¿Por qué son rocosos los satélites de los planetas gaseosos?

Para entender cómo aparecen estos satélites rocosos hay que saber cómo se forman también los planetas gaseosos

Júpiter con las lunas Amalthea y Adrastea a la izquierda de la imagen.
Júpiter con las lunas Amalthea y Adrastea a la izquierda de la imagen.

Lo que tenemos normalmente es una estrella en formación y que, por la conservación del momento angular, se forma un disco alrededor de ella. Esto es lo que llamamos discos protoplanetarios y son discos de gas y polvo.

En ellos es donde se empiezan a formar los planetas. Las partículas de polvo comienzan a chocar, se van juntando y así van apareciendo cuerpos más grandes. A medida que va avanzando el tiempo hay partículas que salen del sistema, otras que acaban en la estrella y otras que se van acumulando formando primero rocas; luego forman planetesimales, como pequeños asteroides; y luego ya tenemos protoplanetas como del tamaño de la Luna que pueden seguir evolucionando a planetas terrestres o a gigantes helados o gaseosos.

El disco en el que se forma todo esto tiene gas que está compuesto en su mayoría por hidrógeno y helio. Cuando los cuerpos rocosos que se han formado en él alcanzan una determinada masa, que normalmente está entre diez y veinte masas terrestres, tienen una gravedad tan grande que cuando van pasando por el disco, una gran parte del gas se une a ellos. Por ejemplo, en el caso de Júpiter, cuando llegó a esta masa crítica que te decía, el helio y el hidrógeno se fueron acumulando de forma muy rápida y el planeta se hizo cada vez mayor.

Te recuerdo que Júpiter, el planeta más grande del Sistema Solar, es uno de los gigantes gaseosos y tiene una masa 318 veces mayor que la de la Tierra. Y cómo dices en tu pregunta, a pesar de que es un planeta gaseoso tiene satélites rocosos así que nos sirve de ejemplo para que veas por qué ocurre así.

Mientras Júpiter se está formando, en el resto del disco sigue habiendo planetesimales, protoplanetas, polvo, piedras, etc… y todos estos corpúsculos siguen dando vueltas. Y a la vez, como Júpiter es muy grande también tiene una nube de gas que colapsa, como había pasado con la estrella, y eso hace que tengamos también un disco de polvo y gas alrededor de Júpiter.

Júpiter, captado por 'Juno', con su lunas Ío y Europa de fondo.
Júpiter, captado por 'Juno', con su lunas Ío y Europa de fondo.NASA

O sea que tenemos un disco alrededor de la estrella y en el que se están formando los planetas, y un disco, alrededor de Júpiter, en el que también hay gas y polvo. Y en este segundo disco también se pueden formar cuerpos sólidos igual que ha ocurrido en el disco que rodea a la estrella.

Hay varias teorías y lo cierto es que todavía no estamos seguros de cómo se formaron por ejemplo los satélites de Júpiter y planetas similares. Pero creemos que han podido pasar dos cosas, o que dentro de ese disco de gas que Júpiter tiene alrededor se hayan formado ya planetesimales, es decir que las piedras se han ido agregando y formando cuerpos que al final serán los satélites de Júpiter; o que como Júpiter va dando vueltas en el disco alrededor de la estrella, haya atrapado planetesimales que, como el propio Júpiter, estaban girando en el disco. Es decir, puede ser que los satélites se hayan generado en el propio disco de Júpiter o que los haya atrapado del disco de la estrella en el que todos giran.

Una erupción volcánica en la luna de Júpiter, Io, vista por la nave 'Galileo'.
Una erupción volcánica en la luna de Júpiter, Io, vista por la nave 'Galileo'.NASA

Sea cual sea el origen de esos cuerpos que se convierten en satélites de un gran planeta gaseoso, no llegan a alcanzar la masa suficiente para que su gravedad atraiga mucho gas hacia ellos. El hidrógeno y el helio son demasiado livianos y escapan de estos cuerpos. Así que con lo que nos encontramos son esos cuerpos rocosos que quedan dando vueltas alrededor de los gigantes gaseosos.

Es decir, la idea es que para tener una de esas gigantescas atmósferas de gas necesitas tener un núcleo rocoso suficientemente grande como para que su gravedad sea capaz de mantener atrapados el hidrógeno y el helio en grandes cantidades. Y eso no ocurre con los satélites porque no son tan grandes, aunque no podemos descartar que en otros sistemas solares algunos pudieran ser lo suficientemente masivos como para mantener pequeñas atmósferas de hidrógeno y helio.

Ana Heras es doctora en Ciencias Físicas, jefa científica del proyecto PLATO y de la sección de Observatorios de Astrofísica de la Agencia Espacial Europea (ESA)

Pregunta enviada por Manuel Pedregosa

Coordinación y redacción: Victoria Toro

Nosotras respondemos es un consultorio científico semanal, patrocinado por la Fundación Dr. Antoni Esteve y el programa L’Oréal-Unesco ‘For Women in Science’, que contesta a las dudas de los lectores sobre ciencia y tecnología. Son científicas y tecnólogas, socias de AMIT (Asociación de Mujeres Investigadoras y Tecnólogas), las que responden a esas dudas. Envía tus preguntas a nosotrasrespondemos@gmail.com o por Twitter #nosotrasrespondemos.

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