El Sistema Solar que vemos hoy transmite una engañosa sensación de estabilidad. Los ocho planetas recorren órbitas relativamente ordenadas, separados por distancias enormes y sin que nada parezca capaz de alterar ese equilibrio. Pero esa tranquilidad probablemente llegó después de una etapa bastante más violenta.
Un nuevo estudio aceptado para su publicación en la revista científica Icarus plantea que el Sistema Solar primitivo no tenía únicamente los cuatro planetas gigantes que conocemos. Junto a Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno pudieron existir uno o dos gigantes de hielo adicionales, con masas comparables a las de Urano o Neptuno, que terminaron expulsados durante una gran inestabilidad gravitacional.
No se trataría, por tanto, de planetas todavía ocultos en algún rincón remoto del Sistema Solar ni de una nueva versión del hipotético Planeta Nueve. Esos mundos habrían sido lanzados fuera de la influencia del Sol hace miles de millones de años, después de encadenar encuentros extremadamente cercanos con los planetas que sí sobrevivieron.
La novedad del trabajo no consiste únicamente en volver a proponer la existencia de esos planetas perdidos. El equipo encabezado por Matthew S. Clement, del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, ha utilizado las lunas de Júpiter y Urano como una especie de registro fósil para comprobar qué versiones de aquella historia son realmente compatibles con el Sistema Solar actual.
El Sistema Solar pudo comenzar con cinco o seis planetas gigantes
El escenario se enmarca en el conocido como Modelo de Niza, una explicación sobre cómo evolucionaron las órbitas de los planetas gigantes después de que desapareciera el disco de gas y polvo que rodeaba al Sol recién nacido.
Según este modelo, los planetas exteriores se formaron inicialmente en una configuración mucho más compacta. Sus interacciones gravitacionales, combinadas con la presencia de innumerables cuerpos pequeños, terminaron rompiendo aquel equilibrio. Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno cambiaron de órbita mientras uno o varios planetas adicionales eran arrojados hacia el espacio interestelar.
Las versiones modernas del modelo suelen partir de dos posibles configuraciones. Una contiene cinco planetas gigantes: los cuatro actuales y un gigante de hielo adicional. La otra empieza con seis, añadiendo dos planetas más pequeños que Urano y Neptuno. De las 122 historias analizadas en el nuevo trabajo, 45 correspondían al primer escenario y 77 al segundo.
Los investigadores seleccionaron esas 122 evoluciones a partir de una colección de casi 10.000 simulaciones anteriores. Todas ellas terminaban con cuatro planetas gigantes y reproducían, con distintos grados de precisión, características esenciales del Sistema Solar moderno. Posteriormente, el equipo incorporó los sistemas de lunas de Urano y Júpiter para comprobar si podían sobrevivir a los encuentros planetarios de cada simulación.
Y fue entonces cuando apareció el problema.
Las lunas de Urano son mucho más frágiles de lo esperado
Las lunas regulares no orbitan de manera independiente. Forman sistemas gravitacionales delicados en los que una pequeña alteración puede aumentar la excentricidad de una órbita, hacer que dos trayectorias se crucen y desencadenar una sucesión de colisiones.
Según el estudio, el 87,3% de las simulaciones terminó desestabilizando el sistema de lunas de Urano. Al agrupar los ensayos por cada una de las 122 historias planetarias, el 91% provocó la inestabilidad de las lunas en al menos la mitad de sus repeticiones.
La posición original de Urano parece haber sido determinante. Al encontrarse en una zona intermedia de la primitiva cadena de planetas gigantes, estaba expuesto a cuerpos procedentes tanto de las regiones interiores como de las exteriores. Eso aumentaba el número y la profundidad de sus encuentros.
Las simulaciones indican que un acercamiento entre Urano y otro gigante de hielo a menos de 0,02 unidades astronómicas (unos tres millones de kilómetros) prácticamente garantizaba la destrucción del sistema lunar. Un encuentro con Júpiter o Saturno a menos de 0,1 unidades astronómicas producía un resultado parecido. Incluso aproximaciones más lejanas podían acabar siendo destructivas si se repetían suficientes veces.
El problema es que proteger las lunas de Urano suele poner en peligro las de Júpiter, y viceversa. Los escenarios con un único planeta extra favorecían la supervivencia del sistema uraniano. En cambio, las configuraciones con dos planetas adicionales de menor masa producían encuentros más tolerables para las lunas galileanas de Júpiter.
La probabilidad de que ambos sistemas de satélites sobrevivieran a exactamente la misma inestabilidad fue de alrededor del 1%. El equipo solo encontró una historia en la que las principales lunas de Júpiter y Urano sobrevivían de manera relativamente consistente, y ni siquiera ese resultado reproducía a la perfección el sistema actual.
Miranda puede ser la cicatriz de aquella etapa caótica
La conclusión no significa necesariamente que el Modelo de Niza sea incorrecto. Existe otra posibilidad: las lunas que rodean actualmente a Urano no son exactamente las mismas, ni tienen la misma composición, que antes de la gran inestabilidad.
Los encuentros planetarios pudieron alterar sus órbitas hasta provocar choques entre satélites vecinos. En las simulaciones, las colisiones que involucraban a Miranda, Ariel y Umbriel alcanzaban normalmente velocidades de entre uno y dos kilómetros por segundo. Son impactos suficientemente energéticos como para vaporizar parte del hielo y fragmentar o redistribuir materiales, pero no siempre para fusionar completamente los dos cuerpos.
El resultado habría sido una secuencia de colisiones de tipo hit-and-run: las lunas chocaban, intercambiaban materia y volvían a separarse antes de sufrir nuevos encuentros. Con el tiempo, la disipación de energía habría estabilizado las órbitas y parte del material expulsado podría haberse acumulado nuevamente alrededor de los cuerpos supervivientes.
Aquí entra en escena Miranda, la más pequeña de las cinco lunas principales de Urano. Los modelos de su interior estiman que contiene alrededor de un 23% de roca, frente a aproximadamente un 50% en otras lunas grandes del planeta. Es decir, Miranda no es relativamente pobre en hielo, sino especialmente rica en él.
Los investigadores plantean que las antiguas colisiones podrían ayudar a explicar tanto su reducido tamaño como esa composición peculiar. Los impactos pudieron transferir materiales entre lunas, erosionar determinados componentes de forma preferente o destruir cuerpos anteriores cuyos restos terminaron reuniéndose de otra manera. Sin embargo, el estudio no determina todavía cuál de esos mecanismos produjo la Miranda actual. Para resolverlo serán necesarias simulaciones hidrodinámicas de alta resolución.
Las lunas pueden contar una historia que los planetas borraron
El estudio deja abiertas tres posibilidades. La primera es que las lunas de Urano fueran desestabilizadas al menos dos veces: una durante el gran impacto que habría inclinado el planeta y otra durante la posterior inestabilidad de los gigantes. La segunda es que algunos elementos del Modelo de Niza necesiten ser revisados. La tercera es que el Sistema Solar atravesara una secuencia extraordinariamente poco probable en la que Urano evitó casi todos los encuentros verdaderamente peligrosos.
Los autores se inclinan por la primera o por la tercera explicación. En cualquiera de los casos, las lunas dejan de ser simples acompañantes de los planetas para convertirse en testigos de una historia que las órbitas actuales ya no permiten reconstruir por sí solas.
Los planetas desaparecidos no dejaron una superficie que podamos fotografiar ni una órbita que podamos seguir. Pero su gravedad pudo deformar, romper y recomponer los sistemas de satélites que encontraron antes de abandonar definitivamente el Sistema Solar. Miranda, con su pequeño tamaño, su composición anómala y su superficie desconcertante, podría ser uno de los pocos lugares donde todavía permanece escrita aquella historia.
