¿Por qué es tan estable el Sistema Solar? La estabilidad orbital a largo plazo de los planetas interiores de nuestro Sistema Solar es un enigma persistente: las órbitas de Mercurio, Venus, la Tierra y Marte son prácticamente estables durante toda la vida del Sistema Solar, aunque sean muy caóticas.
En un estudio publicado en la revista Physical Review X, investigadores del Observatorio de Paris y del CNRS explican esta estabilidad en términos de cuasi-simetrías y cantidades cuasi-conservadas.
El movimiento a largo plazo de los planetas en el Sistema Solar es un problema que se remonta a la formulación por Newton de la ley universal de la gravitación. Jacques Laskar, investigador del CNRS en el Observatorio de Paris dentro del Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides descubrió en 1989 que el movimiento de los planetas es caótico en una escala temporal de 5 millones de años y se vuelve impredecible más allá de los 60 millones de años.
En 2008, Jacques Laskar demostró que la probabilidad de una colisión entre planetas interiores (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) es sólo del 1% en los próximos 5.000 millones de años, un periodo comparable a la edad del Sistema Solar.
Hace dos años, Federico Mogavero, becario posdoctoral del Observatorio de París en el IMCCE, y Jacques Laskar demostraron que el tiempo típico que hay que esperar para que se produzca un acontecimiento catastrófico es, de hecho, ¡mucho mayor que la edad del Universo!
¿Qué hace que los planetas interiores del Sistema Solar sean tan estables?
Investigadores del Observatorio de París y del CNRS, en el IMCCE, proponen un marco que justifica esta notable estabilidad. Demuestran que el movimiento a largo plazo de los planetas interiores se describe mediante una jerarquía de escalas temporales que van de 5 a 500 millones de años.
Tres simetrías caracterizan las interacciones planetarias responsables del caos orbital. Estas simetrías se rompen por resonancias débiles, lo que conduce a la existencia de cantidades cuasiconservadas que representan las variables más lentas de la dinámica. Un análisis de componentes principales de las simulaciones numéricas confirma estos resultados.
La estabilidad de los planetas interiores a lo largo de la vida del Sistema Solar emerge entonces de forma natural de las restricciones que las cantidades cuasiconservadas ejercen sobre las variaciones caóticas de las órbitas.
En términos sencillos, esto significa que hay ciertas fuerzas que afectan a los planetas en nuestro sistema solar y estas fuerzas pueden hacer que las órbitas planetarias se vuelvan impredecibles y caóticas. Sin embargo, hay ciertas simetrías que hacen que algunas de las variables de esta dinámica sean más lentas y estables, como si estuvieran «atrapadas» en una especie de patrón. Esto ayuda a explicar por qué los planetas interiores del sistema solar han sido relativamente estables durante toda la vida del sistema.
Fuentes
CNRS | Federico Mogavero, Nam H. Hoang, Jacques Laskar, Timescales of Chaos in the Inner Solar System: Lyapunov Spectrum and Quasi-integrals of Motion. Physical Review X, 3 mai 2023. DOI:doi.org/10.1103/PhysRevX.13.021018
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