Astrónomos desarrollan un nuevo modelo sobre la formación de Marte

Según los científicos, éste es un tema intrigante, ya que los cuatro planetas están constituidos por los mismos embriones planetarios –cuerpos celestes con dimensiones similares a las de los planetas actuales– que se fundieron en el transcurso de decenas de millones de años.

Por Elton Alisson

Agência FAPESP – Los modelos de formación de los planetas rocosos del Sistema Solar desarrollados en las últimas dos décadas han sido exitosos en la explicación del origen de Venus y de la Tierra –que tienen un tamaño similar– y de Mercurio, que posee tan sólo un 5% de la masa de la Tierra.

No obstante, las simulaciones informáticas de alta resolución aún no han permitido explicar cómo se formó Marte, ni por qué ese planeta tiene tan sólo el 10% de la masa de la Tierra.

Según los científicos, éste es un tema intrigante, ya que los cuatro planetas están constituidos por los mismos embriones planetarios –cuerpos celestes con dimensiones similares a las de los planetas actuales– que se fundieron en el transcurso de decenas de millones de años.

Un equipo internacional de astrónomos –integrado por científicos de Brasil, Estados Unidos, Alemania y Francia, y liderado por el Grupo de Dinámica Orbital & Planetología de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus de Guaratinguetá– realizó recientemente una serie de simulaciones mediante las cuales demostró que el tamaño de Marte puede estar relacionado con la densidad de la nebulosa protosolar –la nube de gas y polvo que dio origen al Sistema Solar– en la región orbital del planeta.

Este estudio, resultado del Proyecto Temático intitulado “La dinámica orbital de pequeños cuerpos”, que contó con el apoyo de la FAPESP, apareció descrito en un artículo que salió en febrero pasado en The Astrophysical Journal, una publicación de la American Astronomical Society.

El trabajo cobró relieve de la mano de John Chambers, investigador del Departamento de Magnetismo Terrestre de la Carnegie Institution for Science, de Estados Unidos, quien lo destacó en un artículo publicado en la edición de mayo de la revista Science.

“La mayoría de las simulaciones de la formación de los planetas terrestres del Sistema Solar no logra generar un objeto del tamaño y en la órbita de Marte, que se encuentra a 1,5 unidades astronómicas [UA, el equivalente a aproximadamente 150 millones de kilómetros] de distancia del Sol”, declaró Othon Cabo Winter, investigador del Grupo de Dinámica Orbital & Planetología y coordinador del proyecto, a Agência FAPESP.

“Estos modelos generan un cuerpo en la órbita de Marte con un tamaño más o menos equivalente al de la Tierra, que es muy grande”, dijo el investigador, coautor del artículo junto a André Izidoro, quien actualmente realiza su posdoctorado en el Observatoire de la Côte d’Azur (OLCD) en Niza, Francia.

Grand Tack

De acuerdo con Winter, uno de los modelos propuestos a los efectos de intentar explicar la formación de Marte es el llamado “Grand Tack”, desarrollado por científicos del OLCD.

Este modelo parte del supuesto de que durante la formación del Sistema Solar, hace 4.500 millones de años, la órbita de Júpiter –el planeta gigante más cercano a Marte– migró desde su actual posición, a 5 UAs del Sol, hacia una ubicación cercana a la órbita del planeta rojo, posicionándose a 2 UAs del Sol.

Al acercarse a la órbita de Marte, Júpiter habría cruzado el cinturón de asteroides, barriendo a la mayoría de los planetesimales (cuerpos sólidos hechos de polvo cósmico y hielo similares a los asteroides y a los cometas) y embriones planetarios situados en el cinturón o cerca de la órbita del planeta rojo hacia cerca del Sol.

Por eso la masa de Marte y del cinturón de asteroides se redujo y el material planetesimal y planetario terminó participando en la formación de la Tierra y de Venus, según estima el modelo Grand Tack.

Con todo, debido a las de interacciones gravitacionales con la nebulosa solar y con Saturno, Júpiter habría regresado a su órbita actual. “Ese modelo es válido, pero es bastante cuestionable, pues resulta sumamente improbable que eso haya efectivamente sucedido”, dijo Winter.

Un modelo alternativo

Para desarrollar un modelo alternativo al Grand Tack, los científicos brasileños, en cooperación con colegas del OLCD y también del Instituto de Astrobiología de la agencia espacial estadounidense (la Nasa) y del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la University of Tübingen, en Alemania, realizaron una serie de simulaciones de flujo de gas y polvo dentro de la nebulosa protosolar durante su formación.

Las simulaciones sugieren que el material fluyó en dirección hacia el Sol, moviéndose a distintas velocidades y a diferentes distancias de la estrella. En la región situada entre 1 y 3 UAs del Sol, la nebulosa protosolar puede haber sufrido una pérdida o una disminución de materia equivalente a entre el 50% y el 75% de su densidad.

La pérdida de este volumen de “bloques de construcción planetarios” en la nebulosa protosolar de esa zona cercana a la órbita de Marte habría ocasionado la disminución de la masa final de Marte y el crecimiento de la Tierra y de Venus: éste es el supuesto el modelo.

“Estudiamos diversos parámetros y arribamos a la conclusión de que, de haber habido una reducción de materia oscilante entre el 50% y el 75% de la nebulosa protosolar en la región situada entre 1 y 3 UAs, existiría entonces más de un 50% de probabilidades de que se haya formado un planeta con masa similar en la actual órbita de Marte, además de la Tierra, Venus y algunos pocos objetos situados en el cinturón de asteroides”, dijo Winter.

“El modelo es muy completo, pues abarca no solamente el problema de la formación de Marte, sino que también mantiene y logra generar los otros planetas terrestres, con sus masas y actuales órbitas”, evaluó.

Posibles contribuciones

Según el análisis de Winter, el nuevo modelo ocupó una laguna que existía en el modelo de formación del Sistema Solar, al apuntar que el perfil de densidad de masa de la nube protosolar no era uniforme y que experimentó disminuciones. “Este dato puede tener implicaciones en estudios que apunten a explicar la formación del cinturón de asteroides, por ejemplo”, señaló.

El modelo también podrá hacer aportes en investigaciones que se realicen en el sector de astrobiología –un área del conocimiento que se ubica en la interfaz entre astronomía, biología, química, geología y ciencias atmosféricas, entre otras disciplinas– relacionadas con objetos provenientes de Marte en dirección a la Tierra, y también en estudios sobre planetas extrasolares, afirmó.

“Los objetos y planetas extrasolares que se han descubierto hasta ahora llegan al millar y poseen una distribución sumamente variada y distinta a la de los cuerpos del Sistema Solar”, dijo Winter. “El modelo que hemos desarrollado puede ayudar a entender cómo se formaron.”

Suscriptores de The Astrophysical Journal pueden leer el artículo intitulado Terrestrial planet formation in a protoplanetary disk with a local mass depletion: a successful scenario for the formation of Mars (doi: 10.1088/0004-637X/782/1/31), de Winter y otros, en la siguiente dirección electrónica: iopscience.iop.org/0004-637X/782/1/31/article?fromSearchPage=true.

En tanto, suscriptores de Science pueden leer el artículo intitulado Forming terrestrial planets (doi: 10.1126/science.1252257), de John Chambers en: www.sciencemag.org/content/344/6183/479.summary?sid=3325c543-db93-448f-b8e4-37409996da5c.