lunes, 8 de abril de 2013

Resonancias orbitales en el Sistema Solar.

En mecánica celeste, se dice que hay resonancia orbital cuando las órbitas de dos cuerpos tienen períodos cuya razón es una fracción de números enteros simple. Ello significa que se ejercen una influencia gravitatoria regular. Las resonancias tienen un doble efecto: en algunos casos estabiliza y en otros desestabiliza las órbitas. En el Sistema Solar tenemos muchos ejemplos de resonancias. Vamos a repasar los casos más llamativos e importantes.

Ejemplos estabilizadores:

-Júpiter y Saturno tienen los periodos orbitales en una resonancia 5:2. Ello significa que cada 5 vueltas al Sol que da Júpiter, Saturno da 2.



-Las lunas de Júpiter Ganímedes, Europa, e Ío están en una resonancia orbital 1:2:4.





-Entre los satélites de Saturno hay 6 cuyos periodos están relacionados:
El periodo de Mimas es 1/2 del de Tetis
El periodo de Encélado es 1/2 del de Dione
El periodo de Hiperión es 4/3 del de Titán

-Muchos de los satélites presentan una rotación síncrona; es decir, tardan el mismo tiempo en girar sobre sí mismos que alrededor del planeta. Se dice que están en resonancia 1:1. Esto significa que el satélite presenta al planeta siempre la misma cara. El ejemplo más llamativo es el de la Tierra y la Luna, pero la inmensa mayoría de satélites están en esta situación. Entre ellos todos los grandes satélites de Júpiter y Saturno. La razón es la fuerza de marea que ha parado el giro del satélite respecto a su planeta. Para ello el satélite tiene que ser grande y estar cerca del planeta.

-Por estar cerca del Sol, Mercurio tiene su periodo de rotación que es 2/3 del periodo de traslación alrededor del Sol.



--Los plutinos son objetos transneptunianos que están en resonancia orbital 3:2 con Neptuno. Esto significa que efectúan dos órbitas alrededor del Sol al tiempo que Neptuno realiza tres órbitas. Por esto, aunque crucen la órbita del planeta gigante, ésta no los puede expulsar gravitatoriamente.
Como esta característica la comparte Plutón, estos cuerpos se denominan plutinos ("plutones pequeños").
Los plutinos forman la parte interior del cinturón de Kuiper. Aproximadamente la cuarta parte de los objetos conocidos del cinturón de Kuiper son plutinos.
A su vez, los twotinos son objetos del cinturón de Kuiper que están en resonancia orbital 1:2 con Neptuno, es decir, que efectúan una órbita alrededor del Sol mientras Neptuno realiza dos. Su nombre es un acrónimo derivado de las palabras inglesas "two" y "plutino". Hasta el momento se han descubierto alrededor de una docena de estos objetos. También se han localizado cuerpos en otras resonancias.
No se deben confundir los términos plutino y plutoide. Los plutinos son objetos que tienen características orbitales similares a Plutón, independientemente de su tamaño. Los plutoides son objetos transneptunianos con un tamaño similar al de Plutón, independientemente del grupo orbital al que pertenezcan.



¿Qué efectos desestabilizadores conocemos?

-La resonancia de Júpiter es responsable de los huecos de Kirkwood o ausencia de asteroides a determinadas distancias del cinturón de asteroides que guardan una relación conmensurable con el periodo orbital de Júpiter. Los principales huecos se hallan a distancias en que los asteroides tardarían en orbitar 1/3, 2/5, 3/7 y 1/2 de lo que tarda Júpiter.


-En los anillos de planetas, y fundamentalmente de los Anillos de Saturno, que es el más denso, cerca de las distancias radiales del planeta a las que las partículas del disco tendrían un período orbital conmensurado con el de uno de los satélites del planeta (1/2, 1/3, 2/5 o en general n/m) la amplificación del efecto gravitatorio del satélite durante largos períodos hace que se pierden partículas en una banda situada a la distancia radial correspondiente a una resonancia. La explicación estriba en que cada n-órbitas del satélite natural, la partícula del anillo da m-vueltas exactas, por lo que al cabo del tiempo en que el satélite natural da n-vueltas se halla a la mínima distancia de la partícula, causando un tirón gravitacional que hace que las órbitas de las partículas dejen de ser circulares. 
Y aumenta la probabilidad de que las partículas choquen con sus vecinas menos perturbadas. ¿Qué acontece entonces? Se pierden partículas en una banda situada a la distancia radial correspondiente a una resonancia. La banda suele abarcar una anchura natural de unas decenas de kilómetros. El cuerpo principal del sistema de anillos de Saturno incluye, por su proximidad al planeta, los brillantes anillos B y A. Entre ambos está la división de Cassini, de 5.000 kilómetros de ancho. Las partículas de la proximidad del borde exterior del anillo B (borde interior de la División de Cassini) describen órbitas en torno a Saturno en 11h 24m, aproximadamente dos veces por cada órbita completa del satélite Mimas, tres veces por cada órbita completa del satélite Encélado y cuatro veces por cada órbita completa del satélite Tetis. Estas resonancias son las responsables de la división de Cassini.


4 comentarios:

  1. Es un tema interesantísimo, y es difícil ver cómo los tirones gravitatorios repetidos pueden estabilizar o desestabilizar un sistema.
    Depende de circunstancias muy sutiles en los sistemas múltiples que no acierto a ver del todo.
    Gracias por la explicación.

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    1. Al final para verlo lo mejor es realizar simulaciones informáticas. La ventaja que nos dan estos "tirones gravitatorios" es que nos permiten descubrir la presencia de cuerpos celestes que son invisibles a nuestros instrumentos, pero que de esta forma sabemos que están porque observamos su influencia.

      Un saludo!

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  2. Excelente tema, analogamente es posible decir que la luna ejerce tirones sobre nuestros satelites de comunicación?

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    1. ¡Por supuesto! Evidentemente en menor medida que la Tierra, pero los científicos lo tienen en cuenta a la hora de calcular las órbitas.

      Un saludo!

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