando el planeta se enfría, esta estructura estratificada se conserva. Para que un planeta rocoso se diferencie, debe calentarse hasta el punto de fusión de las rocas, que es típicamente más de 1300 K.
lunas, asteroides y cometas
química y estructuralmente, la luna de la Tierra es como los planetas terrestres, pero la mayoría de las lunas están en el sistema solar exterior, y tienen composiciones similares a los núcleos de los planetas gigantes alrededor de los cuales orbitan., Las tres lunas más grandes—Ganímedes y Calisto en el sistema Joviano, y Titán en el sistema saturniano – están compuestas la mitad de agua congelada, y la mitad de rocas y metales. La mayoría de estas lunas se diferenciaron durante la formación, y hoy tienen núcleos de roca y metal, con capas superiores y costras de hielo muy frío y, por lo tanto, muy duro (Figura 2).
Figura 2: Ganímedes. Esta vista de la luna de Júpiter Ganímedes fue tomada en junio de 1996 por la nave espacial Galileo., El color gris pardusco de la superficie indica una mezcla polvorienta de material rocoso y hielo. Los puntos brillantes son lugares donde los impactos recientes han descubierto hielo fresco desde abajo. (crédito: modificación del trabajo de NASA/JPL)
La mayoría de los asteroides y cometas, así como las lunas más pequeñas, probablemente nunca se calentaron hasta el punto de fusión. Sin embargo, algunos de los asteroides más grandes, como Vesta, parecen estar diferenciados; otros son fragmentos de cuerpos diferenciados., Debido a que la mayoría de los asteroides y cometas conservan su composición original, representan material relativamente no modificado que se remonta a la época de la formación del sistema solar. En cierto sentido, actúan como fósiles químicos, ayudándonos a aprender acerca de un tiempo atrás cuyos rastros han sido borrados en mundos más grandes.
temperaturas: ir a extremos
en términos generales, cuanto más lejos esté un planeta o luna del sol, más fría será su superficie. Los planetas son calentados por la energía radiante del sol, que se debilita con el cuadrado de la distancia., Usted sabe lo rápido que el efecto de calentamiento de una chimenea o un calentador radiante al aire libre disminuye a medida que se aleja de ella; el mismo efecto se aplica al Sol. Mercurio, el planeta más cercano al Sol, tiene una temperatura superficial que oscila entre 280-430 °C En su lado iluminado por el sol, mientras que la temperatura superficial en Plutón es de solo unos -220 °c, más fría que el aire líquido.
matemáticamente, las temperaturas disminuyen aproximadamente en proporción a la raíz cuadrada de la distancia del Sol., Plutón está a unas 30 UA en su punto más cercano al sol (o 100 veces la distancia de Mercurio) y a unas 49 UA en su punto más alejado del Sol. Por lo tanto, la temperatura de Plutón es menor que la de Mercurio por la raíz cuadrada de 100, o un factor de 10: de 500 K a 50 K.
además de su distancia del sol, la temperatura de la superficie de un planeta puede ser influenciada fuertemente por su atmósfera. Sin nuestro aislamiento atmosférico (el efecto invernadero, que mantiene el calor), los océanos de la Tierra estarían permanentemente congelados., Por el contrario, si Marte alguna vez tuvo una atmósfera más grande en el pasado, podría haber soportado un clima más templado que el que tiene hoy. Venus es un ejemplo aún más extremo, donde su gruesa atmósfera de dióxido de carbono actúa como aislamiento, reduciendo el escape de calor acumulado en la superficie, lo que resulta en temperaturas mayores que las de Mercurio. Hoy en día, la Tierra es el único planeta donde las temperaturas superficiales generalmente se encuentran entre los puntos de congelación y ebullición del agua. Hasta donde sabemos, la Tierra es el único planeta que soporta vida.,
no hay lugar como el hogar
en la película clásica El Mago De Oz, Dorothy, la heroína, concluye después de sus muchas aventuras en entornos «alienígenas» que «no hay lugar como el hogar.»Lo mismo se puede decir de los otros mundos en nuestro sistema solar. Hay muchos lugares fascinantes, grandes y pequeños, que nos gustaría visitar, pero los humanos no podrían sobrevivir en ninguno sin una gran cantidad de asistencia artificial.
una gruesa atmósfera de dióxido de carbono mantiene la temperatura de la superficie de nuestra vecina Venus en un chisporroteo de 700 K (cerca de 900 °F)., Marte, por otro lado, tiene temperaturas generalmente por debajo del punto de congelación, con aire (también principalmente dióxido de carbono) tan delgado que se asemeja a la que se encuentra a una altitud de 30 kilómetros (100,000 pies) en la atmósfera de la Tierra. Y el planeta rojo es tan seco que no ha tenido ninguna lluvia durante miles de millones de años.
las capas externas de los planetas jovianos no son lo suficientemente cálidas ni lo suficientemente sólidas para la habitación humana., Cualquier base que construyamos en los sistemas de los planetas gigantes bien puede tener que estar en el espacio o en una de sus lunas, ninguna de las cuales es particularmente hospitalaria para un hotel de lujo con piscina y palmeras. Tal vez encontremos refugios más cálidos en las profundidades de las nubes de Júpiter o en el océano bajo el hielo congelado de su luna Europa.
todo esto sugiere que es mejor que cuidemos bien de la Tierra porque es el único sitio donde la vida tal como la conocemos podría sobrevivir., La actividad humana reciente puede estar reduciendo la habitabilidad de nuestro planeta al agregar contaminantes a la atmósfera, especialmente el potente gas de efecto invernadero dióxido de carbono. La civilización humana está cambiando nuestro planeta dramáticamente, y estos cambios no son necesariamente para mejor. En un sistema solar que parece no estar preparado para recibirnos, hacer que la tierra sea menos hospitalaria con la vida puede ser un grave error.
actividad geológica
las costras de todos los planetas terrestres, así como de las lunas más grandes, han sido modificadas a lo largo de sus historias por fuerzas internas y externas., Externamente, cada uno ha sido golpeado por una lluvia lenta de proyectiles desde el espacio, dejando sus superficies marcadas por cráteres de impacto de todos los tamaños (vea la Figura 3 en la descripción general de nuestro sistema planetario). Tenemos buena evidencia de que este bombardeo fue mucho mayor en la historia temprana del sistema solar, pero ciertamente continúa hasta el día de hoy, aunque a un ritmo menor. La colisión de más de 20 piezas grandes del cometa Shoemaker–Levy 9 con Júpiter en el verano de 1994 (Véase la Figura 3) es un ejemplo dramático de este proceso.,
Figura 3: cometa Shoemaker–Levy 9. En esta imagen del cometa Shoemaker–Levy 9 tomada el 17 de mayo de 1994 por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, se pueden ver unos 20 fragmentos de hielo en los que se rompió el cometa. El cometa estaba aproximadamente a 660 millones de kilómetros de la Tierra, dirigiéndose a un curso de colisión con Júpiter. (credit: modification of work by NASA, ESA, H. Weaver (STScl), E. Smith (STScl))
La Figura 4 muestra las secuelas de estas colisiones, cuando se pudieron ver nubes de desechos más grandes que la Tierra en la atmósfera de Júpiter.,
Figura 4: Júpiter con Enormes Nubes de Polvo. El Telescopio Espacial Hubble tomó esta secuencia de imágenes de Júpiter en el verano de 1994, cuando fragmentos del cometa Shoemaker–Levy 9 chocaron con el planeta gigante. Aquí vemos el sitio golpeado por el fragmento G, de cinco minutos a cinco días después del impacto. Varias de las nubes de polvo generadas por las colisiones se hicieron más grandes que la Tierra. (crédito: modificación de la obra por H., Hammel, NASA)
durante el tiempo en que todos los planetas han estado sujetos a tales impactos, las fuerzas internas en los planetas terrestres se han doblado y retorcido sus costras, han construido cadenas montañosas, han entrado en erupción como volcanes y, en general, han remodelado las superficies en lo que llamamos actividad geológica. (El prefijo geo significa «Tierra», así que este es un término un poco» chovinista de la Tierra», pero es tan ampliamente utilizado que nos inclinamos ante la tradición., Entre los planetas terrestres, la Tierra y Venus han experimentado la mayor actividad geológica a lo largo de sus historias, aunque algunas de las lunas en el sistema solar exterior también son sorprendentemente activas. En contraste, nuestra propia Luna es un mundo muerto donde la actividad geológica cesó hace miles de millones de años.
la actividad geológica en un planeta es el resultado de un interior caliente. Las fuerzas del vulcanismo y la construcción de montañas son impulsadas por el calor que escapa de los interiores de los planetas., Como veremos, cada uno de los planetas se calentó en el momento de su nacimiento, y este calor primordial inicialmente impulsó una amplia actividad volcánica, incluso en nuestra Luna. Pero, pequeños objetos como la Luna pronto se enfriaron. Cuanto más grande es el planeta o la luna, más tiempo retiene su calor interno y, por lo tanto, más esperamos ver evidencia superficial de actividad geológica continua. El efecto es similar a nuestra propia experiencia con una patata caliente al horno: cuanto más grande es la patata, más lentamente se enfría. Si queremos que una patata se enfríe rápidamente, la cortamos en trozos pequeños.,
en su mayor parte, la historia de la actividad volcánica en los planetas terrestres se ajusta a las predicciones de esta simple teoría. La Luna, el más pequeño de estos objetos, es un mundo geológicamente muerto. Aunque sabemos menos sobre Mercurio, parece probable que este planeta, también, cesó la mayor actividad volcánica aproximadamente al mismo tiempo que la Luna. Marte representa un caso intermedio. Ha sido mucho más activa que la Luna, pero menos que la Tierra. La tierra y Venus, los planetas terrestres más grandes, todavía tienen interiores fundidos incluso hoy, unos 4.5 mil millones de años después de su nacimiento.,
conceptos clave y Resumen
Los planetas gigantes tienen núcleos densos aproximadamente 10 veces la masa de la Tierra, rodeados por capas de hidrógeno y helio. Los planetas terrestres consisten principalmente en rocas y metales. Una vez fueron fundidos, lo que permitió que sus estructuras se diferenciaran (es decir, sus materiales más densos se hundieron al centro). La Luna se asemeja a los planetas terrestres en composición, pero la mayoría de las otras lunas—que orbitan los planetas gigantes—tienen grandes cantidades de hielo congelado dentro de ellas. En general, los mundos más cercanos al Sol tienen temperaturas superficiales más altas., Las superficies de los planetas terrestres han sido modificadas por impactos del espacio y por diversos grados de actividad geológica.
Glosario
diferenciación: separación gravitacional de materiales de diferente densidad en capas en el interior de un planeta o luna
