¿Cómo terminó la Tierra en una órbita estable alrededor del Sol? ¿Por qué no retrocede ni se traga?

Hiciste dos preguntas, y es posible que no te des cuenta, pero son bastante diferentes. Abordemos el primero. ¿La respuesta? ¡Porque tuvimos suerte!

El joven sistema solar era un desastre. Donde ahora hay solo 4 planetas rocosos, en un momento se cree que había más de 100. El problema con esta superpoblación es que los planetas interactúan gravitacionalmente entre sí, y sobreviene el caos. En este entorno caótico, se producen colisiones masivas y fusión de planetas, colisiones cercanas, casos en los que un planeta arroja a la fuerza a otro fuera del sistema solar y cosas así.

Con el paso del tiempo, los planetas más internos se fusionaron, destruyeron o arrancaron gradualmente del sistema solar, hasta 50, luego 10 y finalmente 4. Mercurio, Venus, la Tierra y Marte son los sobrevivientes de este período mortal, ambos compuestos de quizás docenas de protoplanetas. Las órbitas de estos planetas eran diferentes y lo suficientemente estables como para evitar eventos más dramáticos. ¡La razón por la que ya no vemos eventos tan contundentes en el sistema solar es que ha pasado tanto tiempo, cualquier irregularidad o tendencia que hubiera causado tal evento lo habría hecho hace millones si no miles de millones de años!

Así es como la Tierra terminó en una órbita estable. Pero, como preguntaste, ¿por qué no retrocede o gira lentamente y es tragado por el sol de todos modos?

Bueno, eso es solo una consecuencia de cuán vacío y lentamente evoluciona nuestro sistema solar. La Tierra se aleja lentamente en espiral del sol, pero extremadamente lenta. En un sistema como la Tierra y el Sol, no hay fricción y no se sienten otras fuerzas externas importantes. Como resultado, el sistema se comporta muy de cerca como uno cerrado. ¿Qué significa esto? Bueno, significa que la energía y el impulso se conservan, no cambia. La Tierra no se acercará o se alejará notablemente del sol, a menos que una fuerza de considerable magnitud actúe sobre ella. ¡Y eso simplemente no sucede en este momento!

Las dos respuestas anteriores son parcialmente correctas. Pero son ligeros en la información y se equivocan algunas cosas. La tierra está en esta órbita en parte por suerte, pero también porque la dinámica de la creación de todos los planetas, interactuando gravitacionalmente entre sí, planetoides desde que fueron absorbidos por los planetas actuales y el sol. Ha habido un extenso trabajo computacional de varios sobre esto durante la última década y más. En segundo lugar, la órbita de la Tierra está cambiando, muy lentamente debido a la interacción del momento angular rotacional del sol y el momento angular orbital de la Tierra, el resultado final es que la órbita de la Tierra se hace más grande y la rotación del sol se ralentiza. La luna se aleja lentamente de la tierra basándose en el mismo mecanismo.

Este es un ejemplo de sesgo de supervivencia.

En el sistema solar temprano, el proto-sol estaba rodeado por una vasta nube giratoria de polvo y gas. Algunas de esas partículas de polvo y moléculas de gas se unieron en grupos más grandes. Algunos de esos grupos se arrojaron al espacio, otros chocaron contra el sol, y otros se unieron con otros grupos para formar grupos aún más grandes.

La gran mayoría de las partículas fueron tragadas al sol, arrojadas al espacio interestelar o colisionadas con otras partículas para formar asteroides y planetas.

La Tierra no es una muestra aleatoria de partículas que orbitan alrededor del sol. Es extremadamente improbable que la combinación particular de partículas de la Tierra se uniera y sobreviviera, al igual que es extremadamente improbable que si rompo un vaso de agua, encontraremos algún arreglo particular de fragmentos. Sin embargo, pase lo que pase, debemos obtener algunos arreglos de fragmentos, y en el caso de nuestro sistema solar, sucedió que la Tierra fue uno de los sobrevivientes.

En resumen, la razón por la que incluso tenemos una Tierra, orbitando el sol de manera estable, es pura suerte.

Hay un elemento de suerte involucrado. Hay algunas colisiones, pero relativamente pocas, especialmente para cuerpos del tamaño de un planeta. Y algunos cuerpos toman caminos hiperbólicos en los que solo hay un bypass del cuerpo dominante por gravedad local, como el Sol en nuestro pequeño volumen de espacio. Algunos cometas son visitantes de un solo paso. Pero se mueven mucho más rápido (cerca del sol) que un planeta creado a partir del sol.

La mayoría de los cuerpos forman órbitas de elipticidad variable alrededor del sol. La nuestra tiene una elipticidad muy baja, con aproximadamente un 1.7% de diferencia entre la distancia más cercana y la más remota. El cometa Halley tiene una gran elipticidad, pasa casi todo el tiempo demasiado lejos para ser detectado (con la tecnología actual) y aparece una vez cada 76 años.

La verdadera fortuna no es tanto que no colisionamos con el Sol ni escapamos de él permanentemente, sino que nuestra elipticidad es lo suficientemente pequeña como para garantizar que nuestra temperatura nunca sea demasiado alta o demasiado baja para que exista la vida (como la conocemos) .

Incluso entonces, muy pocos planetas parecen ser capaces de soportar la vida, por lo que tenemos suerte (si te gusta vivir).

La única órbita “inestable” es aquella en la que chocas contra el objeto en órbita después de algunas revoluciones (a menudo menos de una) o vuelas al espacio, no capturado por el objeto pesado. O uno en el que haya fuerza distinta de la gravedad de un solo cuerpo que actúa sobre el objeto en órbita. Como la resistencia al aire.

Todos los objetos en el sistema solar están orbitando el sol o un planeta orbitando el sol. Esto es solo impulso y una sola fuerza. Siempre crea un camino elíptico cuando la fuerza es la gravedad que funciona de acuerdo con la ley de distancia cuadrada.

Todo el gas y el material que formaron el sistema solar ya estaban atrapados en la gravedad del otro, por lo que, aparte de los fenómenos extraños que disparan un pequeño objeto fuera del alcance de la gravedad del sistema, todo se unirá o formará órbitas estables. Como puede ver, el resultado final fue una combinación de los dos.

La conservación de la energía mantiene la órbita estable. Una órbita tiene mucha velocidad en una tangente al radio. No tiene que estar exactamente en una tangente. La órbita puede ser una elipse, no solo un círculo.

No hay nada en el espacio vacío que sirva como fricción para desacelerar la órbita. Solo tienes impulso y energía cinética, que no cambian en cantidades significativas.

Se aleja del Sol, a unos pocos centímetros por año. El aumento de las mareas está robando la rotación de la Tierra y la rotación del Sol, y moviendo la Tierra un poco más rápido alrededor del Sol …

Conservación del momento angular de esta misma pregunta, una y otra vez, y una y otra vez … es por eso que no caemos al sol. Esto se trata de lo que tenían los constituyentes de la Tierra antes de que se formara, y se trata de lo que todavía tiene. La capacidad de “caer” alrededor del Sol.

Si hubiera sido inestable, no estaría aquí para observarlo:

Principio antrópico – Wikipedia