Los diagramas estándar del sistema solar comprimen distancias, exageran tamaños y omiten la mayoría de lo que realmente está ahí: estos 20 hechos te dan una imagen más precisa.
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Casi todas las imágenes del sistema solar que la mayoría de la gente ha visto son inexactas de maneras que importan. El diagrama estándar —el sol a la izquierda, los planetas dispuestos en una fila ordenada a la derecha, cada uno un disco visible con anillos y lunas claramente definidos— comprime las distancias entre los planetas por un factor de miles, infla el tamaño de los planetas en relación con los espacios entre ellos por un factor similar, y omite la gran mayoría de los objetos que realmente existen en el sistema solar. Es un organigrama útil y una imagen engañosa de cómo realmente se ve el sistema solar.
La brecha entre el diagrama y la realidad no es una distorsión menor. Si dibujaras el sistema solar a escala en una hoja de papel de manera que el sol fuera del tamaño de un punto al final de una oración, Neptuno estaría aproximadamente a 11 metros de distancia, y el papel tendría que ser más largo que un autobús escolar. La mayor parte del papel estaría vacía. Los planetas, a esa escala, serían invisibles al ojo desnudo. El sistema solar real es casi completamente espacio vacío, salpicado por objetos tan pequeños en relación con las distancias entre ellos que la representación de planetas en fila del diagrama familiar es una representación categórica errónea de la realidad espacial.
Esta lista corrige esa tergiversación a través de 20 hechos específicos sobre el sistema solar cuyo contenido revisa la imagen mental que la mayoría de la gente forma a partir de diagramas educativos estándar e ilustraciones de ciencia popular. Algunos de los hechos son sobre la escala: qué tan grandes o pequeños o lejanos están realmente las cosas. Algunos son sobre las propiedades específicas de planetas y lunas individuales que los diagramas no pueden representar. Algunos son sobre los objetos que los diagramas estándar omiten por completo: el cinturón de asteroides, el Cinturón de Kuiper, la Nube de Oort, el polvo interplanetario que llena el espacio entre planetas. Algunos son sobre el propio sol, cuya representación como una estrella amarilla estable no captura la violencia y complejidad de su comportamiento real.
Cada hecho se presenta con suficiente contexto para hacer que la revisión de la imagen mental sea específica en lugar de vaga, y con los números físicos que fundamentan el hecho en la realidad medible en lugar de en una descripción impresionista.
La tergiversación más fundamental en los diagramas estándar del sistema solar es la aparente densidad del sistema: la impresión de que los planetas están relativamente cerca entre sí en una región razonablemente llena de espacio. La realidad es que el sistema solar es casi completamente vacío, con los planetas separados por distancias tan grandes en relación con sus propios tamaños que dibujarlos a escala produce una imagen que es casi todo papel vacío.
El diámetro de la Tierra es aproximadamente 12,742 kilómetros. La distancia de la Tierra a la Luna es aproximadamente 384,400 kilómetros, aproximadamente 30 diámetros terrestres. La distancia de la Tierra al Sol es aproximadamente 150 millones de kilómetros, aproximadamente 11,700 diámetros terrestres. La distancia del Sol a Neptuno, el planeta más exterior, es aproximadamente 4.5 mil millones de kilómetros, 30 veces la distancia Tierra-Sol, o aproximadamente 350,000 diámetros terrestres.
Un modelo a escala que representa al Sol como una bola de 20 centímetros de diámetro, aproximadamente del tamaño de una toronja, colocaría a Mercurio aproximadamente a 8 metros, Venus a 15 metros, la Tierra a 21 metros, Marte a 32 metros, Júpiter a 110 metros, Saturno a 200 metros, Urano a 410 metros y Neptuno a 640 metros. La Tierra a esta escala sería una bola de aproximadamente 1.8 milímetros de diámetro, más pequeña que la cabeza de un alfiler. Júpiter, el planeta más grande, mediría aproximadamente 2 centímetros.
El diagrama estándar que coloca a los ocho planetas en una sola página, cada uno visible como un disco de tamaño claramente definido, logra esto comprimiendo las distancias planetarias por factores de decenas a cientos de miles mientras mantiene los tamaños planetarios a una escala visible. El resultado es un diagrama en el que todo es visible y nada es preciso — útil como ayuda organizativa y sistemáticamente engañoso como representación espacial.
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La escala de Júpiter en relación con los otros planetas es uno de los hechos más consistentemente subestimados en los diagramas estándar, donde las comparaciones de tamaño están ausentes o se aplican de manera inconsistente. Júpiter tiene una masa de aproximadamente 1.898 × 10²⁷ kilogramos — aproximadamente 2.5 veces la masa combinada de todos los otros planetas en el sistema solar, incluyendo Saturno. Su diámetro es de aproximadamente 143,000 kilómetros — 11 veces el diámetro de la Tierra, lo que significa que más de 1,300 Tierras podrían caber dentro de Júpiter por volumen.
Las implicaciones de la masa de Júpiter se extienden más allá de sus propias propiedades. La influencia gravitacional de Júpiter da forma a la dinámica orbital de todo el sistema solar, particularmente en el sistema solar interior. El cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter — en lugar de haberse coalescido en un planeta durante la formación del sistema solar — permaneció fragmentado en parte porque la influencia gravitacional de Júpiter impidió la acreción de material en esa región, interrumpiendo repetidamente las órbitas de los planetesimales que de otro modo podrían haberse fusionado.
Júpiter también es el deflector más efectivo del sistema solar para objetos entrantes. Los cometas y asteroides en trayectorias hacia el sistema solar interior son frecuentemente capturados, desviados o destruidos por la gravedad de Júpiter, reduciendo el flujo de impactadores que de otro modo llegarían a la Tierra. El cometa Shoemaker-Levy 9, que se rompió en 21 fragmentos y impactó en Júpiter en julio de 1994, fue la demostración más directamente observada de esta función — cada fragmento produciendo una cicatriz de impacto más grande que el diámetro de la Tierra.
El sistema de anillos de Saturno, aunque espectacular, es delgado de maneras que los diagramas no sugieren. Los anillos se extienden hasta 280,000 kilómetros desde Saturno, pero en la mayoría de los lugares tienen menos de un kilómetro de grosor — una hoja de material cuya relación grosor-ancho es comparable a una hoja de papel de un kilómetro de ancho.
La distribución de masa del sistema solar es más extrema de lo que la mayoría de la gente aprecia. El sol contiene aproximadamente 1.989 × 10³⁰ kilogramos de masa — aproximadamente 333,000 veces la masa de la Tierra y aproximadamente el 99.86% de la masa total del sistema solar. Todos los planetas, lunas, asteroides, cometas y otros objetos combinados representan aproximadamente el 0.14% de la masa total del sistema solar.
De ese 0,14%, Júpiter representa aproximadamente el 71%, lo que significa que solo Júpiter contiene más del 0,1% de la masa total del sistema solar, y todos los demás planetas, lunas y cuerpos más pequeños juntos representan menos del 0,04%. La Tierra, con una masa de aproximadamente 5,97 × 10²⁴ kilogramos, contiene aproximadamente el 0,0003% de la masa total del sistema solar.
La masa del sol es el resultado de su composición: aproximadamente 70% de hidrógeno y 28% de helio por masa, los elementos más ligeros, presentes en cantidades que la compresión gravitacional del sol ha calentado a temperaturas suficientes para la fusión nuclear. El sol convierte aproximadamente cuatro millones de toneladas de masa en energía cada segundo a través de la fusión, una tasa que continuará durante aproximadamente otros cinco mil millones de años antes de que el sol agote su combustible de hidrógeno y se expanda en una gigante roja.
La concentración de masa en el sol en relación con los planetas es lo que determina la estructura del sistema solar como un sistema gravitacional. El dominio gravitacional del sol significa que todas las órbitas planetarias son casi circulares y casi planas: los planetas orbitan aproximadamente en el mismo plano, la eclíptica, que es una consecuencia del disco de gas y polvo del que se formó el sistema solar asentándose en el plano ecuatorial del sol bajo su influencia gravitacional.
Venus es el planeta cuyas propiedades específicas de rotación más desafían la suposición implícita del diagrama estándar de que los planetas se comportan de maneras generalmente similares. Venus rota sobre su eje en dirección retrógrada, en el sentido de las agujas del reloj cuando se observa desde arriba del polo norte del sistema solar, opuesto a la dirección de la mayoría de los planetas, y tan lentamente que una sola rotación toma aproximadamente 243 días terrestres. Venus orbita el sol en aproximadamente 225 días terrestres. Un día en Venus es, por lo tanto, más largo que un año en Venus.
La consecuencia para un observador hipotético en Venus, además de la temperatura de superficie de 467°C y la aplastante presión atmosférica de 92 bares que hace imposible la observación de la superficie, es que el sol sale por el oeste y se pone por el este, aproximadamente una vez cada 117 días terrestres (el día sinódico, que es el tiempo entre un amanecer y el siguiente, es más corto que el período de rotación sideral porque Venus también se mueve en su órbita durante la rotación).
La causa de la rotación retrógrada de Venus no está definitivamente establecida. Las principales hipótesis son una colisión masiva al principio de la historia del sistema solar que inclinó el eje de Venus casi 180 grados (lo que produce la misma rotación retrógrada que una rotación lenta hacia adelante combinada con una orientación boca abajo) o el efecto combinado de los torques gravitacionales del sol y la atmósfera masiva de Venus durante miles de millones de años. La pregunta sigue abierta.
Urano tiene un problema de orientación diferente: su inclinación axial es de aproximadamente 98 grados, lo que significa que esencialmente rueda de lado en su órbita. Durante la órbita de 84 años de Urano, cada polo pasa aproximadamente 42 años en luz solar continua y 42 años en oscuridad continua, un ciclo estacional sin equivalente en la experiencia de cualquier otro planeta.
Los anillos de Saturno, la característica visual más dramática de cualquier planeta en el sistema solar y la característica que más define cómo aparece Saturno en los diagramas, se extienden aproximadamente 282,000 kilómetros desde el centro del planeta, lo que significa que el borde visible exterior del anillo está aproximadamente al 73% del camino desde la Tierra a la Luna. Todo el sistema de anillos, si se colocara sobre la Tierra, se extendería desde la superficie de la Tierra hasta más de la mitad del camino hacia la Luna.
Esta comparación de escala le da a los anillos una sensación física que el diagrama estándar no da. Los anillos no son bandas decorativas alrededor de un planeta; son una estructura de dimensiones continentales, ocupando un volumen de espacio que empequeñece todo el vecindario orbital de la Tierra.
Los anillos están compuestos principalmente de partículas de hielo de agua que varían en tamaño desde polvo microscópico hasta rocas de varios metros de diámetro, con cantidades menores de escombros rocosos y trazas de compuestos orgánicos. Se estima que la masa total de todo el material de los anillos es de aproximadamente 1.5 × 10¹⁹ kilogramos, aproximadamente equivalente a la masa de una pequeña luna como Mimas, o aproximadamente 0.0025 veces la masa de la Luna de la Tierra.
Los anillos son geológicamente jóvenes según los estándares del sistema solar, estimados entre 10 millones y 100 millones de años de antigüedad, en comparación con los 4.6 mil millones de años de edad del sistema solar, lo que significa que no existieron durante la mayor parte de la historia de la Tierra. Lo más probable es que se formaron por la ruptura de una o más lunas de Saturno, ya sea por una colisión con un cometa o asteroide o por disrupción de mareas al migrar una luna demasiado cerca de Saturno. Los anillos también están desapareciendo gradualmente: el material del anillo se está perdiendo en la atmósfera superior de Saturno a un ritmo que sugiere que los anillos podrían desaparecer dentro de otros 100 millones de años.
El diagrama estándar del sistema solar termina en Neptuno o, en versiones más completas, en el Cinturón de Kuiper, la región de cuerpos helados más allá de Neptuno que incluye a Plutón y miles de otros objetos transneptunianos que se extienden a aproximadamente 50 unidades astronómicas del sol. Esto representa una fracción diminuta de la extensión real del sistema solar.
La Nube de Oort, el teórico reservorio de cometas que rodea el sistema solar a distancias entre aproximadamente 2,000 y 100,000 unidades astronómicas del sol, se extiende aproximadamente hasta la mitad del camino hacia Proxima Centauri, la estrella más cercana. Una unidad astronómica es la distancia Tierra-Sol; 100,000 unidades astronómicas son aproximadamente 1.58 años luz, en comparación con la distancia de 4.24 años luz a Proxima Centauri.
La Nube de Oort nunca ha sido observada directamente: ningún telescopio ha resuelto objetos individuales de la Nube de Oort, y su existencia se infiere de las propiedades de los cometas de período largo, que tienen parámetros orbitales consistentes con originarse en un reservorio esférico distante. Cuando las perturbaciones gravitacionales de estrellas que pasan o la marea galáctica empujan objetos de la Nube de Oort hacia trayectorias hacia el sistema solar interior, se convierten en los cometas de período largo que ocasionalmente aparecen en los cielos de la Tierra.
Si la Nube de Oort se incluye en la definición del sistema solar, y hay un argumento razonable de que debería ser así, ya que sus objetos están gravitacionalmente unidos al sol, entonces el sistema solar se extiende aproximadamente a mitad de camino hacia la estrella más cercana. La heliopausa —el límite de la influencia magnética del sol, donde el viento solar se encuentra con el medio interestelar— está a aproximadamente 120 unidades astronómicas, que la Voyager 1 cruzó en 2012. La Nube de Oort comienza a aproximadamente 2,000 unidades astronómicas, muy por encima de la heliopausa y profundamente en el espacio interestelar en términos del viento solar, pero aún gravitacionalmente unida al sol.
Fobos, la mayor de las dos pequeñas lunas de Marte, un objeto oscuro e irregular de aproximadamente 27 kilómetros en su dimensión más larga, está orbitando tan cerca de Marte y descendiendo a tal velocidad que se encuentra a aproximadamente 9,376 kilómetros del límite de Roche de Marte, la distancia a la cual las fuerzas de marea superarían la integridad estructural de la luna y la desintegrarían en un sistema de anillos.
Fobos orbita Marte a una altitud de aproximadamente 6,000 kilómetros, más cerca de su planeta que cualquier otra luna en el sistema solar, y está espiralizando hacia adentro a aproximadamente 1.8 centímetros por año. En aproximadamente 30 a 50 millones de años, Fobos o se estrellará contra Marte o se desintegrará en un anillo, dependiendo de su fuerza interna. Una luna en una espiral de muerte a esta proximidad de su planeta es uno de los hechos más específicos y verificables sobre el sistema solar que el diagrama estándar omite por completo.
El origen de Fobos y Deimos, las dos pequeñas lunas de Marte, es discutido. La hipótesis más común ha sido que son asteroides capturados, lo cual es consistente con sus propiedades espectrales y formas irregulares. Una hipótesis más reciente, apoyada por algunas simulaciones numéricas, sugiere que se formaron a partir de los escombros eyectados por un impacto gigante en Marte, similar a la hipótesis de impacto para la formación de la Luna, lo que explicaría sus órbitas casi circulares y ecuatoriales que son atípicas para cuerpos capturados.
Fobos completa tres órbitas de Marte por día marciano: orbita más rápido de lo que Marte rota. Desde la superficie marciana, Fobos sale por el oeste y se pone por el este, completando su viaje a través del cielo en aproximadamente cuatro horas. Es lo suficientemente pequeño en el cielo marciano como para que no produzca un eclipse solar total, solo uno parcial.
Europa — una de las cuatro grandes lunas galileanas de Júpiter, descubierta por Galileo en 1610 — tiene una superficie de hielo de agua atravesada por una red de fracturas, crestas de presión y terreno perturbado que indica un océano subsuperficial activo de agua líquida debajo de la capa de hielo. Se estima que el océano tiene aproximadamente entre 60 y 150 kilómetros de profundidad, con un volumen de agua líquida estimado en aproximadamente dos a tres veces el volumen de toda el agua en los océanos de la Tierra combinados.
El océano subsuperficial se mantiene por el calentamiento de marea — la flexión del interior de Europa por el enorme campo gravitacional de Júpiter, ya que la órbita elíptica de Europa lo acerca y aleja periódicamente de Júpiter. El mismo mecanismo que impulsa el extraordinario vulcanismo de Io (el cuerpo geológicamente más activo del sistema solar) produce una fuente de calor más moderada pero aún significativa en Europa que mantiene agua líquida debajo de una capa de hielo que se estima tiene entre 15 y 25 kilómetros de espesor.
La importancia del océano de Europa para la astrobiología es sustancial. El agua líquida, la energía química de la actividad hidrotermal en el fondo del océano y los compuestos orgánicos entregados por impactos de cometas constituyen los requisitos básicos para el tipo de vida quimiosintética que existe en las ventilas hidrotermales de los océanos profundos de la Tierra. Europa se considera uno de los candidatos más prometedores para la vida extraterrestre en el sistema solar, y la misión Europa Clipper de la NASA, lanzada en 2024, está diseñada para caracterizar el océano y evaluar su habitabilidad.
Se sospecha o confirma la existencia de océanos subsuperficiales similares en varias otras lunas: Ganímedes y Calisto (también lunas galileanas), Encélado (Saturno), Titán (Saturno, bajo un mar de hidrocarburos en lugar de hielo de agua) y potencialmente varias otras lunas heladas del sistema solar exterior. La prevalencia de océanos subsuperficiales en el sistema solar exterior ha expandido significativamente el número de entornos en el sistema solar considerados potencialmente habitables.
El cinturón de asteroides — la región entre Marte y Júpiter que contiene la mayoría de los asteroides del sistema solar — se representa típicamente en diagramas como un anillo denso de rocas estrechamente espaciadas que las naves espaciales deben navegar con cuidado. La realidad es que el cinturón de asteroides está casi completamente vacío, y las naves espaciales que lo atraviesan nunca han estado en peligro significativo de colisión.
La masa total de todo el material en el cinturón de asteroides es de aproximadamente 2,39 × 10²¹ kilogramos — aproximadamente el 4% de la masa de la Luna, y menos que la masa de Plutón. Esta masa se distribuye en un volumen de espacio tan grande que la distancia promedio entre los objetos en el cinturón es de aproximadamente 600,000 a 1 millón de kilómetros — comparable a la distancia entre la Tierra y la Luna.
Los objetos más grandes en el cinturón — Ceres (el único planeta enano en el sistema solar interior), Vesta, Pallas e Higía — juntos representan aproximadamente el 51% de la masa total del cinturón. Los millones de objetos más pequeños que constituyen el resto son correspondientemente diminutos. Las naves espaciales que han atravesado el cinturón de asteroides — Pioneer 10 en 1972, Pioneer 11 en 1973, y las muchas misiones posteriores a los planetas exteriores — lo cruzaron sin incidentes porque la probabilidad de encontrar un asteroide es insignificante.
La baja masa total del cinturón de asteroides es en sí misma sorprendente. Los modelos estándar de formación del sistema solar sugieren que debería haberse acumulado significativamente más material en la región Marte-Júpiter. La explicación principal es que la influencia gravitacional de Júpiter durante la historia temprana del sistema solar impidió la acreción en esa región y pudo haber expulsado grandes cantidades de material del sistema solar por completo: lo que ahora es el cinturón de asteroides se estima que es menos del 0.1% del material que originalmente ocupaba esa región.
Uno de los hechos más contraintuitivos sobre el sol es la relación entre su temperatura superficial y la temperatura de su atmósfera exterior. La fotosfera, la superficie visible del sol, tiene una temperatura de aproximadamente 5,500 grados Celsius. La corona, la atmósfera exterior del sol, que se extiende millones de kilómetros en el espacio y es visible como un halo tenue durante los eclipses solares totales, tiene una temperatura de aproximadamente uno a tres millones de grados Celsius: aproximadamente 200 a 600 veces más caliente que la superficie debajo de ella.
Esta inversión de temperatura, en la que la temperatura aumenta con la distancia al sol en lugar de disminuir, viola la expectativa ingenua y fue un problema importante no resuelto en la física solar durante décadas. La temperatura extrema de la corona requiere una fuente de energía que la superficie visible del sol no puede proporcionar directamente, y el mecanismo que la calienta ha sido buscado desde que la temperatura de la corona fue medida por primera vez en la década de 1940.
Las principales hipótesis actuales involucran dos mecanismos. El primero es el calentamiento por ondas: el campo magnético del sol está continuamente perturbado por el movimiento convectivo en el interior solar, produciendo ondas — ondas de Alfvén — que se propagan hacia el exterior en la corona y disipan su energía como calor. El segundo es el calentamiento por nanodestellos: la corona se calienta continuamente por innumerables pequeños eventos de reconexión magnética — nanodestellos — que liberan energía cuando las líneas del campo magnético se rompen y reconectan. Ambos mecanismos pueden estar operando simultáneamente.
La sonda Parker Solar, lanzada en 2018 y que realiza acercamientos progresivamente más cercanos al sol, está diseñada para medir la corona directamente a distancias más cercanas que cualquier nave espacial anterior y para probar las hipótesis de calentamiento competidoras. En su aproximación más cercana, la sonda pasa a aproximadamente 6.1 millones de kilómetros de la superficie del sol, más cerca que cualquier objeto hecho por el hombre anterior.
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La degradación de Plutón de planeta a planeta enano en 2006, cuando la Unión Astronómica Internacional adoptó una definición formal de "planeta" que Plutón no cumplía, fue la reclasificación más publicitada en la historia de la astronomía y el evento que llevó a muchas personas a aprender por primera vez que el tamaño de Plutón en relación con otros objetos del sistema solar era significativamente más pequeño de lo que habían asumido.
Plutón tiene un diámetro de aproximadamente 2,377 kilómetros, más pequeño que la Luna de la Tierra (3,474 kilómetros), más pequeño que siete de las lunas del sistema solar y más pequeño que varios otros planetas enanos y grandes objetos transneptunianos cuyo descubrimiento a principios de los 2000 impulsó la discusión definicional de la UAI. La masa de Plutón es aproximadamente 0.0021 veces la masa de la Tierra, alrededor del 0.2%, lo que lo hace significativamente más pequeño en relación con la Tierra de lo que la imagen mental de un planeta sugiere normalmente.
El sobrevuelo de New Horizons en julio de 2015, que produjo las primeras imágenes de cerca de la superficie de Plutón, reveló un mundo de complejidad geológica inesperada: montañas de hielo de agua que alcanzan los 3,500 metros, una llanura de hielo de nitrógeno del tamaño de Texas (nombrada informalmente Tombaugh Regio y con forma aproximadamente de corazón), posible criovulcanismo y una atmósfera delgada pero químicamente compleja. Las imágenes corrigieron la suposición de que un objeto pequeño, frío y distante estaría geológicamente muerto.
La luna más grande de Plutón, Caronte, tiene un diámetro aproximadamente la mitad del de Plutón, haciendo del sistema Plutón-Caronte lo más cercano a un planeta enano doble en el sistema solar. Los dos cuerpos orbitan su centro de masa común —el baricentro— que se encuentra fuera del propio Plutón, en el espacio entre ellos. Caronte está bloqueado por marea a Plutón, mostrando siempre la misma cara, y Plutón está bloqueado por marea a Caronte: los dos cuerpos se muestran mutuamente la misma cara permanentemente.
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La rotación y la órbita de Mercurio producen una relación entre su día y su año que es inusual en el sistema solar y produce una calidad específica de experiencia para un hipotético observador en la superficie. El período de rotación sideral de Mercurio —el tiempo que tarda en completar una rotación en relación con las estrellas— es de aproximadamente 58.6 días terrestres. El período orbital de Mercurio —un año— es de aproximadamente 88 días terrestres. Un año en Mercurio es, por lo tanto, aproximadamente 1.5 días siderales de Mercurio.
Sin embargo, el día solar en Mercurio —el tiempo entre un amanecer y el siguiente— es de aproximadamente 176 días terrestres: dos años de Mercurio. El día solar es más largo que el período orbital porque la velocidad orbital de Mercurio es lo suficientemente rápida en relación con su tasa de rotación que el sol parece moverse muy lentamente por el cielo, requiriendo casi dos órbitas completas antes de que el sol regrese a la misma posición.
La extrema proximidad de Mercurio al sol —su distancia promedio es de aproximadamente 0.39 unidades astronómicas, comparado con 1.0 de la Tierra— y su lenta rotación producen extremos de temperatura superficial que son los más dramáticos de cualquier planeta: la superficie que mira al sol alcanza aproximadamente 430°C mientras que los cráteres permanentemente sombreados en los polos de Mercurio, que no reciben luz solar, pueden ser lo suficientemente fríos para albergar depósitos de hielo de agua. La nave espacial MESSENGER de la NASA confirmó la presencia de hielo en los cráteres polares de Mercurio en 2012.
Mercurio no tiene luna, lo cual es inusual para un planeta rocoso. El núcleo de hierro del planeta constituye aproximadamente el 85% del radio del planeta, un núcleo desproporcionadamente grande cuyo origen puede involucrar un impacto gigante que despojó gran parte del manto original, o los efectos de la radiación solar en el proto-Mercurio temprano que removió preferentemente material de silicato más ligero.
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La Gran Mancha Roja de Júpiter, el rasgo oval visible en prácticamente todas las fotografías del planeta, situado en el hemisferio sur de Júpiter, es una tormenta anticiclónica persistente cuya máxima extensión fue de aproximadamente 40,000 kilómetros en el siglo XIX (más grande que tres Tierras una al lado de la otra) y cuya extensión actual es de aproximadamente 16,000 kilómetros, una reducción que ha sido monitoreada y debatida desde la década de 1930.
La tormenta ha sido observada continuamente desde al menos 1831, y registros históricos sugieren que un rasgo anterior observado en 1665 por Giovanni Cassini podría ser la misma tormenta, lo que le daría una existencia continua de al menos 350 años y potencialmente casi 400. El mecanismo que sostiene una tormenta de esta longevidad y escala es el tema de investigaciones en curso: la falta de una superficie sólida en Júpiter (que generaría fricción que disiparía la energía de la tormenta en la Tierra), la continua entrada de energía del calor interno de Júpiter y la interacción de la tormenta con las corrientes en chorro adyacentes se cree que contribuyen.
La contracción de la mancha se ha acelerado desde la década de 2010, y algunos investigadores han sugerido que el rasgo podría desaparecer por completo en décadas. La contracción va acompañada de un aumento en la tasa de rotación; a medida que la tormenta se encoge, gira más rápido, como un patinador que junta los brazos, y un cambio de forma de ovalada a casi circular. Los mecanismos que impulsan la contracción no están definitivamente establecidos.
Júpiter tiene múltiples tormentas más pequeñas que se han observado formándose, fusionándose y disolviéndose a lo largo de las décadas de monitoreo continuo desde los sobrevuelos de las Voyager en 1979. La estructura en bandas de la atmósfera, zonas claras y cinturones oscuros alternos impulsados por la rápida rotación de 10 horas de Júpiter, es en sí misma una forma de patrón meteorológico organizado que no tiene equivalente en los otros planetas del sistema solar.
Ío, la más interna de las cuatro grandes lunas galileanas de Júpiter, un poco más grande que la Luna de la Tierra, es el cuerpo geológicamente más activo del sistema solar, con más de 400 volcanes activos en su superficie que producen un recambio continuo de material que repavimenta toda la luna en una escala de tiempo geológica medida en miles en lugar de millones de años. La superficie de Ío no contiene cráteres de impacto: la actividad volcánica los entierra más rápido de lo que pueden acumularse.
La fuente de calor es el calentamiento por marea. La órbita elíptica de Ío, mantenida por resonancias orbitales con las otras lunas galileanas, hace que sea alternativamente comprimida y estirada por la gravedad de Júpiter a medida que se mueve a través de su órbita: la flexión por marea genera calor interno a una tasa que hace que el flujo de calor de Ío sea aproximadamente 40 veces mayor que el de la Tierra. El interior está parcial o totalmente fundido, y la superficie se repone continuamente con flujos de lava, penachos volcánicos y depósitos de escarcha de dióxido de azufre.
La nave espacial Voyager 1 descubrió el vulcanismo de Io en 1979, cuando la ingeniera de navegación Linda Morabito notó una característica circular en una imagen que resultó ser una pluma volcánica de 300 kilómetros de altura. El descubrimiento no fue anticipado — se esperaba que Io estuviera geológicamente muerto, como la Luna de la Tierra — y cambió fundamentalmente la comprensión del calentamiento por marea como una fuente de energía para la actividad geológica en lunas heladas y rocosas en todo el sistema solar exterior.
La mayor característica volcánica conocida de Io, Loki Patera, es un lago de lava de aproximadamente 200 kilómetros de diámetro — más grande que el Lago Victoria — cuya superficie se revuelca periódicamente a medida que la corteza enfriada se hunde y es reemplazada por magma fresco en un ciclo con un periodo de aproximadamente 540 días que ha sido seguido desde telescopios basados en la Tierra.
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Neptuno — el planeta más exterior, descubierto matemáticamente en 1846 antes de ser observado directamente — recibe solo aproximadamente 1/900 de la luz solar que recibe la Tierra, pero tiene velocidades de viento de aproximadamente 2,100 kilómetros por hora en su atmósfera superior — los vientos más rápidos de cualquier planeta en el sistema solar. La combinación de frío extremo y velocidad extrema del viento en las cimas de las nubes de Neptuno (aproximadamente -218°C) produce condiciones diferentes a las de cualquier planeta en el sistema solar interior.
La fuente de los fuertes vientos de Neptuno, a pesar de su baja entrada de energía solar, no se entiende completamente. Neptuno emite aproximadamente 2.6 veces más calor del que recibe del sol, lo que indica una fuente de calor interna sustancial — ya sea el calor residual de la formación del planeta o la energía gravitacional de la lenta diferenciación del interior del planeta — que impulsa la circulación atmosférica. La producción de calor interna distingue a Neptuno y Júpiter (que emite 1.7 veces más calor del que recibe) de Urano, que emite aproximadamente la misma cantidad de calor que recibe y cuya atmósfera es correspondientemente mucho menos activa.
El sobrevuelo de Neptuno por parte de la Voyager 2 en 1989, que produjo las únicas imágenes de primer plano del planeta existentes, reveló una Gran Mancha Oscura — una tormenta anticiclónica comparable en tamaño relativo a la Gran Mancha Roja de Júpiter — que había desaparecido para cuando se hicieron las observaciones del Telescopio Espacial Hubble en 1994. A diferencia de la tormenta persistente de Júpiter, las manchas oscuras de Neptuno parecen ser transitorias, formándose y disipándose en escalas de tiempo de años en lugar de siglos.
La luna más grande de Neptuno, Tritón, orbita el planeta en dirección retrógrada — opuesta a la rotación de Neptuno — con una inclinación que lo hace casi con certeza un objeto capturado del Cinturón de Kuiper en lugar de un cuerpo que se formó en su lugar. La órbita retrógrada de Tritón significa que está en espiral hacia adentro debido a las fuerzas de marea y eventualmente será destruido en aproximadamente 3.6 mil millones de años.
Encelado, una pequeña luna de Saturno, de aproximadamente 500 kilómetros de diámetro, fue uno de los descubrimientos más sorprendentes de la misión Cassini, que operó en Saturno de 2004 a 2017. La luna tiene un océano subterráneo bajo una capa de hielo de aproximadamente 20 a 25 kilómetros de espesor, y la actividad geológica en ese océano impulsa géiseres de vapor de agua y partículas de hielo desde fracturas cerca del polo sur que rocían material en el anillo E de Saturno, el anillo exterior más ancho, reponiendo continuamente el anillo con material del interior de la luna.
Las plumas, descubiertas por Cassini en 2005, se extienden cientos de kilómetros por encima de la superficie. Cassini hizo múltiples pases a través del material de la pluma y detectó vapor de agua, partículas de hielo, cloruro de sodio, nanopartículas de sílice, dióxido de carbono, metano, hidrógeno molecular y moléculas orgánicas complejas, un inventario químico que indica actividad hidrotermal en el fondo del océano, donde el agua caliente interactúa con la roca de la misma manera general en que operan las ventilas hidrotermales en el fondo del océano de la Tierra.
El hidrógeno molecular en las plumas es particularmente significativo: indica que la roca caliente está reaccionando con el agua en una reacción química (serpentinización) que también ocurre en las ventilas hidrotermales de la Tierra y proporciona la fuente de energía química para la vida quimiosintética en el océano profundo de la Tierra. Encelado se considera, junto con Europa, el candidato más prometedor para la vida extraterrestre en el sistema solar.
La actividad de géiseres de Encelado es uno de los pocos ejemplos de comunicación geológica activa entre el interior de una luna y el sistema de anillos de un planeta, y demuestra que los anillos de Saturno no son estructuras estáticas sino sistemas dinámicos que se reponen y modifican continuamente por las lunas incrustadas en ellos o adyacentes a ellos.
Los elementos que componen el sistema solar, incluidos el carbono, oxígeno, hierro y calcio en cada cuerpo humano, no fueron creados en el sol. Fueron sintetizados en generaciones anteriores de estrellas que vivieron y murieron antes de que el sistema solar se formara hace aproximadamente 4.6 mil millones de años, y el sol se formó a partir de la nube de gas y polvo enriquecida por esas muertes estelares.
El hidrógeno y el helio, los dos elementos más ligeros, que constituyen aproximadamente el 98% de la masa del sol, fueron producidos en el Big Bang hace aproximadamente 13.8 mil millones de años. Todos los elementos más pesados —carbono, nitrógeno, oxígeno, hierro y todo en la tabla periódica más allá del helio— fueron producidos en los hornos nucleares de las estrellas y distribuidos en el medio interestelar cuando esas estrellas murieron, ya sea como nebulosas planetarias (para estrellas de masa aproximadamente solar) o como supernovas (para estrellas más masivas).
El hierro en el núcleo de la Tierra, el calcio en los huesos humanos, el oxígeno en la atmósfera, todos fueron procesados a través de al menos una y probablemente múltiples generaciones estelares anteriores antes de ser incorporados en la nube de gas y polvo que colapsó para formar el sol y los planetas. El sistema solar está, en este sentido preciso, hecho de materia estelar, una frase que Carl Sagan utilizó y que refleja un hecho físicamente verificable sobre el origen de cada átomo del que está compuesto el sistema solar.
La composición isotópica del material del sistema solar —las proporciones específicas de diferentes isótopos de elementos como el oxígeno y el nitrógeno— conserva un registro de las poblaciones estelares específicas que contribuyeron con material a la nube presolar. El análisis de granos presolares —inclusiones minerales microscópicas en meteoritos que se formaron en otros sistemas estelares y sobrevivieron intactos a la formación del sistema solar— proporciona evidencia física directa de los tipos específicos de estrellas cuyo material fue incorporado.
El Olympus Mons —el volcán más grande del sistema solar, ubicado en la meseta de Tharsis de Marte— tiene aproximadamente 22 kilómetros de altura desde su base hasta su cima, casi tres veces la altura del Monte Everest sobre el nivel del mar (8.8 kilómetros). Su diámetro en la base es de aproximadamente 600 kilómetros, un área aproximadamente del tamaño de Francia, y su caldera en la cima tiene aproximadamente 80 kilómetros de ancho y 3 kilómetros de profundidad.
La escala del Olympus Mons en relación con cualquier cosa en la Tierra es una consecuencia de dos propiedades marcianas. La primera es una gravedad más baja: la gravedad superficial de Marte es aproximadamente el 38% de la de la Tierra, lo que permite que los edificios volcánicos crezcan mucho más antes de que su peso cause que la corteza subyacente se deforme. La segunda es la ausencia de tectónica de placas: la corteza terrestre se mueve continuamente sobre puntos calientes del manto, produciendo cadenas de islas volcánicas (como Hawái) a medida que la placa se mueve sobre el punto caliente. La corteza de Marte no se mueve de la misma manera, lo que permite que el magma se acumule continuamente en un solo lugar durante miles de millones de años, produciendo un solo edificio masivo en lugar de una cadena.
La meseta de Tharsis, sobre la cual se encuentran el Olympus Mons y otros tres grandes volcanes —Arsia Mons, Pavonis Mons y Ascraeus Mons, cada uno comparable en altura al Olympus Mons— es en sí misma una estructura volcánica colosal de aproximadamente 5,000 kilómetros de ancho y 12 kilómetros de alto, cuya masa es tan grande que ha deformado visiblemente la litósfera marciana, inclinando la corteza a su alrededor.
No se ha establecido si el Olympus Mons está actualmente extinto o simplemente inactivo. La evidencia más reciente de actividad volcánica en Marte data de hace tan solo 25 millones de años, geológicamente muy reciente, y algunos investigadores creen que Marte puede seguir siendo volcánicamente activo a niveles bajos.
El sistema solar no está estacionario. El sol, junto con todos sus planetas, lunas, asteroides y cometas, está orbitando el centro de la galaxia de la Vía Láctea a aproximadamente 230 kilómetros por segundo, en una órbita que tarda aproximadamente de 225 a 250 millones de años en completarse. La última vez que el sistema solar estuvo en su posición actual en la galaxia, el período Triásico apenas comenzaba, los dinosaurios aún no habían aparecido y el supercontinente Pangea aún estaba intacto.
El sistema solar también oscila hacia arriba y abajo en relación con el plano de la galaxia, oscilando a través del plano medio galáctico aproximadamente cada 30 millones de años, un ciclo que se ha propuesto como un factor contribuyente en los aumentos periódicos en el bombardeo cometario de la Tierra cuando el sistema solar pasa por las regiones más densas cerca del plano galáctico.
A nivel del sistema solar dentro de la galaxia, aproximadamente a 26,000 años luz desde el centro galáctico, en el Brazo de Orión, la densidad de estrellas es de aproximadamente 0.14 estrellas por parsec cúbico. La estrella más cercana conocida, Proxima Centauri, está a 4.24 años luz de distancia, y las estrellas más cercanas al sol han cambiado a lo largo del tiempo geológico a medida que la órbita galáctica del sol lo ha llevado a través de diferentes vecindarios estelares.
La dirección del movimiento actual del sistema solar a través del espacio, el ápice solar, es hacia la constelación de Hércules, a aproximadamente 20 kilómetros por segundo en relación con el estándar local de reposo (el movimiento promedio de las estrellas cercanas). Este movimiento local es distinto del movimiento orbital alrededor del centro galáctico, que es aproximadamente diez veces más rápido, y del movimiento de la Vía Láctea misma a través del universo, que es de cientos de kilómetros por segundo en relación con el fondo cósmico de microondas.
Titán, la luna más grande de Saturno y la segunda luna más grande del sistema solar, ligeramente más grande que el planeta Mercurio, es la única luna con una atmósfera densa y el único cuerpo en el sistema solar además de la Tierra conocido por tener líquido estable en su superficie. El líquido no es agua. La temperatura superficial de Titán de aproximadamente -179°C es demasiado fría para el agua líquida; en cambio, Titán tiene ríos, lagos y mares de metano y etano líquido, distribuidos principalmente a través de sus regiones polares.
La misión Cassini mapeó la superficie de Titán a través de su densa neblina naranja usando radar, revelando un mundo de topografía terrestre sorprendente: canales de ríos, deltas, lagos de varios tamaños y dos grandes mares polares, Kraken Mare y Ligeia Mare, con un área combinada comparable al Mar Caspio y al Mar Negro de la Tierra. Los ríos tallados en el lecho de agua-hielo de Titán por erosión de metano líquido producen patrones de drenaje visualmente indistinguibles de los esculpidos por agua líquida en la Tierra, reflejando el hecho de que la misma física gobierna el flujo de fluidos independientemente del fluido específico.
El ciclo del metano en Titán refleja el ciclo del agua en la Tierra. El metano se evapora de la superficie y los mares, asciende a través de la atmósfera, se condensa en nubes y cae como lluvia de metano. Cassini observó lluvia activa de metano cerca del ecuador de Titán durante su misión. La fuente del metano atmosférico de Titán, que es destruido fotoquímicamente y debería agotarse en escalas de tiempo de decenas de millones de años sin un mecanismo de reposición, es desconocida, siendo el criovolcanismo (erupciones de mezclas de agua-amoniaco desde el interior) la hipótesis principal.
La misión Dragonfly de la NASA, un aterrizador de rotor programado para llegar a Titán en 2034, volará entre sitios en la superficie de Titán para estudiar su compleja química orgánica, la atmósfera de Titán produce una gama de moléculas orgánicas incluyendo tolinas, compuestos orgánicos complejos cuya química es relevante para entender el origen de la vida, e investigar si el océano de agua subsuperficial de la luna (inferido pero no confirmado directamente) o su química superficial ofrecen condiciones relevantes para la química prebiótica.
