Porque los planetas son esféricos?

Ampliado y mejorado  por la Lic. Esmeralda Mallada - Uruguay

Las ampliaciones/mejoras están en cursiva.

A primera vista parece una pregunta tonta.... Alguien vió alguna vez un planeta de otra forma?

Es verdad, nadie vio uno, pero porque?

Empecemos por el principio.

Primero debemos aclarar la formación del los planetas y el Sistema Solar.

Estos se formaron por colisiones entre planetesimales (objetos similares a los asteroides), por un proceso de acreción.

Estos cuerpos relativamente menores, fueron colisionando a baja velocidad, uniéndose en un solo cuerpo mayor.

En detalle la cosa es mas o menos así. Estos cuerpos inicialmente, se mantienen como agregados (pilas de escombros) por la gravedad mutua. Si crecen lo suficiente, y bajo la presión de su gravedad, el propio peso los calienta, y puede fundirlos.


Aquí se produce el proceso de diferenciación (los materiales mas densos, como hierro y niquel van al núcleo) y adquieren cierta solidez que los hace resistentes a choques y rotación. Esas pilas de escombros, si rotan muy rápido tienen a separarse creando dobles.


La estabilidad rotacional depende de la densidad. Los cuerpos mas densos pueden girar mas rápidamente sin romperse, solo se achatan en los polos y se ensanchan en el ecuador. Para que el cuerpo tome la forma esférica es preciso que alcance un equilibrio hidrostático.


Que es el equilibrio Hidrostático?


El equilibrio hidrostático se produce cuando en un fluido las fuerzas del gradiente vertical de presión y la gravedad están en equilibrio. En un fluido hidrostático no hay aceleración vertical neta.

Porque choques a baja velocidad? 

Porque la enorme mayoría de estos objetos tenían orbitas casi circulares alrededor del Sol. Por ello para poder colisionar tenían que tener orbitas similares y velocidades similares.

Igualmente había choques a alta velocidad y te imaginaras el final -catástrofe-.

Algo mas?

Siempre hay algo mas.

Hagamos un experimento mental. Supongamos que tenemos la posibilidad de acumular material y hacer una montaña de la altura que queramos.

Empezamos por un monte de 100 metros, luego 1 km, 3 km, 8 km, alcanzamos la altura del Everest, y seguimos, 15, 30, 80, 200, 1000 kilómetros....

Es posible esto?

Tal vez no tendríamos que haber llegado tan al extremo para darnos cuenta que algo no parece funcionar.

Una montaña se mantiene erguida por dos fuerzas: la gravedad, que tiende a derribarla, y la cohesión del material que la forma, que tiende a mantenerla en pie.

Cuando el peso del material supera la fuerza de cohesión, sencillamente la montaña se derrumba.

Por ello una irregularidad posible en un asteroide, es imposible en la Tierra, y por eso los planetas y asteroides mayores son esféricos.

El asteroide Eros por ejemplo, mide 33x13x13 km, con un promedio de 20 km.

Si la Tierra fuera igual de deforme, mediría como promedio (números redondos) 13000 km, pero su forma seria de 21.000 x 8.000 x 8.000 km.....

Habría una especie de montaña de 8000 km de altura.....  

Video real del asteroide 216 Kleopatra rotando, tomada con telescopios gigantes desde la Tierra. Para verlo debes picar en la imagen.

Si vamos a datos reales, la máxima irregularidad del Sistema Solar es el Monte Olimpo en Marte, con nada mas que 25 km de altura... impresionante, pero es solo el 0,7% del radio de planeta rojo.

Por ese motivo los asteroides pequeños son totalmente irregulares, y cuanto mas grandes, mas esféricos.

Cuando dejan de ser esféricos?

Depende de cada cuerpo. En el caso del asteroide Vesta, uno de los asteroides mayores, se produjo la diferenciación, pero no se alcanzó el equilibrio hidrostático, en cambio sí se alcanzo en Ceres que es casi esférico.


El equilibrio hidrostático depende de la densidad, es por eso que los cuerpos rocosos necesitan un diámetro de mas de unos 900km ( como el planeta enano Ceres). 


Para alcanzar ese equilibro los de hielo, con menor densidad, lo alcanzan con unos 400km, (el caso de Mimas, satélite de Saturno que es de hielo).

Ahora veamos la cosa con números.

Tabla con datos de astros menores:


     Asteroide            Diam.      Diam.    ~Masa    
Numero y nombre        (km)     Prom.(km)  10e15 kg 
---------------      --------     ------- ---------  
    1 Ceres         960 x 932      950    870.000  
    2 Pallas     570 x 525 x 482   526    318.000  
Mimas (Sat)            396         396    375.000  
    4 Vesta            530         530    300.000   
Hyperion (Sat)         266         266      5.590        
Amalthea (Jup)   250 × 146 × 128   167      2.080  
Phoebe (Sat)     230 x 220 x 210   214      8.290          
  243 Ida            58 x 23        40        100     
  253 Mathilde     66 x 48 x 46     53        103,3                    433 Eros         33 x 13 x 13     20          6,69  
  951 Gaspra       19 x 12 x 11     14         10     
 4179 Toutatis   4,6 x 2,4 x 1,9     3          0,05     

Donde Diámetro = proporciones reales del cuerpo. 
             Diam. Prom. = Es el promedio de las tres.
             cuando indica entre paréntesis Sat o Jup, es una luna de ese planeta. 
             Ceres es ahora considerado un Planeta Enano. 

La linea roja es la relacion entre la masa y el diámetro de los objetos menores. Las imagenes de los objetos son reales y no están a escala. La linea celeste es el limite debajo del cual los objetos de hielo son esféricos. La linea verde es lo mismo, pero para objetos rocosos.