¿Cómo consiguió Júpiter tantas lunas? » ABC de la ciencia

A lo largo de los años, hemos descubierto más y más lunas de Júpiter. Afortunadamente para nosotros, los investigadores han logrado explicar cómo Júpiter obtuvo tantos de ellos.

Es bien sabido que Galileo fue el primero en descubrir cinco de las lunas de Júpiter a través de su telescopio en 1610. Sin embargo, no sabía que las lunas que observó eran solo una fracción del número total que tiene Júpiter. A lo largo de los siglos, a medida que hemos descubierto numerosas lunas nuevas de Júpiter, parece natural hacer la pregunta: ¿cómo terminó Júpiter con tantas lunas?

Júpiter y sus lunas

Este es un cartel de Júpiter, junto con la lista de sus principales lunas, así como algunas de sus menores. (Crédito de la foto: arte siberiano/Shutterstock)

Es hora de algunos números. A partir de 2018, Júpiter tiene 79 lunas. De esos 79, 57 tienen nombres, mientras que el resto solo tiene designaciones. El descubrimiento de estas lunas tuvo lugar durante un período de cuatro siglos. Sin embargo, un artículo reciente no solo encontró 45 candidatos adicionales, ¡sino que también proporcionó evidencia de 600 lunas posibles!

tipos de lunas

Antes de entrar en sus historias de origen, primero debemos entender los tipos de lunas que tiene Júpiter. Generalmente clasificamos las lunas (o satélites) en dos tipos: satélites regulares e irregulares.

Los satélites regulares son satélites naturales que generalmente se encuentran cerca del planeta, dentro de su esfera Hill. La esfera de Hill es una región en la que la influencia gravitatoria del planeta domina sobre la del Sol. Los satélites regulares generalmente tienen órbitas que parecen más circulares que elípticas y tienen bajas inclinaciones.

Hill esfera y SOI

Aquí hay un gráfico que compara el radio de las esferas de Hill de los planetas del sistema solar, indicado por las barras azul y roja, dependiendo de cómo se defina. (Crédito de la foto: Lamid58/Wekimidea Commons)

Mientras tanto, los satélites irregulares están mucho más lejos de su planeta padre (con distancias de aproximadamente la mitad del radio de la esfera Hill del planeta). También tienen inclinaciones más altas que los satélites regulares y tienen órbitas que son más elípticas que circulares.

También debemos considerar la dirección del movimiento de las lunas cuando giran alrededor del planeta. Las lunas se mueven alrededor de su planeta padre de dos maneras; movimiento progrado y retrógrado.

En el movimiento progresivo (también llamado movimiento directo), la luna gira en la misma dirección en la que gira el planeta. En el caso del movimiento retrógrado, la luna gira en la dirección opuesta a la que gira su planeta padre. La mayoría de los satélites irregulares del sistema solar tienen movimiento retrógrado y casi todos los satélites regulares tienen movimiento progresivo.

Grupos de lunas de Júpiter

Las 79 lunas de Júpiter se agrupan en función de varios factores. Estos factores incluyen si la luna es regular o irregular, la dirección del movimiento orbital y los orígenes del grupo. Estos grupos se nombran de la siguiente manera: Pequeños Internos Regulares y Anillos, Galileos, Temisto, Himalia, Carpo, Valetudo, Ananké, Carme y Pasífae.

Ilustración vectorial de los seis grupos de lunas de Júpiter

Esta es una ilustración de las posiciones e inclinaciones relativas de los grupos Regulares Internos (indicados por Amaltea en esta imagen), Galileo, Himalia, Pasífae, Ananké y Carmen, de Júpiter (Crédito de la foto: Patricia F. Carvalho/Shutterstock)

De estos grupos, Small Inner Regular and Rings y los Galileans son regulares y tienen órbitas progradas. Estos dos grupos juntos constituyen ocho lunas de las 79 de Júpiter. Los siete grupos restantes son todos satélites irregulares que comprenden las 71 lunas restantes de Júpiter.

Estas lunas están situadas significativamente más lejos de Júpiter que los dos primeros grupos de lunas regulares. Entre los grupos de lunas irregulares, Themisto, Himalia, Carpo y Valetudo tienen órbitas progradas, y Ananke, Carme y Pasifae tienen órbitas retrógradas.

La razón por la que las lunas de Júpiter muestran características tan diversas es por cómo se originaron estas lunas. Los satélites regulares e irregulares no se formaron de la misma manera. Para entender cómo Júpiter obtuvo tantas lunas, necesitamos entender la formación tanto de Júpiter como de sus lunas.

Formación de lunas regulares

Primero veremos la formación de las lunas regulares de Júpiter. Primero nos enfocaremos en el grupo galileano, que es significativamente más grande que el grupo Small Inner Regular. El grupo Small Inner Regular, aunque se considera que son las lunas de Júpiter, en realidad se encuentran dentro del tenue sistema de anillos de Júpiter. Las lunas del grupo Small Inner Regular tienen formas irregulares. Sus propiedades orbitales proporcionan más evidencia del hecho de que se originan en el disco de polvo y gas que rodeaba a Júpiter cuando era un protoplaneta, al igual que el grupo de Galileo.

Júpiter-con-sus-satélites

Esta es una ilustración de las órbitas de las lunas regulares internas, junto con el tenue anillo principal de Júpiter y dos de las cuatro lunas galileanas, Io y Europa. (Crédito de la foto: TNSEChandrasekarTpr/Wekimidea Commons)

La formación de las lunas galileanas es complicada y se relaciona directamente con la formación de Júpiter. La creación de Júpiter consistió en la acumulación de pequeños objetos, polvo y gas en su protoplaneta. En algún momento de este proceso, se habría formado una brecha o vacío, lo que daría como resultado que el protoplaneta Júpiter estuviera rodeado por su propio disco de gas y polvo.

Este disco se llama disco circunjovial (CJD). Está dentro del disco que rodeó al Sol durante su formación (llamado disco circunestelar). Las lunas galileanas se formaron a partir de este disco circunjovial.

Un estudio de 2002 mostró que un disco circum-jovial que es ‘rico en gas’ presentaría múltiples problemas para la formación y supervivencia de los satélites galileanos. En cambio, un disco circunjovial que tuviera una baja densidad de gas sería más favorable para la génesis de las lunas galileanas. Otro estudio realizado en 2009 sugirió que Júpiter podría haber capturado varias generaciones de lunas galileanas. La generación actual permaneció después de que la CJD se diluyera lo suficiente como para evitar que las lunas cayeran en Júpiter.

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Una ilustración de las cuatro lunas galileanas. Estas fueron las lunas observadas por primera vez por Galileo en 1610, por lo que el grupo recibe su nombre. (Crédito de la foto: alexaldo/Shutterstock)

Un estudio más reciente de 2019 sobre las lunas galileanas asume que las lunas galileanas se formaron muy lentamente con el tiempo, en forma de ‘guijarros’ que se convirtieron en las semillas para la formación de la luna. También suponen que el gas que fluye hacia el CJD desde el disco circunestelar se redujo exponencialmente. El estudio podría explicar varias propiedades de las lunas galileanas, como sus estructuras internas y la naturaleza de sus órbitas, que los estudios anteriores no podían hacer de manera consistente.

Formación de lunas irregulares

Mientras tanto, las lunas irregulares no se habrían formado junto con Júpiter. Se presume que inicialmente fueron pequeños objetos (asteroides o cometas) sobrantes después de la formación del Sol que se acercó a Júpiter en algún momento. Los científicos han teorizado tres métodos por los cuales su captura es posible.

La luna irregular de Júpiter orbita ene 2021

Esta es una imagen de las órbitas de las lunas irregulares alrededor de Júpiter, con Júpiter y las lunas galileanas en el medio. (Crédito de la foto: Nrco0e/Wikimedia Commons)

La primera forma es mediante un proceso llamado captura desplegable. En un momento durante la formación de Júpiter, el protoplaneta habría alcanzado una cierta masa que provocaría una rápida acumulación de gas desde el disco circunjovial. Esto haría que su masa aumentara repentinamente, capturando objetos cercanos en órbitas permanentes. Los irregulares capturados de esta manera generalmente tienen órbitas retrógradas. Sin embargo, un mecanismo complejo a veces puede dar como resultado una luna irregular con una órbita progresiva.

El segundo mecanismo se llama captura de arrastre de gas. Este mecanismo también es el resultado de una acumulación de gas fuera de control en el protoplaneta. Las capas de gas que rodearon inicialmente a Júpiter durante su nacimiento se encogerían a medida que se enfríe. Cuando pequeños objetos sólidos al azar pasan a través de estas capas gaseosas, se ralentizarán por fricción y podrían unirse a Júpiter.

La última forma en que Júpiter obtuvo sus lunas irregulares es mediante un proceso llamado interacción N-cuerpo. Aquí, se cree que los satélites irregulares son capturados por interacciones gravitatorias con los planetas gigantes y colisiones con objetos más pequeños. Este proceso se usa para explicar cómo Urano y Neptuno obtuvieron sus lunas irregulares.

Un estudio realizado en 2007 mostró que los planetas exteriores podrían haber obtenido sus lunas irregulares de otra manera. En un momento en que las órbitas de Urano y Neptuno eran inestables, pudo haber períodos en los que se acercaron a Júpiter y Saturno.

Durante cada uno de esos encuentros, habría habido interacciones entre los planetas exteriores y varios otros pequeños planetesimales (pequeños objetos que son restos de formación estelar). Estas interacciones podrían haber dado como resultado que algunos planetesimales se unieran a Júpiter. Con el tiempo, se habrían asentado permanentemente como satélites irregulares.

Una simulación de 2014 del modelo anterior mostró que podía explicar el número y las órbitas de los satélites irregulares observados de Júpiter.

Los Irregulares GRUPOS DE JÚPITER

Este gráfico muestra la distancia de las lunas irregulares a Júpiter a lo largo del eje x y la inclinación de las órbitas a lo largo de la escala angular. El gráfico ofrece una representación aproximada en 3D de la posición de las lunas irregulares durante su órbita alrededor de Júpiter. (Crédito de la foto: Eurocommuter/Wekimidea Commons)

Entonces, ¿por qué los irregulares se agrupan en todos estos grupos como Himalia y Carme? En primer lugar, las lunas irregulares dentro de cada grupo tienen propiedades orbitales similares y se espera que se hayan originado a partir del mismo cuerpo principal. Cada grupo está dominado gravitacionalmente por la luna que lleva el nombre del grupo. Esa luna es también la más grande y la primera luna descubierta dentro de ese grupo.

Conclusión

Podemos ver que Júpiter adquirió sus lunas de diferentes maneras. O fueron creados a partir del polvo y otros objetos pequeños que rodearon a Júpiter durante su formación, o fueron capturados por la enorme gravedad de Júpiter. Entonces, para responder a la pregunta planteada en la parte superior de este artículo: ¿cómo obtuvo Júpiter tantas lunas? Bueno, la respuesta es… “¡por cómo es Júpiter!

Descubrir más sobre el origen y las propiedades de los satélites del planeta exterior es clave para comprender más sobre la historia de nuestro sistema solar. La formación de satélites, especialmente los irregulares, es indicativa de la dinámica de pequeños objetos como asteroides, cometas y el gas y polvo que rodea al Sol durante el período formativo del sistema solar.

Más estudios también nos darán una mejor idea sobre la formación de los gigantes de gas y hielo, y nos ayudarán a comprender mejor la estructura interna y las propiedades de estos increíbles cuerpos celestes.

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