“Paró al Sol y movió la Tierra”, se dice de Nicolás Copérnico. Otros afirman que lo que hizo fue crear el Sistema Solar: concepto o modelo de los planetas girando en torno al Sol, ajustado por Kepler y explicado por Newton. Pero lo que ninguno de ellos hizo fue responder: ¿cómo se originó?, ¿de dónde vino?, ¿cómo llegó a su forma actual? El primero en plantear una respuesta a estas preguntas fue el matemático Francés Pierre-Simon, Marqués de Laplace, en el siglo dieciocho, con base en los principios de Newton sobre la fuerza de Gravedad. Lo hizo empleando las herramientas del cálculo y sin más evidencias que las especulaciones matemáticas a partir de las incipientes Leyes de la Mecánica Celeste, publicadas por él bajo este título, en 1799.
La propuesta de Laplace describe como hipótesis, en resumen, que el Sol debía haberse formado a partir de una enorme nube o nebulosa de polvo en el espacio interestelar. De acuerdo con la Teoría Newtoniana, la gran masa de polvo sería la causa de una Fuerza de atracción por Gravedad que llevaría al material a concentrarse en su centro de masas. El movimiento del polvo hacia el centro de masa daría como resultado que el material se proyectara girando alrededor de dicho centro, como el agua que escurre hacia el hoyo de un drenaje. La masiva acumulación de materia en el centro daría origen al Sol, mientras que menores cantidades del material agrupado en cúmulos por la irregular distribución del polvo en la nube giratoria, formarían los planetas.
¿Cuáles eran las evidencias físicas que sustentaban la Hipótesis Nebular matemática de Laplace? El Sistema Solar conocido en su tiempo estaba compuesto por el Sol, siete planetas en órbitas elípticas alrededor de éste y algunos satélites en órbita de la Tierra, Júpiter y Saturno, además de ocasionales cometas en órbitas abiertas y uno, el de Halley, bien identificado como periódico o de órbita cerrada elíptica. Pero no había evidencias de polvo o material propiamente nebuloso alrededor del Sol, aunque desde el siglo diecisiete se habían descrito nebulosas observadas a través de telescopios. William Herschel, astrónomo Británico, explicaba que eran grupos de estrellas no distinguibles de forma separada e independientes entre sí, y que hoy se identifican como galaxias. Sin embargo, en 1790, él mismo descubrió lo que interpretó como una estrella rodeada por una auténtica nebulosidad.
Un par de años después de que Laplace publicara su Hipótesis Nebular, cuando Giuseppe Piazzi y Heinrich Olbers buscaban un hipotético planeta entre las órbitas de Marte y Júpiter, descubrieron el primer par de los que luego serían muchos más cuerpos astronómicos pequeños. Por esto, Herschel propuso llamarlos “asteroides”. Aunque Olbers sugirió que eran fragmentos de un planeta que habría estallado en el pasado, la estimación de la energía necesaria para tal evento llevó a descartar esa posibilidad. El consenso hoy es que se trata de restos de materia original del Sistema Solar que no llegó a conformar un planeta en esa región predicha por la Tercera Ley de Kepler, y concuerda con la Hipótesis de Laplace.
La existencia de grandes nubes de polvo alrededor de otras estrellas se ha confirmado por medio de observaciones con telescopios tanto en tierra como en el espacio. Por ejemplo, con el Telescopio Espacial Hubble se ha observado lo que son estrellas y sistemas planetarios en formación. Pero, ¿cómo se forman estos?
Si la masa de una nube gigante de polvo y gas es suficientemente grande, su gravedad la hace colapsar hacia su centro de masa, donde gira y se concentra. La gran presión vence la repulsión eléctrica de los núcleos atómicos y los fusiona. Esto causa la explosión nuclear que enciende a la estrella central, emitiendo luz y arrojando chorros de otras formas de radiación electromagnética de alta energía. Al mismo tiempo que la estrella se enciende, la emisión de energía genera un viento que empuja y arroja el material de la nube materna hacia el espacio. Este proceso solo toma del orden de decenas de miles de años.
El material remanente en la nube se constituye en un disco en forma de dona rotatoria de polvo y gases. Experimentos informales por Donald Pettit en la Estación Espacial Internacional en 2003, sugieren que la atracción por cargas eléctricas del material milimétrico o menor puede causar la agregación inicial de cristales y polvo, para formar terrones de un centímetro en pocos segundos. Estos resultados señalan a la electricidad como la fuerza principal en la fase intermedia de la acreción en la nebulosa protoplanetaria. Cuando la cantidad de materia acumulada en los terrones es masiva, la atracción eléctrica es superada por la fuerza gravitatoria del astro en crecimiento. Aunque la acreción inicial toma sólo segundos, la formación final de planetas puede tardar decenas a cientos de millones de años. Esta es la etapa del bombardeo temprano que hoy se asocia a la formación de algunos de los satélites en el Sistema Solar, como la Luna.
La gran atracción gravitacional de la estrella central y la presión hacia el exterior por el viento estelar da lugar a regiones en que las fuerzas gravitacionales se equilibran y donde no se pueden formar planetas u otros cuerpos creando las llamadas zonas muertas.
En un periodo que va de cientos de millones a un par de miles de millones de años posteriores a la formación de planetas, su fuerza de gravedad puede provocar alteraciones en las órbitas de mucho del material remanente de la nube materna, así como entre algunos de los planetas entre sí. Estos jalones y estirones gravitacionales provocan un gran número de colisiones de los cuerpos más pequeños, como asteroides y otros planetesimales contra planetas y satélites. Este es el bombardeo tardío, causante de la gran mayoría de los cráteres de impacto conocidos en la Luna y en otros cuerpos astronómicos del Sistema Solar.
Aún quedan preguntas sobre el origen de nuestro Sistema Solar que son objeto de estudio de actuales y futuros proyectos de Instituciones y de Agencias espaciales, como el Telescopio Webb de la NASA que será lanzado al espacio en un par de años. Y para responderlas es necesario que haya, también, más científicos herederos de la tradición de Pierre-Simon de Laplace.
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