La resonancia 1:2 Júpiter-Saturno

En las noches oscuras de invierno me gusta leer mitos y leyendas astrofísicas, me producen un terror cosmológico similar al de los relatos de Lovecraft; uno de mis preferidos es "La increíble historia de la resonancia 1 a 2 entre Júpiter y Saturno" y dice así:

Hace muuuuucho tiempo, nació una pequeña estrella en la nube Interestelar Local, dentro de la Burbuja Local, en un Brazo de Orión, en una galaxia espiral llamada Vía Láctea. Esta pequeña estrella, nuestro sol, gobernaba un sistema planetario muy distinto al que conocemos hoy en día. Eran tiempos convulsos: teníamos más vecinos, todavía no estaba claro quién vivía en cada órbita, los cuerpos celestes chocaban entre sí, descarrilaban, se fusionaban... 

Uno de estos choques originó nuestra Luna, cuando Tea (o Theia) un planeta del tamaño de Marte, chocó contra una Tierra aun en formación formando una nube de metralla que se quedó orbitando una resignada Tierra. Con el tiempo, todos estos fragmentos se aglutinaron formando nuestro satélite y la Tierra poco a poco superó el trauma. Hoy en día, la mitad del material de la Luna es extraterrestre, es decir, procede de un planeta que no es la Tierra. 

Representación de Tea (u Orfeo) chocando con la Tierra

Pero este no es el asunto del que vamos a hablar hoy, en lugar de eso, nos adentraremos en un terreno mucho más especulativo en el que existen pocas certezas y un montón de posibilidades. En un momento dado, en este sistema solar bullicioso, transitado y caótico, dos gigantes se pusieron de acuerdo: Júpiter y Saturno. Paradójicamente, el orden y la sincronía entre estos dos colosos resultó más relevante para la configuración del sistema solar que todo el caos precedente...

Hace aproximadamente medio año (Octubre de 2020) estos dos titanes entraron en conjunción, es decir, la distancia entre ellos era la mínima posible, 730 millones de kilómetros. Esta conjunción no tuvo ningún efecto catastrófico, sin embargo en esta época primigenia estos dos planetas hicieron algo mucho más peligroso que una simple conjunción, ambos entraron en resonancia 1:2.

Las órbitas de los dos planetas se sincronizaron de modo que por cada vuelta de Júpiter al Sol, Saturno daba dos vueltas. Esto se tradujo en que ambos planetas se alineaban una vez cada año jupiteriano (4333 días terrestres) desplazando el centro de masas del sistema solar y descojonando las órbitas de todos sus vecinos, algo parecido a lo que pasaría si dos señores muy muy gordos se sentasen en el mismo lado de un tiovivo repleto de niños pequeños. Poco a poco, la mayoría de los planetas se fueron alejando del sol atraídos por este nuevo y poderoso centro de masas.

Por si fuera poco, las resonancias en física de ondas contribuyen a retroalimentar o amplificar el fenómeno. Júpiter y Saturno estaban cada vez más convencidos de su buena onda mientras el resto del sistema solar se destrozaba. Para hacernos una idea de los efectos de una resonancia podemos imaginar a un padre empujando a su hija en un columpio, si el columpio llega a lo más alto cada 2 segundos pero el padre empuja a intervalos aleatorios, gran parte de la fuerza del empuje se desperdicia; sin embargo si el mismo padre le pone un poco de ganas y empuja el columpio en lo más alto, cada dos segundos exactos, el movimiento del columpio se va amplificando cada vez más.

A partir de aquí comienza una migración planetaria en la que solo podemos especular ya que reconstruir el estado del sistema solar antes de esta resonancia sería tan osado como incierto, sin embargo, si que podemos imaginar un amplio abanico de consecuencias:

• Dice la leyenda que algunos planetas vieron alterada su órbita saliendo despedidos del sistema solar, rumbo a la nada... estos desafortunados planetas quedarían convertidos en planetas errantes o planemos (en realidad ya ni siquiera cumplirían las condiciones para ser llamados "planetas"), condenados a vagar a oscuras por el espacio interestelar sin una estrella que les de calor.
• Otros planetas tuvieron peor suerte y podrían haber sido engullidos por el sol; hoy en día es imposible reconstruir evidencias de este banquete, pero no es en absoluto descartable si analizamos cualquier modelo en el que las órbitas de objetos cercanos al sol se descompensen.
• Unos pocos, los más afortunados, se pasearon por todo el sistema solar. Algunos cambiaron de ubicación (probablemente tanto Venus como Mercurio vivían en regiones más apacibles y alejadas del Sol), otros cruzaron sus órbitas (Urano y Neptuno  se intercambiaron las posiciones en lo que pudo haber sido un ostiazo espeluznante) y muchos otros se mudaron hacia lugares más remotos y oscuros en los límites del sistema solar, el barrio chavolista del cinturón de Kuiper.

a) Configuración inicial de los planetas exteriores y el cinturón de Kuiper, antes de la resonancia 2:1
b) Espaciamiento de los planetesimales del cinturón de Kuiper después del cambio orbital de Neptuno (azul) y Urano (verde).
c) Estado final tras la expulsión del cinturón de Kuiper por los planetas gigantes.

El efecto de la resonancia Júpiter-Saturno no se limitó a las zonas más céntricas de nuestro sistema, por aquel entonces, millones de cuerpos pequeños esperaban en el cinturón de Kuiper una oportunidad para entrar en el paraíso (algo parecido a la valla de Melilla); con la presencia de Urano y Neptuno en los confines del sistema solar, muchos de ellos se vieron atraídos por estos dos gigantes gaseosos y se armaron de valor para adentrarse en regiones más cercanas al Sol en lo que sería conocido como el bombardeo intenso tardío. 

La reacción en cadena iniciada por Júpiter y Saturno dispersó hacia el exterior los cuerpos del cinturón de Kuiper que en aquella época estaba mucho más cerca del Sol; el cinturón de Kuiper, recíprocamente, contribuyó a arrastrar a la periferia a otros planetas como Urano o Neptuno. 

Así dio comienzo una etapa muy violenta para los pocos planetas que aun permanecían a salvo, durante años el chaparrón de asteroides fue una constante que desfiguró a todos los planetas sólidos, sin embargo a pesar de lo trágico del suceso caben destacar varios aspectos positivos:

1. Afortunadamente, no hubo heridos. La Tierra al igual que otros planetas rocosos aun era una masa incandescente de roca fundida en la que difícilmente podía existir ninguna forma de vida que resultase apedreada.
2. Dicen las malas lenguas que el compuesto que aquí llamamos "agua" pudo haber llegado a la Tierra gracias a enormes fragmentos de hielo que se estrellaron en la superficie terrestre durante este bombardeo
3. Los muy fans de la Panespermia dicen que las primeras formas de vida pudieron ser extraterrestres y que llegaron como pasajeros en algunos de estos meteoritos. Es una idea tentadora, pero en cierto modo traslada a un lugar remoto e incierto todas nuestras dudas e incógnitas sobre el origen de la vida

Hoy en día, afortunadamente, el sistema solar vive una etapa mucho más tranquila y reposada. La mayoría de las órbitas se pueden modelar y predecir con una vida estimada más que suficiente para extinguirnos por nosotros mismos. En función del grado de previsibilidad de un sistema orbital, quienes saben de esto, pueden determinar la vida media prevista para una órbita, dicho de otro modo, el tiempo durante el cual la órbita va a ser previsible con los datos disponibles, pasado ese plazo, la magia del caos hace de las suyas y nos resulta temerario cuando no imposible prever como evolucionarán las órbitas de cada planeta; el problema de los 8 cuerpos...

Sin embargo las resonancias orbitales no han desaparecido ni mucho menos, Júpiter y Saturno siguen en contacto con una resonancia 5:2, por cada cinco vueltas al Sol de Júpiter, Saturno da dos, ambos planetas se vuelven a encontrar periódicamente cada dos años saturnianos (10759 días) o lo que es lo mismo, cada 60 años aproximadamente quedan en el mismo sitio para verse las caras. 

No hace falta irse muy lejos para observar resonancias, la fuerza de marea es un fenómeno común en lunas y satélites cercanos a un astro mucho más masivo. Nuestra Luna sin ir más lejos está en rotación síncrona, tarda lo mismo en rotar sobre sí misma que en dar la vuelta a la Tierra, eso explica porqué siempre vemos la misma cara. Este fenómeno sería en realidad una resonancia 1:1 y sucede en la inmensa mayoría de satélites, entre ellos las grandes lunas de Júpiter y Saturno, muchas de las cuales además tienen resonancias entre ellas: Mimas 1:2 Tetis, Encélado 1:2 Dione o Hiperión 4:3 Titán

+ info: Teoría del Gran Impacto - Migración Júpiter-Saturno - Modelo de Niza - LHB, Bombardeo intenso tardío