Júpiter y la teoría de la relatividad son los responsables del cambio de curso observado en cuerpos menores del Sistema Solar

El famoso cráter de meteorito Barringer en Arizona, que fue creado por un impacto hace unos 50 000 años. Foto: Colourbox.

¿Qué es lo que Eisntein y Newton han logrado explicar del movimiento de los cuerpos en el Sistema Solar?

En el caso de los cuerpos del sistema solar que pasan cerca del sol, hay dos efectos importantes que juegan un papel crucial en la evolución orbital. Uno de los efectos es de la relatividad general y el otro efecto es de la teoría newtoniana de la gravitación.  
La predicción de un cambio periódico en la órbita de Mercurio (lo que técnicamente se llama Precesión en la Mecánica Celeste) y la posterior confirmación de este cambio adicional en la órbita a partir de observaciones reales, fue uno de los mayores triunfos de la Teoría de la Relatividad General desarrollada por Einstein hace alrededor de 102 años .

Los planetas que orbitan alrededor del Sol siguen órbitas elípticas (ovaladas) que giran gradualmente con el tiempo (precesión del ábside). La excentricidad de esta elipse y la tasa de precesión de la órbita están exageradas para la mejor visualización. La mayoría de las órbitas en el Sistema Solar tienen una  excentricidad mucho más pequeña y un movimiento de precesión a un ritmo mucho más lento, haciéndolas casi circulares y estacionarias. Crédito: Wikipedia – WillowW. Ver también aquí.
Este es uno de los efectos importantes que se producen en los cuerpos del Sistema Solar que pasan cerca del Sol debido a que las velocidades orbitales aumentan considerablemente cuando los cuerpos se aproximan  al Sol y cuando las velocidades aumentan sustancialmente, los efectos relativistas pueden llegar a ser importante (véase la ilustración de la izquierda).
El otro efecto es debido a las influencias periódicas gravitacionales de Júpiter (técnicamente llamados el mecanismo Kozai en mecánica celeste) de la teoría newtoniana que hacen a la órbita más y más estrecha (o en otras palabras, más y más elíptica) y más cercana al Sol en cada revolución posterior.
Estos efectos gravitacionales graduales de Júpiter  han dado lugar a la producción de algunos excepcionalmente espectaculares “cometas sungrazers” (es decir, los cometas que vienen muy cerca del Sol y por lo tanto son muy brillantes en apariencia desde nuestro planeta) en la historia de la Tierra.

A la derecha:_ El cometa C / 1965 S1 (Ikeya-Seki) fue uno de los cometas más espectaculares en la historia. Foto: Maynard Pittendreigh

El escenario se plantea por primera vez

Los trabajos previos en la ciencia del Sistema Solar han estudiado estos efectos por separado para algunos cuerpos, pero en nuestro estudio actual, nos fijamos en los escenarios interesantes cuando tenemos la combinación de estos dos efectos en los cuerpos del Sistema Solar.
Nuestros cálculos muestran que estas influencias gravitatorias periódicas de Júpiter pueden conducir a aumentos rápidos en los cambios orbitales debido a la Relatividad General, en virtud de que los cuerpos  vienen más cerca del Sol en cada paso sucesivo alrededor del mismo. A veces, los cuerpos pueden tener acercamientos extremos al Sol que a la larga conduce a la colisión con el mismo, inducida por estos efectos periódicos de Júpiter.
Un buen ejemplo que muestra esta propiedad en nuestros estudios es la simulación del cometa 96P  / Machholz 1, que muestra fases que se aproximan rápidamente al Sol y, finalmente cae en el mismo en unos 9.000 años a partir de la actualidad.

Durante su viaje final justo antes de la colisión con el Sol, nos encontramos con que los cambios orbitales debidos a la Relatividad General pueden alcanzar su punto máximo a aproximadamente 60 veces el desplazamiento orbital de Mercurio, que es un valor récord observado en el contexto de los cuerpos del Sistema Solar .
Además, este cometa se somete a un cambio en su dirección orbital de referencia (llamado técnicamente un cambio de inclinación en la Mecánica Celeste) debido a los efectos gravitacionales sistemáticos de Júpiter.
Nuestro estudio presenta por primera vez un ejemplo de un cuerpo del Sistema Solar que muestra de manera clara todos estos efectos y  rasgos previamente mencionados, superpuestos. Esto hace a este estudio nuevo y único respecto a estudios anteriores similares de las órbitas de objetos del Sistema Solar.
A la izquierda:_ Grabado histórico en madera  de la famosa tormenta de meteoros Leónidas de 1833, donde decenas de miles de meteoros por hora volaron. Ilustración: Elsevier / M. Littmann. Agrandar. Más información.

Consecuencias importantes

Por otra parte nos encontramos con que la combinación de ambos  efectos antedichos tienen consecuencias importantes en el ámbito de los estudios de impactos  con la Tierra de los Cuerpos Menores del Sistema Solar. Nuestros cálculos muestran que incluso un pequeño cambio orbital debido a la Relatividad General puede variar en gran medida la distancia órbital más pequeña entre el cuerpo y la Tierra.
Los efectos periódicos de Júpiter pueden aumentar los efectos relativistas generales en algunas órbitas del Sistema Solar. Esto lleva a que los escenarios de aproximación entre los cuerpos del Sistema Solar cambien significativamente.

Esto a su vez juega un papel importante en el estudio y la evaluación de las estimaciones de amenaza de impacto a largo plazo con la Tierra, lo cual si ocurriese puede crear características interesantes y notables como cráteres y tormentas de meteoros en nuestra Tierra.
Nuestro planeta ha sido bombardeado por  diferentes cuerpos del Sistema Solar, de diferentes tamaños  a lo largo de su historia orbital (véase el mapa del cráter a la izquierda) y estas firmas en forma de cráteres actúan como una herramienta crucial para entender la evolución y dinámica de la Tierra (que es el tema de enfoque basado en el CEED UIO).
Arriba a la derecha: Mapa de cráteres conocidos encontrados en la Tierra debido a los impactos de cuerpos del espacio. Ilustración: Stephanie Werner. Agrandar. Ver mapa interactivo.

En busca de amenazas

Los sondeos telescópicos modernos están explorando el cielo continuamente para encontrar objetos del Sistema Solar que podrían estar muy cerca de la Tierra y convertirse en el futuro en una amenaza para la misma.

Las observaciones precisas de hoy, ayudadas por los grandes telescopios en diferentes partes del mundo y los cálculos teóricos detallados aumentados por las instalaciones de supercomputación (como USIT NOTUR un cluster de computación) tienen como objetivo llegar a mejores modelos en el contexto de los estudios a corto plazo y del riesgo de impacto a largo plazo para hacer de la Tierra un lugar más seguro en la perspectiva, más grande, de nuestra existencia.

A la izquierda: El telescopio PS1 PanSTARRS en Hawaii es actualmente el cazador más activo de objetos cercanos a la Tierra. AgrandarFoto: Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai. 
 Los autores trabajan en CEED (Centro para la Evolución y Dinámica de la Tierra ) en la Universidad de Oslo (UiO). CEED es un Centro de Excelencia, organizado por el Departamento de Ciencias de la Tierra.

Expresiones de gratitud:

Sekhar y Werner agradecen al proyecto “Reloj del Crater” (235.058 / F20) con base en el Centro para la Evolución y Dinámica de la Tierra (a través de los Centros de Excelencia número de proyecto esquema de 223.272 (CEED), financiado por el Consejo de Investigación de Noruega) y USIT UNINETT Sigma2 la asignación de recursos de cómputo a través NOTUR.
El trabajo fue publicado en MNRAS con el título: “Change in General Relativistic Precession Rates due to Lidov-Kozai oscillations in Solar System” A. Sekhar ,D. J. Asher, S. C. Werner, J. Vaubaillon, G. Li. 
Mon Not R Astron Soc (2017) 468 (2): 1405-1414. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stx548.
 Fuente del artículo: University of Oslo – CEED .   Artículo original: “Jupiter and the Theory of Relativity gets the blame for celestial bodies changing course” , Aswin Sekhar and Stephanie Werner, University of Oslo, April, 2017.
Material relacionado:
El lector curioso se preguntará qué sucederá con la órbita de un objeto entorno a un cuerpo masivo cercano, cuando en lugar del Sol, consideramos una estrella supermasiva o mejor aún el caso extremo de un agüjero negro supermasivo, situación en que el efecto relativista es mucho mayor: efectivamente, sucede algo novedoso según lo explica el siguiente artículo:
Artículos sobre Gravedad y Relatividad en las revistas:
Libros:
        Introductorios:
        LIbros clásicos de carácter avanzado:
       Otros libros:
Sobre  los objetos cercanos a la Tierra y los impactos en la misma, vea el apartadoMaterial relacionadode los siguientes  artículos:
Sobre las Lluvias de Meteoros:

Videos:

Documentales y películas:
Conferencias y Charlas públicas:

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