Sí, dos planetas pueden compartir la misma órbita.

A pesar de los riesgos para el planeta Tierra por el impacto de un cometa o un asteroide, nuestro sistema solar es en realidad un lugar increíblemente estable. Se espera que nuestros ocho planetas permanezcan en sus órbitas, de manera constante, mientras el Sol siga siendo una estrella de secuencia principal normal. De hecho, las simulaciones indican que existe aproximadamente un 1% de probabilidad de que cualquiera de nuestros ocho planetas sea expulsado dentro de los 5 a 7 mil millones de años restantes de la vida de nuestro sol. Pero este no es necesariamente el caso de todos los sistemas estelares, ya que la inestabilidad a menudo puede dar lugar a exoplanetas.

Si dos planetas pasan cerca uno del otro en órbita, uno puede perturbar al otro, provocando un cambio orbital masivo. Estos dos planetas podrían chocar, uno podría ser expulsado, o incluso uno de ellos podría chocar.com/ur con su estrella central. Pero existe otra posibilidad: estos dos planetas podrían compartir con éxito una órbita juntos y permanecer en órbita alrededor de su estrella madre indefinidamente. Puede parecer contradictorio, pero nuestro sistema solar ofrece una pista de cómo podría suceder esto.

Según la Unión Astronómica Internacional (IAU), hay tres cosas que un objeto en órbita debe hacer para ser un planeta:

1. Debe estar en equilibrio hidrostático o tener suficiente gravedad para darle una forma esférica. (En otras palabras, una esfera perfecta, más cualquier efecto de rotación o de otro tipo que la distorsione).
2. Necesita girar alrededor del Sol y no de ningún otro cuerpo (p. ej., no puede orbitar alrededor de otro planeta).
3. Necesita despejar su órbita de cualquier planeta menor, protoplaneta o planeta rival.

Esta última definición, estrictamente hablando, excluye dos planetas que comparten la misma órbita, porque una órbita no se consideraría «clara» si hubiera dos de ellos.

En principio, incluso los planetas gigantes gaseosos que orbitan alrededor de la misma estrella no serían considerados planetas si compartieran una órbita. La definición de la IAU es inadecuada en muchos sentidos, incluso para los astrónomos planetarios y exoplanetas.

Afortunadamente, no estamos obligados por la dudosa definición de la Unión Astronómica Internacional cuando consideramos planetas en una órbita común. En cambio, podríamos optar por preocuparnos por si podrían existir dos planetas similares a la Tierra que compartan la misma órbita alrededor de su estrella. La mayor preocupación, por supuesto, es la gravedad.

La gravedad es capaz de destruir una doble órbita de una de las dos formas que imaginamos anteriormente:

1. La interacción gravitatoria podría «patear» con fuerza a un planeta, ya sea enviándolo hacia el sol o fuera del sistema solar,
2. O la gravedad mutua de dos planetas podría hacer que se fusionen, dando como resultado una colisión espectacular.

En nuestras simulaciones de modelado de formaciones de sistemas solares a partir de discos protoplanetarios, estos dos efectos se ven con mucha frecuencia.

La sinestia consistiría en una mezcla de material evaporado tanto de la Tierra primordial como de la colisión, que forma una gran luna en el interior a partir de la fusión de la luna joven. Este es un escenario general capaz de crear una gran luna con las propiedades físicas y químicas que observamos. Es más general que la hipótesis del impacto gigante, que involucra una colisión entre la Tierra y un mundo protoplanetario hipotético que orbita alrededor de un común: Theia.

¡Este último caso es, de hecho, algo que probablemente le sucedió a la Tierra cuando el sistema solar tenía unas pocas decenas de millones de años! Ciertamente hubo una colisión, hace unos 4.500 millones de años, que condujo a la formación del moderno sistema Tierra-Luna. Además, es muy probable que haya desencadenado un gran evento en nuestro planeta; Incluso las rocas más antiguas que hemos encontrado en la Tierra no son tan antiguas como los meteoritos más antiguos, que probablemente se originaron en el cinturón de asteroides primordial, que hemos descubierto.

Dos planetas no hacen un gran trabajo al ocupar exactamente la misma órbita, porque no existe la verdadera estabilidad en estos casos. Lo mejor que puedes hacer es esperar una órbita semiestable. En este contexto, cuasi-estable significa que técnicamente, en escalas de tiempo infinitamente largas, todo es inestable, y estos planetas jugarán a Thunderdome: donde como máximo uno sobrevivirá.

Diagrama de contorno del potencial activo del sistema Tierra-Sol. Los objetos pueden estar en una órbita estable similar a la luna alrededor de la Tierra o en una órbita casi estable que conduce o sigue (o alterna entre ambos) la Tierra. Los puntos L1, L2 y L3 son puntos de equilibrio inestable, pero cualquier objeto en órbita alrededor del punto L4 o L5 puede permanecer estacionario durante largos períodos de tiempo indefinidamente.

Sin embargo, puede obtener formaciones que se mantendrán a sí mismas miles de millones de años antes de que ocurra uno de estos dos eventos «malos». Para comprender cómo, debe observar el diagrama anterior y, en particular, los cinco puntos etiquetados (en verde): puntos de Lagrange.

Si considera solo dos masas, el sol y un planeta, hay cinco puntos definidos en los que los efectos gravitatorios del sol y el planeta se cancelan, y los tres cuerpos se mueven en una órbita estable para siempre. Desafortunadamente, solo dos de estos puntos de Lagrange, L4 y L5, son estables; Cualquier cosa que comience en los otros tres (L1, L2 o L3) se alejará precariamente, terminando en colisión con el planeta padre o siendo expulsado.

Las órbitas de Cruithne y la Tierra en el transcurso de un año. La ubicación de Cruithne está indicada por el cuadrado rojo porque es demasiado pequeño para ser visto a esta distancia. La Tierra es el punto blanco que se mueve a lo largo del círculo azul. El círculo amarillo en el centro es nuestro sol. Aunque 3753 Cruithne no es completamente estable, ha permanecido en órbita aparente alrededor de uno de los puntos Lagrangianos de la Tierra (desde nuestro punto de vista) durante cientos de años, y permanecerá durante cientos más.

Pero L4 y L5 son los dos puntos alrededor de los cuales se agrupan los asteroides. Todos los mundos de gigantes gaseosos contienen miles, pero incluso la Tierra tiene uno: el asteroide. 3753 Cruithneque actualmente se encuentra en una órbita semiestable con nuestro mundo.

Aunque este asteroide en particular es inestable en una escala de tiempo de mil millones de años, ciertamente es posible que dos planetas compartan una órbita exactamente como esta. También es posible tener un planeta binario, que sería muy parecido al sistema Tierra/Luna (o al sistema Plutón/Caronte), excepto que no hay un «ganador» claro sobre quién es el planeta y quién es la Luna. Si tiene un sistema en el que dos planetas son similares en masa/tamaño y están separados solo por una distancia corta, podría tener lo que se conoce como un sistema de planetas binarios o un sistema de planetas dobles. Estudios recientes así lo indican Esto es legalmente posible.

Esta imagen anotada de la vista de ALMA de PDS 70 muestra la estrella central, los dos planetas conocidos, el disco protoplanetario exterior y también un posible compañero coorbital de un planeta aún más distante, PDS 70b.

Pero hay otra manera de hacerlo, y es algo que probablemente no pensaste que era estable: puedes tener dos planetas de masa similar en órbitas separadas, uno hacia el otro, intercambiando órbitas periódicamente a medida que el mundo interior supera al mundo exterior. Puede pensar que esto es una locura, pero nuestro sistema solar tiene un ejemplo donde sucede esto: Dos de las lunas de Saturno, Epimeteo y Jano..

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Cada cuatro años, cualquier luna interior (más cercana a Saturno) alcanza a la luna exterior, y su atracción gravitacional mutua hace que la luna interior se mueva hacia afuera, mientras que la luna exterior se mueve hacia adentro, y se intercambian.

La física de cómo se alternan las órbitas de Janus y Epimetheus puede explicarse por la dinámica gravitatoria simple de dos objetos de baja masa en órbita alrededor de un objeto de masa mucho mayor. Las interacciones gravitatorias mutuas pueden existir de una manera casi estable como esta, creando órbitas estables durante miles de millones de años o más.

Durante las últimas tres décadas, hemos notado que estas dos lunas bailan un poco, con configuraciones que se repiten sin cambios notables durante ocho años. Por lo que podemos decir, esta configuración no solo es estable en escalas de tiempo humanas, sino que debería ser estable durante la vida útil de nuestro sistema solar.

Las resonancias aparecen de varias maneras diferentes en la dinámica planetaria, incluida la forma en que Neptuno influye en la distribución de los objetos del Cinturón de Kuiper, la forma en que las lunas de Júpiter, Io, Europa y Ganímedes, experimentan un patrón orbital simple de 1:2:4, y cómo la velocidad de rotación y el movimiento orbital de Mercurio están sujetos a una resonancia de 3:2.

Janus y Epimetheus son dos lunas de Saturno que comparten la misma órbita a través del intercambio orbital. Debido a las diferencias de masa entre ellos, la órbita de Jano difiere unas tres veces más en un semieje mayor que la de Epimeteo. Estas dos lunas intercambian posiciones cada cuatro años, pero nunca parecen chocar.

No es sorprendente que las órbitas planetarias también experimenten resonancia de cambio de órbita, con Janus y Epimetheus como un gran ejemplo. Podría objetar que se trata de lunas que orbitan alrededor de un planeta, no de planetas alrededor de una estrella, pero la gravedad es gravedad, la masa es masa y las órbitas son órbitas. El tamaño exacto es la única diferencia, mientras que la dinámica puede ser muy similar.

Dado que ahora sabemos de los sistemas de exoplanetas que existen en abundancia alrededor de las estrellas enanas rojas de clase M, y que se parecen a un sistema joviano o Saturno, en otras palabras, ¡es muy posible que tengamos un sistema planetario en algún lugar de nuestra galaxia con dos planetas (en lugar de lunas) que hace precisamente eso!

Comparación del sistema TRAPPIST-1 con los planetas interiores del sistema solar y las lunas de Júpiter. Aunque la clasificación de estos objetos pueda parecer arbitraria, existen vínculos definitivos entre la formación y la historia evolutiva de todos estos objetos y las características físicas que poseen en la actualidad. Los sistemas solares alrededor de las estrellas enanas rojas parecen ser solo contrapartes ampliadas de Júpiter o Saturno.

La desafortunada noticia, al menos por ahora, es que entre los miles de planetas descubiertos alrededor de otras estrellas, todavía no tenemos ningún candidato a planeta binario. Hubo un candidato anunciado en los primeros días de la misión Kepler, Pero se ha retractado, donde se descubrió que uno de los planetas candidatos coorbitantes en realidad tiene el doble del período del planeta principal. Pero la ausencia de evidencia no es evidencia de ausencia. Estos planetas de una sola órbita pueden ser raros, pero con más y mejores datos, esperamos encontrarlos.

Danos un mejor telescopio para detectar planetas, un millón de estrellas con planetas a su alrededor y unos 10 años de tiempo de observación. Con instalaciones como esta, es probable que encontremos ejemplos de los tres posibles ejemplos de órbitas de planetas compartidos. Las leyes de la gravedad y nuestras simulaciones nos dicen que debe existir. Es posible que se haya encontrado una versión moderna de esto alrededor de la estrella PDS 70, pero los ejemplos maduros siguen siendo esquivos. El único paso restante es encontrarlos.

Ethan Siegel está de vacaciones esta semana. ¡Disfruta este artículo de los archivos de Starts With A Bang!