Definición geofísica de planeta

La Unión Internacional de Ciencias Geológicas (IUGS) es el organismo reconocido internacionalmente encargado de promover el consenso sobre la nomenclatura y la clasificación en las disciplinas geocientíficas. Sin embargo, aún no ha creado una definición formal del término " planeta ". ^{[ 1 ]} Como resultado, existen diversas definiciones geofísicas en uso entre geofísicos, científicos planetarios y otros profesionales de las geociencias. Muchos profesionales optan por utilizar una de estas definiciones geofísicas en lugar de la definición aprobada por la Unión Astronómica Internacional , la organización dominante para establecer la nomenclatura planetaria. ^{[ 2 ]}

Algunos geocientíficos se adhieren a la definición formal de planeta propuesta por la Unión Astronómica Internacional (IAU) en agosto de 2006. ^{[ 3 ]} Según la definición de planeta de la IAU , un planeta es un objeto astronómico que orbita alrededor del Sol , con masa suficiente para ser redondeado por su propia gravedad y que ha despejado la vecindad alrededor de su órbita . ^{[ 4 ]}

Otra definición geofísica de planeta ampliamente aceptada es la propuesta por los científicos planetarios Alan Stern y Harold Levison en 2002. Ambos propusieron las siguientes reglas para determinar si un objeto en el espacio cumple con la definición de cuerpo planetario. ^{[ 5 ]}

Un cuerpo planetario se define como cualquier cuerpo en el espacio que satisface los siguientes criterios de límites superior e inferior comprobables para su masa: Si se aísla de perturbaciones externas (por ejemplo, dinámicas y térmicas), el cuerpo debe:

1. Debe tener una masa lo suficientemente baja como para que en ningún momento (pasado o presente) pueda generar energía en su interior debido a una reacción en cadena de fusión nuclear autosostenible (de lo contrario, sería una enana marrón o una estrella ). Y además,
2. Debe ser lo suficientemente grande como para que su forma esté determinada principalmente por la gravedad en lugar de la resistencia mecánica u otros factores (por ejemplo, la tensión superficial, la velocidad de rotación) en menos de un tiempo de Hubble (aproximadamente la edad actual del universo), de modo que el cuerpo, en esa escala de tiempo o más corta, alcance un estado de equilibrio hidrostático en su interior.

Explican su razonamiento señalando que esta definición delimita con mayor claridad las etapas evolutivas y las características primarias de los planetas. Específicamente, afirman que el rasgo distintivo de la condición de planeta es "el comportamiento colectivo de la masa del cuerpo para superar la resistencia mecánica y fluir hacia un elipsoide de equilibrio cuya forma está dominada por su propia gravedad", y que la definición contempla "un período inicial durante el cual la gravedad aún no se ha manifestado plenamente como la fuerza dominante".

Los subclasificaron como cuerpos planetarios:

• Planetas: que orbitan sus estrellas directamente
• Satélites a escala planetaria: los más grandes son la Luna , los satélites galileanos , Titán y Tritón , siendo este último aparentemente "anteriormente un planeta por derecho propio".
• Planetas sin ataduras: planetas errantes entre las estrellas
• Planetas dobles: en los que un planeta y un satélite masivo orbitan alrededor de un punto situado entre ambos cuerpos (el único ejemplo conocido en el Sistema Solar es Plutón-Caronte).

Además, existen categorías dinámicas importantes:

• Superplanetas: orbitan estrellas y son lo suficientemente dominantes dinámicamente como para eliminar planetesimales vecinos en un tiempo Hubble.
• Subterplanetas: que no pueden despejar su vecindario, por ejemplo, están en órbitas inestables, o están en resonancia con un cuerpo más masivo o orbitan alrededor de él. Establecen el límite en Λ = 1 .

Una síntesis de 2018 de la definición anterior definía a todos los cuerpos planetarios como planetas. Estaba redactada para un público más general y pretendía ser una alternativa a la definición de planeta de la IAU . Señalaba que los científicos planetarios encuentran más útil para su campo una definición diferente de "planeta", al igual que diferentes campos definen "metal" de manera diferente. Para ellos, un planeta es: ^{[ 6 ]}

Un cuerpo de masa subestelar que nunca ha experimentado fusión nuclear y que tiene suficiente gravedad como para ser redondo debido al equilibrio hidrostático, independientemente de sus parámetros orbitales.

Se observan algunas variaciones en la forma en que los científicos planetarios clasifican los objetos límite, como los asteroides Pallas y Vesta . Estos dos son probablemente protoplanetas supervivientes y son más grandes que algunos objetos claramente elipsoidales, pero actualmente no son muy redondos (aunque Vesta probablemente lo fue en el pasado). Algunas definiciones los incluyen, ^{[ 7 ]} mientras que otras no. ^{[ 8 ]}

En 2009, Jean-Luc Margot (quien propuso un criterio matemático para despejar el vecindario) y Levison sugirieron que la "redondez" debería referirse a cuerpos cuyas fuerzas gravitatorias superan su resistencia material, y que los cuerpos redondos podrían llamarse "mundos". Señalaron que dicha clasificación geofísica era válida y no necesariamente entraba en conflicto con la concepción dinámica de un planeta: para ellos, "planeta" se define dinámicamente y es un subconjunto de "mundo" (que también incluye planetas enanos, lunas redondas y cuerpos errantes). Sin embargo, indicaron que una taxonomía basada en la redondez es muy problemática porque la redondez rara vez es directamente observable, es un continuo, y aproximarla en función del tamaño o la masa conduce a inconsistencias, ya que la resistencia material planetaria depende de la temperatura, la composición y las proporciones de mezcla. Por ejemplo, el gélido Mimas es redondo con un diámetro de 396 kilómetros (246 millas) , pero el rocoso Vesta no lo es con un diámetro de 525 kilómetros (326 millas) . ^{[ 9 ]} Así, afirmaron que se podía tolerar cierta incertidumbre al clasificar un objeto como un mundo, mientras que su clasificación dinámica podía determinarse simplemente a partir de la masa y el período orbital. ^{[ 9 ]}  

El número de planetas geofísicos en el Sistema Solar no puede enumerarse objetivamente, ya que depende de la definición precisa, así como del conocimiento detallado de varios cuerpos poco observados, y hay algunos casos límite. En el momento de la definición de la IAU en 2006, se pensaba que el límite en el que los cuerpos astronómicos helados probablemente estarían en equilibrio hidrostático era de alrededor de 400 kilómetros (250 mi) de diámetro, lo que sugería que había un gran número de planetas enanos en el cinturón de Kuiper y el disco disperso . ^{[ 10 ]} Sin embargo, para 2010 se sabía que las lunas heladas de hasta 1500 kilómetros (930 mi) de diámetro (por ejemplo, Jápeto ) no están en equilibrio. Jápeto es redondo, pero es demasiado achatado para su rotación actual: tiene una forma de equilibrio para un período de rotación de 16 horas, no para su rotación real de 79 días. ^{[ 11 ]} Esto podría deberse a que la forma de Jápeto quedó congelada por la formación de una corteza gruesa poco después de su formación, mientras que su rotación continuó ralentizándose posteriormente debido a la disipación de las mareas , hasta que quedó bloqueado por las mareas . ^{[ 12 ]} La mayoría de las definiciones geofísicas enumeran tales cuerpos de todos modos. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} (De hecho, este ya es el caso con la definición de la IAU; ahora se sabe que Mercurio no está en equilibrio hidrostático, pero se considera universalmente un planeta de todos modos). ^{[ 13 ]}  

En 2019, Grundy et al. argumentaron que los objetos transneptunianos de hasta 900 a 1000 kilómetros (560 a 620 mi) de diámetro (por ejemplo, Uni y Gǃkúnǁʼhòmdímà ) nunca han comprimido su porosidad interna, ^{[ 14 ] [ 15 ]} y por lo tanto no son cuerpos planetarios. En 2023, Emery et al. argumentaron a favor de un umbral similar para la evolución química en la región transneptuniana. ^{[ 16 ]} Un umbral tan alto sugiere que como máximo nueve objetos transneptunianos conocidos podrían ser planetas geofísicos: Plutón, Eris , Haumea , Makemake , Gonggong , Caronte , Quaoar , Orcus y Sedna superan el umbral de 900 kilómetros (560 mi) . ^{[ 16 ] [ 17 ]}  

Los cuerpos que generalmente se consideran planetas geofísicos incluyen los ocho planetas principales:

1. ☿ Mercurio
2. ♀ Venus
3. 🜨 Tierra
4. ♂ Marte
5. ♃ Júpiter
6. ♄ Saturn
7. ⛢ Urano
8. ♆ Neptuno

nueve planetas enanos que los geofísicos generalmente consideran planetas: ^{[ 17 ] [ 18 ]}

1. Ceres
2. Orcus
3. Plutón
4. Haumea
5. Quaoar
6. Hacer
7. Gonggong
8. Eris
9. Sedna

y diecinueve lunas de masa planetaria :

• Uno de los satélites de la Tierra: la Luna.
• Cuatro satélites de Júpiter: Io , Europa , Ganímedes y Calisto.
• Siete satélites de Saturno: Mimas , Encélado , Tetis , Dione , Rea , Titán e Jápeto.
• Cinco satélites de Urano: Miranda , Ariel , Umbriel , Titania y Oberón.
• Tritón , uno de los satélites de Neptuno
• Caronte, uno de los satélites de Plutón

En ocasiones, se incluyen otros objetos en los límites, como los asteroides Palas, Vesta e Higía (más grandes que Mimas, pero Palas y Vesta no son claramente redondos); Proteo, la segunda luna más grande de Neptuno (más grande que Mimas, pero aún no redonda); u otros objetos transneptunianos que podrían ser o no planetas enanos. ^{[ 7 ]}

Un examen de las imágenes de las naves espaciales sugiere que el umbral en el que un objeto es lo suficientemente grande como para ser redondeado por su propia gravedad (ya sea debido a fuerzas puramente gravitacionales, como con Plutón y Titán , o aumentadas por el calentamiento de marea, como con Io y Europa ) es aproximadamente el umbral de la actividad geológica. ^{[ 19 ]} Sin embargo, hay excepciones como Calisto y Mimas , que tienen formas de equilibrio (históricas en el caso de Mimas) pero no muestran signos de actividad geológica endógena pasada o presente, ^{[ 20 ] [ 21 ]} y Encélado , que es geológicamente activo debido al calentamiento de marea pero aparentemente no está actualmente en equilibrio. ^{[ 11 ]}

Algunas definiciones geofísicas coinciden con la definición de la IAU, mientras que otras tienden a ser más o menos equivalentes a la segunda cláusula de la definición de planeta de la IAU.

La definición de Stern de 2018, pero no la de 2002, excluye la primera cláusula de la definición de la IAU (que un planeta orbite alrededor de una estrella) y la tercera cláusula (que un planeta haya despejado la vecindad alrededor de su órbita). Por lo tanto, considera planetas a los planetas enanos y a las lunas de masa planetaria .

Actualmente, la IAU reconoce o nombra cinco cuerpos como planetas enanos: Ceres , Plutón (el planeta enano con el radio más grande conocido), ^{[ 22 ]} Eris (el planeta enano con la masa más grande conocida), ^{[ 23 ]} Haumea y Makemake , aunque los tres últimos no han sido demostrados como planetas enanos. ^{[ 24 ]} Los astrónomos normalmente incluyen estos cinco, así como cuatro más: Quaoar , Sedna , Orcus y Gonggong .

Muchos críticos de la decisión de la IAU se centraron específicamente en mantener a Plutón como planeta y no estaban interesados ​​en debatir o discutir cómo debería definirse el término "planeta" en geociencias. ^{[ 25 ] [ 26 ]} Una petición temprana que rechazaba la definición de la IAU atrajo más de 300 firmas, aunque no todos estos críticos apoyaban una definición alternativa. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]}

Otros críticos cuestionaron la definición en sí misma y desearon crear definiciones alternativas que pudieran utilizarse en diferentes disciplinas.

La definición geofísica de planeta propuesta por Stern y Levinson es una alternativa a la definición de la IAU sobre qué es y qué no es un planeta , y pretende ser la definición geofísica, mientras que la definición de la IAU, argumentan, está más orientada a los astrónomos. No obstante, algunos geólogos prefieren la definición de la IAU. ^{[ 3 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 6 ]} Los defensores de la definición geofísica de Stern y Levinson han demostrado que tales concepciones de lo que es un planeta han sido utilizadas por científicos planetarios durante décadas, y continuaron después de que se estableció la definición de la IAU, y que los asteroides han sido considerados rutinariamente como planetas "menores", aunque el uso varía considerablemente. ^{[ 32 ] [ 33 ]}

Se han utilizado definiciones geofísicas para definir exoplanetas. La definición de la IAU de 2006 no aborda deliberadamente la complejidad de los exoplanetas, aunque en 2003 la IAU declaró que "la masa mínima requerida para que un objeto extrasolar sea considerado un planeta debería ser la misma que la utilizada en el Sistema Solar". ^{[ 34 ]} Si bien algunas definiciones geofísicas que difieren de la definición de la IAU se aplican, en teoría, a exoplanetas y planetas errantes , ^{[ 31 ]} no se han utilizado en la práctica, debido al desconocimiento de las propiedades geofísicas de la mayoría de los exoplanetas. Las definiciones geofísicas suelen excluir los objetos que alguna vez han experimentado fusión nuclear, y por lo tanto pueden excluir los objetos de mayor masa incluidos en los catálogos de exoplanetas, así como los objetos de menor masa. La Enciclopedia de Planetas Extrasolares , el Explorador de Datos de Exoplanetas y el Archivo de Exoplanetas de la NASA incluyen objetos significativamente más masivos que el umbral teórico de masa de 13 Júpiter en el que se cree que se sustenta la fusión de deuterio, ^{[ 35 ]} por razones que incluyen: incertidumbres en cómo se aplicaría este límite a un cuerpo con un núcleo rocoso, incertidumbres en las masas de los exoplanetas y el debate sobre si la fusión de deuterio o el mecanismo de formación es el criterio más apropiado para distinguir un planeta de una estrella. Estas incertidumbres se aplican igualmente a la concepción de planeta de la IAU. ^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]}

Tanto la definición de la IAU como las definiciones geofísicas que difieren de ella consideran la forma del objeto, teniendo en cuenta el equilibrio hidrostático . Determinar la redondez de un cuerpo requiere mediciones a través de múltiples cuerdas (e incluso eso no es suficiente para determinar si realmente está en equilibrio), pero las técnicas de detección de exoplanetas solo proporcionan la masa del planeta, la relación de su área de sección transversal con la de la estrella anfitriona o su brillo relativo. Un pequeño exoplaneta, Kepler-1520b , tiene una masa de menos de 0,02 veces la de la Tierra, y la analogía con objetos dentro del Sistema Solar sugiere que esto puede no ser suficiente para que un cuerpo rocoso sea un planeta . Otro, WD 1145+017 b , tiene solo 0,0007 masas terrestres, mientras que SDSS J1228+1040 b puede tener solo 0,01 radios terrestres de tamaño, muy por debajo del límite superior de equilibrio para cuerpos helados en el Sistema Solar. (Véase la lista de los exoplanetas más pequeños ).

• Lista de objetos gravitacionalmente redondos del Sistema Solar : una lista de objetos generalmente aceptados por los astrónomos que cumplen con las definiciones geofísicas de planeta, con muchas propiedades presentadas.

• Metzger, Philip T .; Grundy, William M.; Sykes, Mark; Stern, S. Alan; et  al. (22 de octubre de 2021). "Las lunas son planetas: utilidad científica frente a teleología cultural en la taxonomía de la ciencia planetaria". arXiv : 2110.15285 [ physics.hist-ph ].