¿Cómo se formó el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter?

Hay millones de asteroides entre las órbitas de Marte y Júpiter, con tamaños desde apenas unos milímetros hasta casi 1000 kilómetros. ¿Cómo llegaron allí?

Entre las órbitas de Marte y Júpiter encontramos una de las regiones más interesantes del sistema solar: el cinturón de asteroides. En esta región orbitan millones de rocas de tamaños muy diversos, desde granos de polvo de milímetros o centímetros de grosor hasta varios asteroides y un planeta enano de varios cientos de kilómetros de diámetro.

De hecho hay tal disparidad entre sus tamaños, que tan solo 5 asteroides acumulan más de la mitad de la masa total del cinturón. El más grande de ellos es Ceres, el único con suficiente masa como para haber adquirido una forma aproximadamente esférica. Este es un requisito indispensable para ser considerado planeta enano, por lo que Ceres es el único planeta enano del cinturón de asteroides y el más cercano al Sol. A pesar de tener la misma designación, Ceres es considerablemente más pequeño que Plutón. Es incluso más pequeño que Caronte, el compañero binario/luna de Plutón. El cuarto asteroide más grande Hygiea, también parece tener forma esférica, lo que lo haría merecedor de recibir el título de planeta enano, aun siendo más pequeño y menos masivo que Vesta y Pallas. Sin embargo es probable que esta configuración la obtuviera tras una gran colisión, más que durante la propia formación del asteroide.

Pero, ¿cómo se formaron estos asteroides? ¿Y por qué hay tantos y tan juntos? Durante los inicios del sistema solar, cuando la gran nube de gas y polvo que dio origen a nuestro sol se estaba contrayendo, se formó un disco alrededor del embrión estelar. De este disco protoplanetario saldrían los diferentes planetas. Tras incontables colisiones lentas entre cuerpos de centímetros o metros de tamaño, se fueron formando algunos planetesimales, capaces de atraer gravitatoriamente al material cercano. Poco a poco este disco fue limpiándose, cayendo todo el material a alguno de estos planetesimales, o sus lunas, formando los planetas que tenemos a día de hoy. Sin embargo, en la región entre Marte y Júpiter algo impedía la formación de un nuevo planeta.

Cuanto más lejos está un planeta del Sol, más tiempo tarda en completar una órbita a su alrededor. Por tanto habrá una cierta distancia al Sol a la que una órbita estable tomará al objeto que la recorra la mitad de tiempo que le toma a Júpiter completar su órbita. Esto querrá decir que cada dos órbitas de este supuesto planeta coincidirán con una órbita del gigante gaseoso. Esta periodicidad hará que con el tiempo Júpiter perturbe la órbita del planeta, haciéndola inestable y alterándola. Esto no sólo ocurre cuando la órbita del planeta o asteroide es exactamente la mitad de la de Júpiter, si no cuando es una fracción exacta de esta. Cuanto más simple sea la fracción, más a menudo coincidirán en sus órbitas y más afectada se verá la órbita interior.

En la región entre Marte y Júpiter se dan varias de estas resonancias (así se las llama), por lo que cualquier cuerpo que intente mantener una órbita estable en esta región, acabará viendo su órbita alterada directa o indirectamente. Todos estos planetesimales que acabarían fusionándose para formar un planeta mayor, no pudieron hacerlo por la presencia de Júpiter en el vecindario. Lo máximo que pudieron formarse son una decena de cuerpos de unos pocos cientos de kilómetros de diámetro, y miles y millones de cuerpos mucho menores.

De hecho, se cree que la masa inicial de todos los objetos en esa región debió ser similar a la masa de la Tierra durante los inicios del sistema solar. Sin embargo al cabo de unos pocos millones de años, apenas un suspiro en escalas astronómicas, el 99% de la masa había sido sacada de su órbita por Júpiter, quedando tan solo una pequeña muestra, que ha sobrevivido a duras penas hasta nuestros días. En la actualidad, se estima que la masa total del cinturón de asteroides está en torno al 3% de la masa de nuestra luna.

Esto ha hecho que a día de hoy, el cinturón de asteroides sea una región tremendamente vacía, considerablemente más de lo que se nos muestra en las películas. En la película El Imperio Contraataca, de la saga de La Guerra de las Galaxias, hay una escena en que Luke, Leia, Han y Chewbacca escapan de un destructor imperial a bordo del Halcón Milenario y para despistar a varios TIE Fighters entran a un campo de asteroides, en el que a duras penas logran esquivar rocas de varias decenas de tamaño (una de las cuales incluso alberga vida en su interior). La realidad, al menos en nuestro cinturón de asteroides es que la distancia típica entre objetos de ese tamaño sería de, al menos, miles de kilómetros, por lo que Han y Chewbacca no tendrían ningún problema en esquivarlos. De hecho lo más probable es que tuvieran problemas para deducir que han entrado en un campo de asteroides.

Dejando a un lado la ficción y volviendo a la ciencia, varias sondas espaciales han atravesado esta región en las últimas décadas, sin haber chocado (ni estado cerca de chocar) con ningún cuerpo de ningún tamaño. La misión Dawn de la NASA, que visitó los dos cuerpos más grandes del cinturón, Ceres y Vesta, recorrió (según la propia NASA) más de mil millones de kilómetros dentro de esta región. Durante todo su trayecto no pasó a menos de 1 millón de kilómetros del asteroide conocido más cercano.

REFERENCIAS:

Krasinsky, G. A. et al, 2002, Hidden Mass in the Asteroid Belt, Icarus. 158 (1): 98–105.

José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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