Astronomía

¿Por qué las órbitas de los planetas no son circulares?

¿Por qué las órbitas de los planetas no son circulares?


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Perdone la sencillez de mi pregunta. Solo he tenido cursos de ciencias básicas. El sentido común parece indicar que las órbitas planetarias deberían ser muy cercanas a las circulares, habiéndose eliminado cualquier perturbación a lo largo de los siglos. ¿Podría ser que la composición del planeta esté influyendo en el tirón de la gravedad para producir una atracción gravitacional diferente debido a su masa? Quiero decir que si un planeta estuviera compuesto todo por una sustancia, ¿la órbita planetaria sería perfectamente circular? Pienso en la tierra que tiene agua y gases en constante cambio e incluso sólidos que afectan su propia rotación. ¿Podrían estos cambios afectar también la órbita del planeta alrededor del sol, o la masa total de la tierra y la luna juntas determinan la órbita?


Ellos están cerca de circular, aunque podríamos objetar sobre el significado de "cerca". A excepción de Mercurio, todas las órbitas planetarias tienen excentricidades por debajo de 0,1. Eso es lo suficientemente cerca de un círculo como para pasar por un círculo en un examen superficial.

Mercurio 0,2056 Venus 0,0068 Tierra 0,0167 Marte 0,0934 Júpiter 0,0484 Saturno 0,0542 Urano 0,0472 Neptuno 0,0086

Mira estas elipses. El primero tiene un ecc. de 0,1. Parece un círculo, ¿no? Incluso el segundo (ecc = 0.2) también parece un círculo, si no lo examina por mucho tiempo.

¿Por qué no son exactamente circulares, hasta el último dígito? Siempre habrá perturbaciones que aplastarán un poco los círculos perfectos. Los planetas interactúan entre sí y se separan unos de otros de órbitas circulares perfectas. Es muy poco probable que en un sistema complejo como el nuestro encuentres órbitas planetarias muy circulares.

Pero, de nuevo, las diferencias entre las órbitas planetarias actuales y los círculos perfectos son en su mayor parte bastante pequeñas, y debería pensar en ellos como "básicamente círculos", a menos que sea un astrónomo o un ingeniero de la NASA.

Los cometas, OTOH, tienden a moverse en órbitas elípticas estrechas.


Si bien esto ha sido respondido antes, abordaré algunas de sus preguntas específicas.

El sentido común parece indicar que las órbitas planetarias deberían ser muy cercanas a las circulares, habiéndose eliminado cualquier perturbación a lo largo de los siglos.

Esto parecía lógico para muchas personas, incluidos algunos grandes cerebros a lo largo de la historia como Aristóteles, Ptolomía, incluso Copérnico y el mismo Kepler pensaban que los círculos eran más prolijos que las elipses, pero no podía negar que los mapas planetarios cuidadosamente detallados y los cálculos matemáticos funcionaban tanto. mejor con elipses.

No fue hasta Newton que supieron por qué. Newton descubrió que las elipses son órbitas estables y, de hecho, un círculo es un tipo de elipse con excentricidad cero. Alguien dijo una vez, y lo repito, poner un dial exactamente en cero es muy difícil porque siempre vas a estar fuera de lugar por una pequeña fracción. Configurar el dial entre 0 y 1 es fácil. Por eso todas las órbitas son elipses.

Ahora, cuando dices perturbaciones, generalmente se refiere a un tercer cuerpo en el sistema. Por ejemplo, Tierra-Sol, la Tierra orbita alrededor del Sol en una elipse. Si tienes la Tierra y Venus orbitando alrededor del Sol, Venus y la Tierra perturban la elipse del otro.

¿Podría ser que la composición del planeta esté influyendo en el tirón de la gravedad para producir una atracción gravitacional diferente debido a su masa? Quiero decir que si un planeta estuviera compuesto todo por una sustancia, ¿la órbita planetaria sería perfectamente circular?

La gravedad cambia un poco en diferentes puntos de una órbita por las razones que dices, los planetas no son uniformes. La Luna está especialmente desequilibrada, por ejemplo, por lo que esto es más evidente con las órbitas alrededor de la luna, pero todos los planetas tienen algún grado de masa no uniforme y eso tiene algunos efectos pequeños, pero esa no es la causa de las elipses, aunque, de hecho, la masa no es uniforme. deformará ligeramente una órbita elíptica.

Pienso en la tierra que tiene agua y gases en constante cambio e incluso sólidos que afectan su propia rotación. ¿Podrían estos cambios afectar también la órbita del planeta alrededor del sol, o la masa total de la tierra y la luna juntas determinan la órbita?

Pensamos que el agua se agita y causa arrastre porque esa es nuestra experiencia cuando giramos o movemos algo con agua, pero eso no es lo que sucede en órbita. La Tierra en órbita alrededor del Sol, por ejemplo, todo lo que hay en la Tierra, incluidos los océanos, está cayendo juntos alrededor del Sol, por lo que no hay ningún "cambio" en el sentido en el que creo que te refieres. Hay protuberancias de marea, pero el efecto de las protuberancias de las mareas en la forma de una órbita es bastante pequeño. De hecho, las protuberancias de las mareas tienen un efecto secundario curioso: tienden a circularizar las órbitas con el tiempo. De hecho, tienen el efecto contrario de lo que sugieres.

Traté de cubrir esto a un nivel científico básico. Se aceptan correcciones / aclaraciones.


¿Por qué las órbitas de los planetas no son circulares? - Astronomía

¿Por qué las estrellas y los planetas son esféricos? ¿Por qué no son cubos u óvalos?

La forma de los objetos pequeños (como personas, casas, montañas y pequeños asteroides) está determinada por sus propiedades mecánicas. Puedes tomar una piedra y cortarla en una forma particular y prácticamente se mantendrá así.

Sin embargo, cuanto más grande es el objeto, más fuerte es su campo gravitacional. Imagina que quieres construir un edificio realmente alto. Debe asegurarse de que tenga una base realmente sólida, o la base se aplastará por el peso del edificio y el edificio se caerá. Si hubiera algo realmente grande en un planeta o una estrella, la gravedad lo derribaría.

Si un planeta fuera como un cubo, las esquinas del cubo serían más altas que el resto del planeta. Dado que los planetas y las estrellas son tan grandes, ¡no se puede construir una "base" lo suficientemente fuerte para sostener esas esquinas! Cualquier cosa con la que lo construyeras sería demasiado débil para sostenerlos. La gravedad eventualmente los derribaría.

Incluso la roca sólida fluirá como un líquido, aunque muy lentamente, si es arrastrada por una fuerza gravitacional muy fuerte durante mucho tiempo. Las esquinas de un planeta cúbico o una estrella eventualmente se aplastarían.

Dado que la gravedad atrae hacia el centro del planeta o la estrella, todo se hunde en una esfera. Sin embargo, los planetas y las estrellas no son esferas realmente perfectas. Giran, por lo que sobresalen un poco alrededor del ecuador.

Esta página se actualizó el 27 de junio de 2015

Sobre el Autor

Britt Scharringhausen

Britt estudia los anillos de Saturno. Obtuvo su doctorado en Cornell en 2006 y ahora es profesora en Beloit College en Wisconson.


El sistema solar sigue el estándar galáctico, pero es una raza rara.

Ilustración que muestra la interpretación de un artista de cómo podría ser el sistema solar TRAPPIST-1. Los siete planetas de TRAPPIST-1 son todos terrestres y del tamaño de la Tierra, y podrían albergar agua líquida, dependiendo de sus composiciones. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Investigadores del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague han investigado más de 1000 sistemas planetarios que orbitan estrellas en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, y han descubierto una serie de conexiones entre las órbitas planetarias, el número de planetas, la ocurrencia y la distancia a su estrellas. Resulta que nuestro propio sistema solar de alguna manera es muy raro y en otras muy común.

Es raro tener ocho planetas, pero el estudio muestra que el sistema solar sigue exactamente las mismas reglas básicas para la formación de planetas alrededor de una estrella que todos ellos. La pregunta sobre qué es exactamente lo que lo hace tan especial que alberga vida sigue siendo una buena pregunta. El estudio se publica ahora en MNRAS

Las órbitas excéntricas de los planetas son la clave para determinar el número de planetas

Existe una correlación muy clara entre la excentricidad de las órbitas y el número de planetas en cualquier sistema solar. Cuando los planetas se forman, comienzan en órbitas circulares en una nube de gas y polvo. Pero todavía son de tamaño relativamente pequeño, hasta tamaños comparables a la luna. En una escala de tiempo un poco más larga, interactúan a través de la gravitación y adquieren órbitas cada vez más excéntricas o elípticas. Esto significa que comienzan a chocar porque las órbitas elípticas se cruzan entre sí, por lo que los planetas aumentan de tamaño debido a las colisiones. Si el resultado final de las colisiones es que todas las piezas se convierten en solo uno o unos pocos planetas, entonces permanecen en órbitas elípticas. Pero si terminan convirtiéndose en muchos planetas, la atracción gravitacional entre ellos hace que pierdan energía, por lo que forman cada vez más órbitas circulares.

Los investigadores han encontrado una correlación muy clara entre el número de planetas y la forma circular de las órbitas. "En realidad, esto no es realmente una sorpresa", explica el profesor Uffe Gråe Jørgensen. "Pero nuestro sistema solar es único en el sentido de que no se conoce ningún otro sistema solar con tantos planetas como el nuestro. Así que quizás podría esperarse que nuestro sistema solar no encaje en la correlación. Pero lo hace, como una cuestión de de hecho, está bien ".

Los únicos sistemas solares que no encajan en esta regla son los sistemas con un solo planeta. En algunos casos, la razón es que en estos sistemas de un solo planeta, el planeta está orbitando la estrella muy cerca, pero en otros, la razón es que los sistemas pueden contener más planetas de lo que inicialmente se suponía. "En estos casos, creemos que la desviación de la regla puede ayudarnos a revelar más planetas que estaban ocultos hasta ahora", explica Nanna Bach-Møller, primera autora del artículo científico. Si somos capaces de ver el grado de excentricidad de la órbita del planeta, entonces sabremos cuántos otros planetas deben haber en el sistema y viceversa, si tenemos el número de planetas, ahora conocemos sus órbitas. "Esta sería una herramienta muy importante para detectar sistemas planetarios como nuestro propio sistema solar, porque muchos exoplanetas similares a los planetas de nuestro sistema solar serían difíciles de detectar directamente, si no sabemos dónde buscarlos".

La Tierra está entre el 1% afortunado

Independientemente del método que se utilice en la búsqueda de exoplanetas, se obtiene el mismo resultado. Entonces, hay una física universal básica en juego. Los investigadores pueden usar esto para decir: ¿Cuántos sistemas poseen la misma excentricidad que nuestro sistema solar? - que luego podemos usar para evaluar cuántos sistemas tienen el mismo número de planetas que nuestro sistema solar. La respuesta es que solo hay un 1% de todos los sistemas solares con la misma cantidad de planetas que nuestro sistema solar o más. Si hay aproximadamente 100 mil millones de estrellas en la Vía Láctea, esto es, sin embargo, no menos de mil millones de sistemas solares. Hay aproximadamente 10 mil millones de planetas similares a la Tierra en la zona habitable, es decir, a una distancia de su estrella que permite la existencia de agua líquida. Pero hay una gran diferencia entre estar en la zona habitable y ser habitable o haber desarrollado una civilización tecnológica, subraya Uffe Gråe Jørgensen. "Algo es la causa del hecho de que no hay una gran cantidad de ovnis ahí fuera. Cuando la conquista de los planetas en un sistema solar ha comenzado, se va bastante rápido. Podemos ver eso en nuestra propia civilización. Tenemos estado en la Luna y en Marte ya tenemos varios robots. Pero no hay muchos ovnis de los miles de millones de exoplanetas similares a la Tierra en las zonas habitables de las estrellas, por lo que la vida y las civilizaciones tecnológicas en particular probablemente sean todavía bastante escaso ".

La Tierra no es particularmente especial: la cantidad de planetas en el sistema es de lo que se trata

¿Qué más se necesita para albergar vida que ser un planeta del tamaño de la Tierra en la zona habitable? ¿Qué es realmente especial aquí en la Tierra y en nuestro sistema solar? La Tierra no es especial, hay muchos planetas similares a la Tierra por ahí. Pero quizás podría ser la cantidad de planetas y la naturaleza de ellos. Hay muchos planetas gaseosos grandes en nuestro sistema solar, la mitad de todos ellos. ¿Podría ser que la existencia de los grandes planetas gaseosos sea la causa de nuestra existencia aquí en la Tierra? Una parte de ese debate implica la cuestión de si los grandes planetas gaseosos, Saturno y Júpiter, redirigieron los cometas portadores de agua a la Tierra cuando el planeta tenía 500 millones de años, lo que permitió la formación de vida aquí.

Esta es la primera vez que un estudio ha demostrado cuán único es que un sistema solar sea el hogar de ocho planetas, pero al mismo tiempo, muestra que nuestro sistema solar no es del todo único. Nuestro sistema solar sigue las mismas reglas físicas para la formación de planetas que cualquier otro sistema solar, simplemente nos encontramos en el extremo inusual de la escala. Y todavía nos queda la pregunta de por qué, exactamente, estamos aquí para poder preguntarnos sobre ello.


El curioso caso de las órbitas planetarias

Los planetas de nuestro sistema solar se mueven en elipses. Sabemos esto, según nos dicen, desde que Johannes Kepler ideó sus leyes del movimiento planetario a principios del siglo XVII. Si bien es cierto que las órbitas son (aproximadamente) elipses, no son tan elípticas como podría pensar, y eso se debe en gran parte a la forma en que se presenta típicamente el sistema solar. Tomemos, por ejemplo, una figura que muestra las misiones espaciales actualmente activas en nuestro sistema solar.

Como muchas de estas figuras, el sistema solar se muestra con una perspectiva inclinada, por lo que las órbitas parecen muy elípticas. En realidad, las órbitas de la mayoría de los planetas son extremadamente circulares. Si tuviéramos que dibujar la órbita de la Tierra como un círculo perfecto de 100 metros (328 pies) de ancho, sería exacto a la órbita real de la Tierra con 14 milímetros (0,5 pulgadas). Cuando Kepler propuso su modelo, solo se sabía que las órbitas de Mercurio y Marte eran no circulares. Si eran verdaderas elipses era todavía un tema de debate. Esta es parte de la razón por la que el modelo de Kepler no fue aceptado por completo hasta que Newton desarrolló su teoría de la gravedad universal a fines del siglo XVII.

Si bien los astrónomos antiguos pensaban que las órbitas planetarias eran circulares, no pensaban que fueran simples círculos. Una de las consecuencias de las órbitas elípticas es que los planetas orbitan no alrededor del centro de la elipse, sino alrededor de un punto descentrado conocido como el foco. Este desplazamiento es mucho más notable que una forma ligeramente elíptica. Así que los primeros astrónomos propusieron órbitas circulares conocidas como deferentes que se desplazaron fuera del centro. Dado que la mayoría de los primeros modelos del sistema solar colocaban a la Tierra en el centro, una sola trayectoria circular no concordaba bien con el movimiento planetario observado. En el siglo III a. C. Apolonio de Perga propuso la adición de epiciclos, que se movían a lo largo de un deferente descentrado.

Originalmente se propuso que el deferente y el epiciclo giraran a tasas constantes. Esto explicaba por qué los planetas parecían moverse más rápidamente en algunos puntos de su órbita y más lentamente en otros. Pero en el siglo II d.C. las observaciones se habían vuelto lo suficientemente precisas como para no explicar la variación en la velocidad. Así que Claudio Ptolomeo introdujo una idea como ecuación. Básicamente, la ecuación de una órbita es un punto desde el cual un planeta parecería moverse a lo largo del deferente a una velocidad constante. Dado que la ecuación no era el centro del deferente, el planeta variaría en velocidad a lo largo de su órbita.

Calcular el movimiento de los planetas usando deferentes, ecuantes y epiciclos puede haber sido complejo, pero fue preciso. Cuando Copérnico propuso un modelo del sistema solar centrado en el Sol a mediados del siglo XVI, no era más preciso que los modelos geocéntricos anteriores, pero simplificó los cálculos. Una órbita circular heliocéntrica de Marte con una ecuación para describir su velocidad variable está extremadamente cerca del movimiento real. Incluso los astrónomos que no pensaban que la Tierra Realmente orbitó el Sol y comenzó a utilizar el modelo copernicano por sus ventajas computacionales.

Si bien la introducción de las elipses por Kepler fue una elegante solución para el movimiento planetario, seguía siendo simplemente una descripción aproximada. Newton demostró que un solo planeta en órbita alrededor del Sol tendría una órbita elíptica, pero en el sistema solar real los planetas se tiran gravitacionalmente entre sí, y sus órbitas se alteran ligeramente a partir de una elipse perfecta. En realidad, ningún planeta tiene una órbita verdaderamente elíptica. Las leyes de Kepler, como se las conoce, son una consecuencia hermosa pero aproximada de una verdad gravitacional más profunda.


Descubrimiento

El planeta fue anunciado por primera vez en septiembre de 2010 por un equipo dirigido por Steven Vogt en la Universidad de California, Santa Cruz. Utilizando 11 años de datos de observación de W.M. Keck Observatory en Hawaii, los equipos anunciaron dos planetas alrededor de la estrella Gliese 581: Gliese 581f y Gliese 581g. Los resultados se publicaron en el Astrophysical Journal y también se pusieron a disposición en versión preimpresa en Arxiv.

Se creía que el planeta estaba dentro de la zona habitable de su estrella madre, que es una enana roja. Este tipo de estrella es más fría que nuestro propio sol, lo que significa que los planetas deben agruparse cerca para recibir suficiente calor para que el agua fluya por su superficie. Si bien los astrónomos generalmente definen la habitabilidad en función de si el planeta puede soportar agua líquida, se reconoce que hay muchos factores que pueden influir en ella. Esto incluye la atmósfera del planeta y cuán variable es su estrella madre en términos de emisión de energía.

En un comunicado de prensa que anunciaba el descubrimiento, los investigadores reconocieron que Gliese 581 "tiene una historia un tanto accidentada de afirmaciones sobre planetas habitables". Más tarde se creyó que dos planetas encontrados en el sistema anteriormente, Gliese 581c y Gliese 581d, estaban en el borde de la zona habitable. (En años futuros, la existencia de Gliese 581d también fue cuestionada). Las estimaciones históricas del número de planetas en el sistema oscilan entre 3 y 6 planetas, según el método utilizado.

En cuanto a Gliese 581g, los investigadores dijeron que el planeta siempre tiene un lado mirando hacia su estrella madre y el otro siempre en la oscuridad. La región de habitabilidad probablemente estaría en la línea entre la sombra y la luz.

Gliese 581g se encontró al detectar las oscilaciones gravitacionales que indujo en su estrella madre, pero los investigadores dijeron que era sutil, se requerían más de 200 observaciones con una precisión de 1,6 metros por segundo. Los datos de Keck se combinaron con los de otro famoso instrumento de búsqueda de planetas, el HARPS (proyecto de búsqueda planetaria de velocidad radial de alta precisión) en el telescopio La Silla de 3,6 metros del Observatorio Europeo Austral en Chile. Las mediciones de brillo de la estrella también se confirmaron con un telescopio robótico de la Universidad Estatal de Tennessee.


¿Por qué las órbitas de los planetas no son circulares? - Astronomía

Hace unos cinco mil millones de años, el Sol era un joven mareado. Giraba sobre su eje y un enorme disco polvoriento giraba a su alrededor. Los planetas, lunas, asteroides y otros objetos se formaron a partir del material del disco. Aunque el disco ya no existe, el plano que ocupaba todavía está marcado por las órbitas de los cuerpos del Sistema Solar. Se llama el plano de la eclíptica. Las órbitas no son circulares, son círculos algo aplastados conocidos como elipses. La excentricidad de una órbita nos dice cuán aplastada es su forma.

La eclíptica
A medida que la Tierra viaja alrededor del Sol cada año, vemos que la posición del Sol cambia en el contexto de las estrellas fijas. El camino que parece tomar se llama eclíptica. Las constelaciones que se encuentran a lo largo de este camino sirvieron como una especie de calendario y tenían un significado religioso para los pueblos antiguos. Son las constelaciones del zodíaco.

En lugar de pensar en la eclíptica como un camino, trate de imaginarla como una superficie plana, un plano. Se extendería desde el Sol hasta el Sistema Solar. Los planetas orbitan en el plano de la eclíptica. Los ocho planetas están prácticamente en el mismo plano. Sin embargo, la órbita de Plutón está inclinada hacia la eclíptica en 17 grados.

Entonces, la eclíptica es donde están los planetas, y es la línea central del zodíaco. Pero, ¿por qué se llama eclíptica? Es porque está relacionado con eclipses. Aunque la Luna también está en la eclíptica, su órbita está ligeramente inclinada, unos 5 grados, con respecto a la órbita de la Tierra. Hay dos puntos donde se cruzan las órbitas, y estos se denominan nodos. Si hay Luna nueva o Luna llena cuando la Luna está en un nodo, entonces el Sol, la Tierra y la Luna están alineados para un eclipse.

Elipse
Durante siglos, la gente asumió que las órbitas eran circulares y que la Tierra estaba en el centro del cosmos. Los círculos y esferas, al ser formas perfectas, eran una característica de los cielos y un contraste con nuestra Tierra imperfecta. De hecho, las órbitas planetarias en el Sistema Solar están lo suficientemente cerca de ser circulares que se necesita mucha observación y medición cuidadosas para detectar que no lo son.

Sin embargo, si asume que las órbitas son circulares, las predicciones sobre el movimiento planetario no serán precisas, ni tampoco las predicciones de eventos como el tránsito de Venus. Para que el modelo se ajustara a las observaciones, Ptolomeo (90-168) hizo que los planetas se movieran en un complicado sistema de círculos. En realidad, funcionó bastante bien en términos de predicción, pero durante un largo período de tiempo, los errores se volvieron notables.

Hubo alguna mejora cuando Copérnico puso al Sol en el centro del sistema. Sin embargo, todavía no era exacto porque Copérnico mantuvo las órbitas circulares. El gran avance llegó con la obra de Johannes Kepler (1571-1630). Kepler, que era matemático, utilizó las meticulosas observaciones de Tycho Brahe (1546-1601) durante un período de años para dar sentido a los movimientos planetarios. Fue solo cuando tuvo la idea de que quizás las órbitas no eran circulares que pudo hacer coincidir la teoría y la observación.

Kepler descubrió que las órbitas eran elipses. Esto coincidía con los datos de Brahe, y Kepler pudo describirlos matemáticamente.

Una elipse es un círculo aplastado, con dos puntos focales llamados focos. En términos del Sistema Solar, las órbitas de los planetas son elipses y el Sol está en un foco. Un círculo es un caso especial de elipse, en el que ambos focos están en el mismo lugar.

Excentricidad
La excentricidad es un término que nos dice qué tan redondeada es una elipse, en una escala de 0 a 1. Un círculo tiene una excentricidad de 0 (e = 0). Una elipse no puede tener una excentricidad de 1, pero una elipse muy larga y estrecha podría estar cerca de 1. Los planetas del Sistema Solar no tienen órbitas muy excéntricas. Venus tiene la órbita más redondeada con e = 0,0068. El planeta enano Plutón tiene la órbita más excéntrica (e = 0,2488) y, como vimos en un diagrama anterior, su órbita también está notablemente inclinada con respecto a la eclíptica. Es una característica de muchos de los objetos más distantes que tienen órbitas excéntricas e inclinadas.

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Las estrellas no destruyen sus planetas (muy a menudo)

Las estrellas ejercen una atracción seductora sobre los planetas, especialmente los de una clase llamada Júpiter caliente, que son gigantes gaseosos que se forman más lejos de sus estrellas antes de migrar hacia adentro y calentarse.

Ahora, un nuevo estudio que utiliza datos del Telescopio Espacial Kepler de la NASA muestra que los Júpiter calientes, a pesar de sus órbitas cercanas, no son consumidos regularmente por sus estrellas. En cambio, los planetas permanecen en órbitas bastante estables durante miles de millones de años, hasta que llega el día en que finalmente pueden ser devorados.

"Eventualmente, todos los Júpiter calientes se acercan cada vez más a sus estrellas, pero en este estudio mostramos que este proceso se detiene antes de que las estrellas se acerquen demasiado", dijo Peter Plavchan, del Instituto de Ciencia Exoplaneta de la NASA en el Instituto de Tecnología de California, Pasadena. Calif. "La mayoría de los planetas se estabilizan una vez que sus órbitas se vuelven circulares, girando alrededor de sus estrellas cada pocos días".

El estudio, publicado recientemente en la Diario astrofísico, es el primero en demostrar cómo los planetas calientes de Júpiter detienen su marcha hacia el interior de las estrellas. Las fuerzas gravitacionales o de marea de una estrella circularizan y estabilizan la órbita de un planeta cuando su órbita finalmente se vuelve circular, la migración cesa.

"Cuando sólo se conocían unos pocos Júpiter calientes, varios modelos podían explicar las observaciones", dijo Jack Lissauer, científico de Kepler en el Centro de Investigación Ames de la NASA, Moffet Field, California, no afiliado al estudio. "Pero encontrar tendencias en las poblaciones de estos planetas muestra que las mareas, en combinación con las fuerzas gravitacionales de compañeros planetarios y estelares a menudo invisibles, pueden acercar estos planetas gigantes a sus estrellas anfitrionas".

Los Júpiter calientes son bolas gigantes de gas que se asemejan a Júpiter en masa y composición. No comienzan su vida bajo el resplandor de un sol, sino que se forman en los gélidos confines exteriores, como lo hizo Júpiter en nuestro sistema solar. En última instancia, los planetas calientes de Júpiter se dirigen hacia sus estrellas, un proceso relativamente raro que aún no se comprende bien.

El nuevo estudio responde preguntas sobre el final de los viajes de los Júpiter calientes, revelando lo que frenó su migración. Anteriormente, había un puñado de teorías que explicaban cómo podía ocurrir esto. Una teoría propuso que el campo magnético de la estrella impedía que los planetas avanzaran más. Cuando una estrella es joven, un disco de material formador de planetas la rodea. El material cae dentro de la estrella, un proceso que los astrónomos llaman acreción, pero cuando golpea la burbuja magnética que lo rodea, llamada magnetosfera, el material viaja hacia arriba y alrededor de la burbuja, aterrizando en la estrella desde arriba y desde abajo. Esta burbuja podría detener la migración de planetas, según la teoría.

Otra teoría sostenía que los planetas dejaron de avanzar cuando golpearon el extremo de la parte polvorienta del disco formador de planetas.

"Esta teoría básicamente decía que el camino del polvo por el que viaja un planeta termina antes de que el planeta caiga hasta la estrella", dijo el coautor Chris Bilinski de la Universidad de Arizona en Tucson. "Se forma un espacio entre la estrella y el borde interior de su disco polvoriento donde se cree que los planetas detienen su migración".

Y, sin embargo, una tercera teoría, la que los investigadores encontraron correcta, propuso que un planeta en migración se detiene una vez que las fuerzas de marea de la estrella han completado su trabajo de circularizar su órbita.

Para probar estos y otros escenarios, los científicos observaron 126 planetas confirmados y más de 2.300 candidatos. La mayoría de los candidatos y algunos de los planetas conocidos fueron identificados a través de la misión Kepler de la NASA. Kepler ha encontrado planetas de todos los tamaños y tipos, incluidos los rocosos que orbitan donde las temperaturas son lo suficientemente cálidas para el agua líquida.

Los científicos observaron cómo la distancia de los planetas a sus estrellas variaba según la masa de la estrella. Resulta que las diversas teorías que explican qué detiene la migración de planetas difieren en sus predicciones de cómo la masa de una estrella afecta la órbita del planeta. La teoría de las "fuerzas de marea" predijo que los Júpiter calientes de estrellas más masivas orbitarían más lejos, en promedio.

Los resultados del estudio coincidieron con la teoría de las "fuerzas de marea" e incluso mostraron una mayor correlación entre las estrellas masivas y las órbitas más lejanas de lo previsto.

Este puede ser el final del camino para el misterio de qué detiene la migración de los planetas, pero el viaje en sí todavía plantea muchas preguntas. A medida que los gigantes gaseosos viajan hacia adentro, se cree que a veces sacan del camino planetas rocosos más pequeños y, con ellos, cualquier posibilidad de que la vida evolucione. Por suerte para nosotros, nuestro Júpiter no viajó hacia el sol y nuestra Tierra quedó en paz. Más estudios como este ayudarán a explicar estos y otros secretos de la migración planetaria.

NASA Ames gestiona el desarrollo del sistema terrestre de Kepler, las operaciones de la misión y el análisis de datos científicos. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, gestionó el desarrollo de la misión Kepler. Ball Aerospace & amp Technologies Corp. en Boulder, Colorado, desarrolló el sistema de vuelo Kepler y apoya las operaciones de la misión con JPL en el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado en Boulder. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial de Baltimore archiva, aloja y distribuye los datos científicos de Kepler. Kepler es la décima misión de descubrimiento de la NASA y está financiada por la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en la sede de la agencia en Washington.

El Instituto de Ciencias de Exoplanetas de la NASA en Caltech administra la asignación de tiempo en el telescopio Keck para la NASA. JPL administra la oficina del programa de exploración de exoplanetas de la NASA. Caltech administra JPL para la NASA.


¿Por qué las órbitas de los planetas no son circulares? - Astronomía

Después de estudiar esta sección, debería poder:

  • describir las fuerzas que actúan sobre planetas, lunas y satélites
  • explicar cómo se aceleran las partículas cargadas en un ciclotrón

Esta sección cubre los siguientes temas

Movimiento en el sistema solar

Todo movimiento planetario en el Sistema solar es en sentido antihorario, visto desde arriba del Polo Norte. Cuanto más lejos planeta es del Sol, menor es la velocidad en su órbita. Aunque las órbitas de los planetas son elipses, para la mayoría de los planetas están tan cerca de los círculos que nuestra comprensión del movimiento circular se puede aplicar.

Se puede considerar que los planetas son:

  • moviéndose a velocidad constante en un círculo alrededor del sol
  • acelerando hacia el Sol con aceleración centrípeta v 2 / r.

Mercurio y Plutón tienen órbitas muy elípticas, los otros planetas siguen caminos que están muy cerca de ser círculos.

En el espacio no hay fuerzas resistivas ya que los planetas se mueven a través del vacío. Las únicas fuerzas que actúan sobre ellos son las gravitacionales. La atracción gravitacional entre un planeta y el Sol proporciona la fuerza desequilibrada necesaria para provocar la aceleración centrípeta.

El diagrama muestra las fuerzas de atracción entre el Sol y un planeta.

Este diagrama muestra que la fuerza gravitacional de un planeta actúa en su centro de masa y se dirige hacia el centro de masa del Sol.

La fuerza en el planeta es:

  • igual en tamaño y opuesta en dirección a la del Sol
  • en ángulo recto con su dirección de movimiento
  • la fuerza centrípeta desequilibrada necesaria para mantener el movimiento circular.

Al equiparar la fuerza gravitacional con mv 2 / r, resulta que la velocidad orbital depende solo del radio orbital y no de la masa del planeta.

Los asteroides en el cinturón de asteroides, entre Marte y Júpiter, tienen una amplia gama de masas pero tiempos de órbita similares.

PUNTO CLAVE - La fuerza centrípeta requerida para mantener un planeta en una órbita circular es la fuerza gravitacional entre el planeta y el Sol: entonces v 2 r = GM s donde M s es la masa del Sol y Mp es la masa del planeta. .

La relación entre la velocidad orbital y el radio de un planeta se puede aplicar a la órbita de un satélite alrededor de la Tierra reemplazando la masa del Sol, METROs, con el de la Tierra, METROmi. Esto permite calcular la velocidad de un satélite en cualquier radio orbital.

La relación también se aplica al satélite natural de la Tierra, la Luna.

Algunos satélites de comunicaciones ocupan órbitas geo-sincrónicas . Un satélite en una órbita geo-síncrona:

  • órbitas sobre el ecuador
  • permanece en la misma posición con respecto a la superficie de la Tierra
  • tiene un tiempo de órbita de 24 horas.

El radio de una órbita geo-síncrona se puede calcular a partir de v 2 r = GMmi. Como hay dos incógnitas en esta ecuación, v Se puede escribir como 2πr / t para calcular el valor
de r.

Órbitas circulares en campos magnéticos.

Cuando una partícula cargada se mueve en ángulo recto con un campo magnético, la fuerza magnética sobre la partícula es perpendicular tanto a su dirección de movimiento como al campo magnético. Esto puede resultar en un movimiento circular.

El diagrama muestra la trayectoria y la fuerza de un electrón que se mueve en un campo magnético dirigido al papel.

Al aplicar la regla de Fleming a los electrones, recuerde que la dirección de la corriente es opuesta a la del movimiento de los electrones.

The electron follows a circular path, the magnetic force being the unbalanced force required to cause acceleration towards the centre of the circle. The radius of the circular path is proportional to the speed of the electron.

KEY POINT - When a charge Q moves in a circular path in a magnetic field of strength B:

BQv=mv 2 /r so BQ = mv/r

For an electron, Q = e, so the relationship is Be = mv/r

The cyclotron

A cyclotron uses a magnetic field to force charged particles to move in a circular path, and an electric field to accelerate them as they travel around the circle. As the charged particles accelerate, the increase in speed results in an increase in the radius of the circle, so they spiral outwards.

A cyclotron consists of two D-shaped halves called dees. A magnetic field acting at right angles to the plane of the dees causes a beam of charged particles to follow a circular path. Particles such as protons and alpha particles are both suitable for use in cyclotrons.

Particles accelerated in a cyclotron are used to probe atomic nuclei and for treating some cancers.

The diagram shows the path of protons produced at the centre of the cyclotron.

  • the beam of charged particles is accelerated as it passes from one dee into the other
  • this occurs because of the alternating electric field which changes polarity so that it attracts the particles as they enter a dee
  • the frequency of the alternating voltage must be equal to the frequency of rotation of the particles
  • the radius of orbit increases as the particles accelerate.

The frequency of rotation of the charged particles in a cyclotron matches that of the accelerating voltage and does not depend on the speed of the particles. The value of the magnetic field strength can be adjusted to achieve the desired frequency.

If the frequency of the accelerating voltage is fixed, each orbit takes the same time. With an increase in the radius of successive orbits, the particles travel increasing distances in a given time period.

KEY POINT - The frequency of rotation of a charged particle in a cyclotron, f, is related to the magnetic field strength, B, by the expression:

f = BQ / 2πm where Q is the charge on a particle of mass m.


Do planets orbit the sun in perfect circles?

All planets in our solar system follow an elliptical path. This path is known as an orbita. Earth's orbita is not a perfect circle. If we were to draw the Earth's orbita on a sheet of paper as a perfect circle, the width of the line would be larger than the elliptical path of the Earth.

Furthermore, why do planets orbit around the sun? Anyway, the basic reason why the planets revolve around, or orbit, the Sun, is that the gravity of the sol keeps them in their órbitas. Just as the Moon órbitas the Earth because of the pull of Earth's gravity, the Earth orbits the Sun because of the pull of the Sun's gravity.

Similarly, you may ask, is the Earth's orbit around the sun a perfect circle?

Earth's orbit is not a perfect circle. It is elliptical, or slightly oval-shaped. This means there is one point in the orbita where tierra is closest to the sol, and another where tierra is farthest from the sol. The closest point occurs in early January, and the far point happens in early July (July 7, 2007).


Why do the planets orbit the sunny on a relatively horizontal plane?

If gravity is an inwards force towards a mass, there's no reason I can think of why our solar system's planets orbit the sun on such a relatively horizontal plane, why aren't some planet's orbits perpendicular to ours? Is it just chance? is this the case for all known stars?

All the planets are believed to have been formed from the same accreting disk of gas and dust that surrounded the Sun. Same accreting disk=same orbital plane.

OK, but space is 3-D (without the glasses). Why does the gas and dust tend to form in a disc, as opposed to a spherical shell, around a sun?

Related question: why is Pluto in a different plane than the solar system's planets?

Bingo! From ye olde wikipedia: "The currently accepted method by which the planets formed is known as accretion, in which the planets began as dust grains in orbit around the central protostar."

With the exception of comets whose orbits originate from the Oort Cloud, which is why they're generally considered a lot more dangerous than asteroids because they can come from absolutely anywhere in the sky.

Basically it's left over momentum from the disk of dust/gas that formed the sun and then the planets.

Because of conservation of angular momentum.

The Sun and the planets were formed from the same contracting cloud of gas. This gas cloud was rotating very slightly when it started out, and the speed of rotation increased as the cloud was collapsing due to gravity, in the same way figure skaters can rotate faster in the air by pulling their arms in to their sides. The fast rotation caused the gas cloud to take the shape of a disc, from which the planets were eventually formed. This video explains it very well: http://youtu.be/tFLOsRSuW0E

A slight correction, though: It is not entirely correct to say that the gas cloud was stretched into a disc shape, since the solar system is much smaller than the original gas cloud. It is more correct to say that particles positioned along the rotational axis fell straight towards the center of what would later become the center of the Sun, thus clearing that area of matter. Particles positioned more off-center had a certain velocity relative to the axis, and could thus start to maintain an orbit around the proto-sun. A lot of collisions and mayhem later, and things settled down into most of the particles going in almost circular orbits in the disc.

An interesting aside: When the center of the disc eventually became hot and dense enough to sustain a fusion process, the Sun was born. All this new energy production caused a massive outflux of light and matter, which is what we call the Solar Wind and is still ongoing. This wind pushed all the matter in the disc outwards, with the lighter elements such as hydrogen and helium being pushed fartest away. This is why you find the rocky planets such as The Earth and Mars close to the Sun, while the giant gas planets such as Jupiter and Saturn (which both consist mostly of hydrogen) are located further away.