La hipótesis de que el sistema solar se originó a partir de una gigantesca nube de gas y polvo fue planteada por primera vez en la segunda mitad del siglo XVIII por el filósofo alemán Immanuel Kant y desarrollada por el matemático francés Pierre-Simon de Laplace. Ahora es un consenso entre los astrónomos. Gracias a la enorme cantidad de datos de observación, insumos teóricos y recursos computacionales ahora disponibles, se ha perfeccionado continuamente, pero este no es un proceso lineal.

Tampoco está exento de controversias. Hasta hace poco, Se pensaba que el sistema solar había adquirido sus características actuales como resultado de un período de turbulencia que se produjo unos 700 millones de años después de su formación. Sin embargo, Algunas de las últimas investigaciones sugieren que tomó forma en un pasado más remoto, en algún momento durante los primeros 100 millones de años.

Un estudio realizado por tres investigadores brasileños ofrece pruebas sólidas de esta estructuración anterior. Reportado en un artículo publicado en la revista. Ícaro , el estudio contó con el apoyo de la Fundación de Investigaciones de São Paulo — FAPESP. Todos los autores están afiliados a la Escuela de Ingeniería de la Universidad Estadual de São Paulo (FEG-UNESP) en Guaratinguetá (Brasil).

El autor principal es Rafael Ribeiro de Sousa. Los otros dos autores son André Izidoro Ferreira da Costa y Ernesto Vieira Neto, investigador principal del estudio.

"La gran cantidad de datos adquiridos a partir de la observación detallada del sistema solar nos permite definir con precisión las trayectorias de los muchos cuerpos que orbitan alrededor del sol, "Dijo Ribeiro." Esta estructura orbital nos permite escribir la historia de la formación del sistema solar. Emergiendo de la nube de gas y polvo que rodeaba al sol hace unos 4.600 millones de años, los planetas gigantes se formaron en órbitas más cercanas entre sí y también más cerca del sol. Las órbitas también eran más coplanarias y más circulares de lo que son ahora, y más interconectados en sistemas dinámicos resonantes. Estos sistemas estables son el resultado más probable de la dinámica gravitacional de la formación de planetas a partir de discos protoplanetarios gaseosos ".

Izidoro ofreció más detalles:"Los cuatro planetas gigantes:Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno:emergieron de la nube de gas y polvo en órbitas más compactas, ", dijo." Sus movimientos eran fuertemente sincrónicos debido a las cadenas resonantes, con Júpiter completando tres revoluciones alrededor del sol, mientras que Saturno completó dos. Todos los planetas estaban involucrados en esta sincronicidad producida por la dinámica del disco de gas primordial y la dinámica gravitacional de los planetas ".

Sin embargo, en toda la región de formación del sistema solar exterior, que incluye la zona ubicada más allá de las órbitas actuales de Urano y Neptuno, el sistema solar tenía una gran población de planetesimales, pequeños cuerpos de roca y hielo considerados los componentes básicos de los planetas y precursores de los asteroides, cometas y satélites.

El disco planetesimal externo comenzó a perturbar el equilibrio gravitacional del sistema. Las resonancias se interrumpieron después de la fase gaseosa, y el sistema entró en un período de caos en el que los planetas gigantes interactuaron violentamente y expulsaron materia al espacio.

"Plutón y sus gélidos vecinos fueron empujados al Cinturón de Kuiper, dónde se encuentran ahora, y todo el grupo de planetas migró a órbitas más distantes del sol, "Dijo Ribeiro.

El cinturón de Kuiper, cuya existencia fue propuesta en 1951 por el astrónomo holandés Gerard Kuiper y posteriormente confirmada por observaciones astronómicas, es una estructura toroidal (en forma de rosquilla) formada por miles de pequeños cuerpos que orbitan alrededor del sol.

La diversidad de sus órbitas no se ve en ninguna otra parte del sistema solar. El borde interior del Cinturón de Kuiper comienza en la órbita de Neptuno a unas 30 unidades astronómicas (UA) del sol. El borde exterior está a unas 50 UA del sol. Una UA es aproximadamente igual a la distancia promedio de la Tierra al sol.

Volviendo a la ruptura de la sincronicidad y al inicio de la etapa caótica, la pregunta es cuándo sucedió esto:muy temprano en la vida del sistema solar, cuando tenía 100 millones de años o menos, o mucho mas tarde, probablemente unos 700 millones de años después de la formación de los planetas?

"Hasta hace poco, predominó la hipótesis de inestabilidad tardía, "Dijo Ribeiro." La datación de las rocas lunares traídas por los astronautas del Apolo sugirió que fueron creadas por asteroides y cometas que chocaron contra la superficie lunar al mismo tiempo. Este cataclismo se conoce como el "Bombardeo intenso tardío" de la luna. Si ocurrió en la luna, presumiblemente también sucedió en la Tierra y en otros planetas terrestres del sistema solar. Debido a que una gran cantidad de materia en forma de asteroides y cometas se proyectó en todas direcciones en el sistema solar durante el período de inestabilidad planetaria, Se dedujo de las rocas lunares que este período caótico ocurrió tarde, pero en los últimos años, la idea de un "bombardeo tardío" de la luna ha caído en desgracia ".

Según Ribeiro, si la catástrofe caótica tardía hubiera ocurrido, habría destruido la Tierra y los demás planetas terrestres, o al menos provocó perturbaciones que los habrían colocado en órbitas totalmente diferentes a las que observamos ahora.

Es más, Se descubrió que las rocas lunares traídas por los astronautas del Apolo fueron producidas por un solo impacto. Si se hubieran originado en la inestabilidad tardía de los planetas gigantes, habría evidencia de varios impactos, dada la dispersión de los planetesimales por los planetas gigantes.

"El punto de partida de nuestro estudio fue la idea de que la inestabilidad debería fecharse dinámicamente. La inestabilidad sólo puede haber ocurrido más tarde si había una distancia relativamente grande entre el borde interior del disco de planetesimales y la órbita de Neptuno cuando se agotó el gas. Esta distancia relativamente grande resultó insostenible en nuestra simulación, "Dijo Ribeiro.

El argumento se basa en una premisa simple:cuanto menor es la distancia entre Neptuno y el disco planetesimal, cuanto mayor sea la influencia gravitacional, y, por tanto, cuanto más temprano sea el período de inestabilidad. En cambio, la inestabilidad posterior requiere una distancia mayor.

"Lo que hicimos fue esculpir el disco planetesimal primordial por primera vez. Para hacerlo, tuvimos que volver a la formación de los gigantes de hielo Urano y Neptuno. Las simulaciones por computadora basadas en un modelo construido por el profesor Izidoro [Ferreira da Costa] en 2015 mostraron que la formación de Urano y Neptuno puede haberse originado en embriones planetarios con varias masas terrestres. Las colisiones masivas de estas súper-Tierras explicarían, por ejemplo, por qué Urano gira de costado, Ribeiro dijo, refiriéndose a la "inclinación de Urano, "con los polos norte y sur ubicados en sus lados en lugar de arriba y abajo.

Estudios anteriores habían señalado la importancia de la distancia entre la órbita de Neptuno y el límite interno del disco planetesimal. pero usaron un modelo en el que los cuatro planetas gigantes ya estaban formados.

"La novedad de este último estudio es que el modelo no comienza con planetas completamente formados. En cambio, Urano y Neptuno todavía están en la etapa de crecimiento, y el motor de crecimiento son dos o tres colisiones que involucran objetos con hasta cinco masas terrestres, "Dijo Izidoro.

"Imagina una situación en la que se forman Júpiter y Saturno, pero tenemos de cinco a diez supertierras en lugar de Urano y Neptuno. El gas obliga a las súper Tierras a sincronizarse con Júpiter y Saturno, pero siendo numerosos, su sincronicidad fluctúa, y terminan chocando. Las colisiones reducen su número, haciendo posible la sincronicidad. Finalmente, Quedan Urano y Neptuno. Mientras los dos gigantes de hielo se formaban en el gas, el disco planetesimal se estaba consumiendo. Parte del asunto se acumuló en Urano y Neptuno, y parte fue impulsada a las afueras del sistema solar. Por lo tanto, el crecimiento de Urano y Neptuno definió la posición del límite interno del disco planetesimal. Lo que quedó del disco es ahora el cinturón de Kuiper. El cinturón de Kuiper es básicamente una reliquia del disco planetesimal primordial, que una vez fue mucho más masivo ".

El modelo propuesto es consistente con las órbitas actuales de los planetas gigantes y con la estructura observada en el Cinturón de Kuiper. También es coherente con el movimiento de los troyanos, un gran grupo de asteroides que comparten la órbita de Júpiter y que presuntamente fueron capturados durante la interrupción de la sincronicidad.

Según un artículo publicado por Izidoro en 2017, Júpiter y Saturno todavía estaban en formación, con su crecimiento contribuyendo al desplazamiento del cinturón de asteroides. El último artículo es una especie de continuación, partiendo de una etapa en la que Júpiter y Saturno estaban completamente formados pero aún sincronizados, y describiendo la evolución del sistema solar a partir de ahí.

"La interacción gravitacional entre los planetas gigantes y el disco planetesimal produjo perturbaciones en el disco de gas que se extendieron en forma de ondas. Las ondas produjeron sistemas planetarios compactos y sincrónicos. Cuando el gas se agotó, La interacción entre los planetas y el disco planetesimal interrumpió la sincronicidad y dio lugar a la fase caótica. Teniendo todo esto en cuenta, Descubrimos que simplemente no existían las condiciones para que la distancia entre la órbita de Neptuno y el límite interno del disco planetesimal se volviera lo suficientemente grande como para sostener la hipótesis de la inestabilidad tardía. Esta es la principal contribución de nuestro estudio, lo que muestra que la inestabilidad ocurrió en los primeros 100 millones de años, y puede haber ocurrido, por ejemplo, antes de la formación de la Tierra y la Luna, "Dijo Ribeiro.