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Orbita del Sistema Solar en la Galaxia

Creada09-11-2007
Modificada23-12-2015
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La Órbita del Sistema Solar en la Galaxia

El Sol en la Vía LácteaEl Sistema Solar no está solo en el universo. Está en el interior de una galaxia de 100.000 Años Luz de diámetro.

Situado a 26.000 Años Luz de su centro, el Sistema Solar tarda unos 230 MM de años en dar la vuelta alrededor de la Vía Láctea. En el tiempo que la Tierra lleva existiendo, el Sol ha cumplido algo más de 20 Años Galácticos, pero los seres vivos surgieron de los mares y conquistaron la Tierra tan solo hace dos Años Galácticos. Y toda la existencia de los Dinosarios, su extinción y el reinado de los mamíferos hasta hoy ha transcurrido en el último Año Galáctico.

El movimiento de un cuerpo dentro de un sistema galáctico dependerá de la forma de la galaxia, pero ya que estamos en la Via Láctea vamos a comentar sólo los movimientos que tendría una estrella como el Sol en su órbita galáctica.

Variaciones de la Órbita Galáctica

La Vía Láctea tiene la forma de una lenteja, y en ella podemos distinguir entre un plano galáctico y un centro galáctico.

Casi toda la masa galáctica se encuentra concentrada en el centro, y la mayor parte del resto en el plano.

El Sol, atraído por el centro galáctico, viajará a su alrededor en 230 MM de años.

Pero el Sol no se encuentra JUSTO en el plano galáctico sino algo por encima. Siendo así, la órbita galáctica haría que el Sol atravesara el plano galáctico tal como un péndulo atraviesa su centro de equilibrio. Pero con una particularidad.

Si toda la masa de la Galaxia se encontrara concentrada en el centro, la órbita del Sol a su alrededor sería una elipse perfecta, similar a la de la Luna alrededor de la Tierra. No existiría el plano galáctico, así que el único plano que tendría importancia sería el plano orbital del Sol alrededor del centro de la Galaxia.

Si, en cambio, no existiera centro galáctico, si toda la masa de la Vía Láctea se encontrara dispuesta en un plano y el Sol se encontrara sobre dicho plano, la atracción de la masa galáctica haría que el Sol sufriera una aceleración hacia el plano galáctico, lo atravesaría y, tras alcanzar, al otro lado, la misma distancia que tenía originalmente, volvería a caer sobre el plano hasta volverlo a atravesar, en un movimiento oscilante que, de no encontrar ningún obstáculo en su camino, continuaría durante muchos millones de años.

Si al principio de este experimento mental el Sol hubiera estado detenido respecto al plano galáctico, su movimiento hubiera sido similar al de una pelota atada a un muelle, con la Tierra subiendo y bajando desde su punto de equilibrio, atravesando varias veces el plano galáctico y perdiendo energía en cada rebote hasta quedar en equilibrio justo en el plano galáctico.

Si en vez de iniciar este experimento mental con un Sol detenido respecto a la galaxia, lo iniciamos con un Sol desplazándose a 220 Km/s, la trayectoria del Sol seguiría una línea ondulada sinusoidal, tal como la representación de una onda de radio.

Órbita del Sistema Solar en la Galaxia

Pero existe un centro galáctico y existe un plano galáctico, y debido a ello el recorrido que sigue el Sol alrededor de la Vía Láctea es una combinación de ambas curvas: Una onda sinusoidal que atraviesa el plano galáctico varias veces mientras viaja en una elipse alrededor del centro galáctico.

En el gráfico adjunto he dibujado en amarillo las partes de la órbita que están por encima del plano galáctico, y en rojo las que están por debajo.

Hay que hacer notar varios detalles importantes.

Primero, no sabemos con exactitud cuántas veces se 'sumerje' la trayectoria bajo el plano galáctico en cada órbita. Lo que sí que está claro es que no será un número entero, es decir que la segunda órbita se cruzará con la primera... y con todas las anteriores.

Segundo, aunque la órbita del Sol alrededor de la Vía Láctea seguirá esta trayectoria ondulada, en ningún momento se alejará del plano galáctico más de lo que es el grosor normal de la galaxia. Es decir no nos situaremos por encima o por debajo de la galaxia, sino que estaremos siempre dentro de su grosor habitual.

Y ¿cuál es El grosor de la Vía Láctea? Lamento decir que no he encontrado ese dato en una página que me de suficiente confianza para aceptarla. Aunque parece que el dato más fidedigno es de unos 1.300 al, he visto varias estimaciones mucho más altas, de 5, 8 y hasta 12 Kal. Si alguien puede encontrar esa información en una página lo bastante fiable, le agradecería que me lo comunicara en Cartas al Autor.

Y tercero, el Sol no es el único que sigue esta trayectoria. Todas las estrellas de la Vía Láctea siguen trayectorias similares, y no todas a la vez sino que en nuestro entorno hay muchas estrellas subiendo y otras bajando.

Suponiendo que este gráfico sea correcto, la trayectoria sinusoidal del Sol durará unos 60 millones de años. Durante la mitad de ese tiempo estaremos por encima del plano galáctico y la otra mitad por debajo. Cruzaremos el plano galáctico aproximadamente cada 30 millones de años.

Variaciones por los Brazos Espirales

Aparte de su mayor concentración en el centro, la parte externa de la Galaxia, por donde circula la órbita del Sol, no tiene una distribución de masa homogénea. La masa del plano galáctico está concentrada en zonas espirales de mayor densidad estelar dejando entre medias otras zonas donde hay menos estrellas.

El contraste luminoso nos hace creer que las zonas intermedias están vacías, pero no lo están. Simplemente hay menos estrellas por cada sección de volumen. Tomando, por ejemplo, un cubo de 100 años·luz de arista, tendríamos un volumen de un millón de años·luz cúbicos. Situando una estrella cada 5 a·l tendríamos un total de 8.000 estrellas.

Si trazamos dos cubos de este tamaño, uno en el interior de un brazo espiral y otro en el exterior, podremos contar unas 9.000 estrellas en uno y unas 7.000 en el otro.

La diferencia no parece mucha pero es suficiente para que veamos con más claridad las zonas más densas y creamos que las más oscuras están vacías.

Las zonas de mayor densidad no están compuestas por estrellas fijas, sino que son atravesadas por las estrellas de forma continua. Cuando una estrella se acerca a un brazo espiral, es atraída por una mayor densidad estelar, así que la estrella se acelera. Una vez que pasa el punto de mayor densidad estelar la estrella empieza a frenarse.

La zona de mayor densidad experimenta un pequeño desplazamiento cada vez que es atravesado por una estrella y se reconstruye un poco más adelante, así que las zonas de mayor concentración estelar, los brazos espirales, van avanzando en la misma dirección que sus estrellas pero mucho más despacio.

Hace quince años escribí un artículo intentando explicar la Persistencia de los Brazos Espirales de las Galaxias. Lamento decir que la explicación que daba no era completamente correcta, pero si os interesa podéis encontrar otros datos que pueden seros útiles. Los Brazos Espirales de la Galaxia

Lo que a nosotros nos interesa aquí es cómo afectan los Brazos Espirales de la Galaxia a la Órbita Solar.

Desviación de la Órbita Solar al atravesar una Espiral GalácticaEl Sol, y nosotros con él, se va acercando a un brazo espiral de forma oblicua, en un ángulo de unos 12º. Desde mucho antes de alcanzarlo, su trayectoria se verá acelerada e inclinada hacia el brazo, al que cruzará de forma más perpendicular. Al terminar de atravesarlo, atraído por el lado opuesto del brazo que ha dejado atrás, se verá frenado y desviado hacia el brazo.

Órbita del Sistema Solar en la GalaxiaEl resultado es que la órbita del Sol en la Vía Láctea, vista desde arriba, tampoco es una elipse perfecta, sino una línea serpenteante que se desvía hacia dentro y fuera de su trayectoria cada vez que atraviesa uno de los brazos espirales de la galaxia. La diferencia no será mucha, quizás tan sólo un 10%, pero sí lo suficiente como para que la distancia del Sistema Solar al centro galáctico pueda oscilar entre 24 y 28 mil años luz.

Y, por supuesto, al ser la distribución de los brazos espirales bastante irregular, y estar desplazándose alrededor de la galaxia, al terminar una órbita es muy improbable, casi imposible, que se cierre perfectamente. Si pudiéramos dibujar el recorrido del Sol en la Vía Láctea a lo largo de las más de veinte órbitas realizadas desde hace 4'5 Ga, lo más probable es que no haya dos que se parezcan lo más mínimo. 

En resumen, la trayectoria del Sol en la Vía Láctea, y en general de la mayor parte de las estrellas, es la suma de TRES movimientos.

  1. La órbita elíptica del Sol alrededor del centro de la Vía Láctea.
  2. Un movimiento vertical que hace que el Sol atraviese el Plano Galáctico cada 30 millones de años.
  3. Una desviación radial, hacia dentro y hacia fuera, cada vez que el Sol atraviesa uno de los brazos espirales.

La Leyes Orbitales de la Galaxia

Los planetas que orbitan una estrella hacen un recorrido que respeta una serie de leyes físicas ineludibles y que fueron descubiertas hace siglos por Kepler y otros científicos. Según esas leyes, a mayor distancia de una estrella los planetas se mueven más despacio y la órbita requiere mucho más tiempo para completarse.

En 1.951 la astrónoma Vera Rubin midió la velocidad de varias estrellas que orbitaban una galaxia y descubrió que en ellas esa ley no se cumple. Estrellas que orbitan a 20 Kal del centro de una galaxia lo hacen a velocidad muy similar a otras que orbitan a 40 Kal.

Tras descartar errores y buscar una posible explicación, se supuso que debía existir más materia, al menos 5 veces más que la materia visible. Se la llamó Materia Oscura.

En realidad, sin recurrir a una hipotética Materia Oscura, existe otra forma de explicar la aparente ruptura de las leyes de Kepler.

Cuando se orbita por el interior de una galaxia, debemos tener en cuenta la masa que nos atrae hacia el interior de la galaxia, pero restar la de las estrellas que estén en dirección contraria. 

Pero aún más importante: Hay que tener en cuenta la Expansión del Espacio descubierta por Hubble.

El Espacio se está expandiendo. Entre dos puntos situados a 1 Mal, la distancia aumenta a 21 Km/s.

El Sol está a 26 Kal del centro de la Vía Láctea, y a esa distancia el espacio aumenta de tamaño a razón de 546 m/s.

Eso no significa que la órbita del Sol se vaya a hacer más grande, sino que el punto de equilibrio para que se mantenga una órbita estable es distinto que si no tenemos en cuenta la expansión.

Las leyes de Kepler son exactas a escala estelar, pero a escala galáctica debemos tener en cuenta la expansión de Hubble. Y como la expansión es mayor mientras más lejos estemos del centro, eso hace que las velocidades orbitales sean similares entre las estrellas más cercanas y lejanas del centro galáctico.

Un Gráfico Engañoso

Recientemente he visto una recreación virtual MUY buena donde se describe el movimiento del Sol alrededor de la galaxia. No os lo recomiendo, pero si queréis verlo: Movimiento Helicoidal del Sol y los Planetas.

No os lo recomiendo porque, aunque la infografía es MUY buena, la información científica que muestra es totalmente errónea en casi todo.

El diseñador ha dibujado una galaxia virtual en la que sólo se distingue un sistema solar, el nuestro. Es evidente que a nuestro alrededor hay millones de estrellas que siguen trayectorias similares. Su dibujo de un plano galáctico muy fino y nosotros elevándonos y cayendo sobre él en un ángulo bastante acusado resulta engañoso.

El plano galáctico no es tan fino como la imagen parece sugerir. En nuestro ascenso y descenso nosotros seguimos siempre DENTRO del grosor de la Vía Láctea. Y a nuestro alrededor hay varios millones de estrellas, algunas en la misma trayectoria, otras en rumbos aleatorios, pero casi siempre orbitando en la misma dirección alrededor de la galaxia. Si nosotros no chocamos con otras estrellas es porque el Sistema Solar es unas 5.000 veces más pequeño que la distancia media entre las estrellas. La probabilidad de que en un volumen determinado puedan coincidir dos estrellas es de 1/5000³, una entre 125 mil millones. Hay una probabilidad del 50% de que choquemos con otro Sistema Solar en unos 60.000 millones de años, cinco veces la edad del Universo.

Otro error evidente del vídeo es que el diseñador ha partido del movimiento helicoidal de los planetas, hecho más o menos cierto, y ha supuesto que el Sol sigue una trayectoria similar.

Pero es una suposición sin fundamento. Para que fuera cierto debería existir cerca del Sol, en el mismo plano galáctico, una masa gigantesca a cuyo alrededor orbitara el Sol, tal como los planetas lo hacen alrededor del Sol.

No existe ese cuerpo.

Y, por último, el número de veces que el Sistema Solar atraviesa el Plano Galáctico en cada órbita galáctica es de cuatro, seis u ocho veces, no miles, como afirma el documental. El autor del gráfico cree que la subida y bajada del Sistema Solar a través del plano galáctico está relacionada con el movimiento de la Precesión de los Equinoccios, que dura 26.000 años. Lo que es totalmente erróneo.

Aunque la imagen conseguida es muy bonita, la órbita del Sol no es helicoidal, ni tan regular, como se muestra, ni atraviesa el plano galáctico cada 26.000 años, sino cada 30 millones.

Y el movimiento del Sol hacia dentro y hacia fuera de la galaxia depende de los brazos espirales, y como su disposición es irregular y cambia con el tiempo, la distancia del Sol al Centro de la Galaxia varía de una forma bastante impredecible, pero seguramente sólo entre 25 y 30 Kal.

La Posible Influencia en el Cambio Climático

¿Tiene todo esto alguna importancia para nosotros?

Aparentemente sí. Y la importancia viene dada por la cantidad de rayos cósmicos que llegan a la Tierra.

Cuando atravesamos un brazo galáctico y/o nos acercamos al centro galáctico estamos en una zona de mayor densidad estelar, por tanto recibimos más rayos cósmicos de estrellas vecinas.

Por contra, cuando estamos más lejos del centro galáctico y/o entre dos brazos espirales, recibimos menos rayos cósmicos.

También influye cuando atravesamos el plano galáctico, una zona de mayor densidad estelar pero que, al mismo tiempo, actúa como escudo contra las radiaciones cósmicas del centro de la galaxia. Durante un breve período, unos pocos millones de años dentro de un período de 30 millones, la cantidad de rayos cósmicos procedentes del centro de la galaxia debe reducirse de forma muy acusada. En cambio, cuando estamos por encima o por debajo del plano galáctico, recibiremos con mayor intensidad las radiaciones cósmicas procedentes del resto de la galaxia.

Algunos de estos movimientos son periódicos, otros irregulares, pero todos afectan a la cantidad de rayos cósmicos que recibe la Tierra.

Y según una reciente teoría, aún no confirmada pero bastante plausible, los rayos cósmicos son los que regulan el clima global de la Tierra.

Más rayos cósmicos, al caer en la Tierra, crean iones en la atmósfera que facilitan la formación de nubes. Más nubes, significa que la Tierra recibe menos calor solar, y por tanto se enfría.

Menos rayos cósmicos formarán menos nubes, la Tierra recibirá más radiación solar y se calentará.

Eso significa que el clima de la Tierra puede calentarse bastante más cuando estamos entre dos brazos espirales, más lejos del centro galáctico, y justo estamos atravesando el plano galáctico.

En cambio se enfriará cuando recibamos más rayos cósmicos, dentro de un brazo espiral, más cerca del centro galáctico y bastante por encima o por debajo del plano galáctico.

Más Información: Causas del Cambio Climático y el documental El Misterio de las Nubes

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