El origen del Sistema Solar

La formación del Sistema Solar

Hace unos seis mil millones de años, la zona conocida como El Sistema Solar era una nube de Hidrógeno con un poco de Helio y algunos rastros de otros elementos.
Debido a la atracción gravitatoria esa nube de gas comenzó a aglomerarse en el centro. Conforme la materia caía hacia el interior de la nube la presión fue haciéndose cada vez más grande. Al mismo tiempo, como los átomos llevaban un movimiento propio antes de comenzar a caer, la nube comenzó a girar sobre sí misma. Los remolinos de la caida de nubes de gas se formaban en todas las direcciones pero el choque entre unas y otras corrientes hizo que las corrientes más débiles se desviasen para unirse a las corrientes más fuertes, hasta que por fin todas las corrientes de gases se unieron en un único remolino de gas que giraba en una dirección determinada, el mismo plano en el que hoy en día aún sigue girando el Sol.
En esta nube de gases se volvió a repetir, a escala más reducida, el mismo proceso formándose nubes más pequeñas que giraban sobre sí mismas al tiempo que se trasladaban alrededor de la nube central. Se formaron varios cientos de planetesimales girando sobre sí mismos y viajando alrededor de la nube central, pero los planetesimales más grandes, al pasar cerca de los más pequeños los hacían salirse de su órbita. En la zona media del sistema solar, a mitad de camino entre el centro y el borde de la nube primigenia, se formaron dos planetas gigantescos que absorbieron la mayor parte de los gases que existían en esa zona.
Había otros muchos planetesimales que se habían formado en el Sistema, pero la masa gigantesca de Júpiter y Saturno "barrieron" sus órbitas de tal forma que los planetesimales más cercanos fueron absorbidos por Júpiter y Saturno haciéndose ellos mismos aún más masivos.
Pero a mayores distancias, tanto en la parte interior como en la exterior, aún quedaban muchos más planetesimales.
Aún a larga distancia los efectos gravitatorios de Júpiter y Saturno se hacían sentir eliminando los planetesimales que ocupaban órbitas armónicas. Si un planeta interior tenía un período orbital tal que su año durase exactamente la mitad, o un cuarto, o un quinto, o una fracción exacta cualquiera del año de Júpiter o Saturno, eso hacía que su afelio cada X años coincidiría con la distancia más corta a Júpiter. El efecto de este acercamiento en un año determinado apenas sería apreciable, pero si cada cuatro años, por ejemplo, el acercamiento se volvía a repetir en condiciones muy similares, el efecto acumulativo de la atracción de Júpiter iría alargando la órbita del planeta interior hasta que en unos pocos millones de años su órbita dejase de ser estable, corriendo el peligro de estrellarse con otros planetas o incluso ser absorbido por los mismos Júpiter y Saturno.
Por ese motivo se produjeron varias catástrofes planetarias en las que diversos planetesimales chocaban entre sí para unirse en planetesimales más grandes. Conforme estos planetesimales avanzaban a través de la nebulosa solar eran bombardeados por partículas y meteoritos que provocaban un calentamiento de la materia que los formaba al mismo tiempo que los frenaban, lo que ocasionaba que los planetesimales más pequeños cayesen hacia los mayores.
Al final, tras varios cientos de millones de años de evolución planetaria, el sistema solar estaba compuesto por un centro masivo pero aún apagado, un par de gigantescos planetesimales (Júpiter y Saturno), cuatro planetas interiores (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) y dos exteriores (Urano y Neptuno). El destino probable de aquellos planetesimales hubiera sido seguir siendo frenados por la nebulosa solar hasta que primero los planetesimales más pequeños, luego los mayores, cayeran en la nube central.

Solo una cosa evitó que se produjera este fin:

La formación del Sol

A pesar de la enorme masa que representaban los planetesimales que se habían formado, ésto no era más que una minúscula fracción de la cantidad de masa que se había acumulado en el centro del sistema.
Esta masa era tan grande que la fuerza gravitatoria alcanzó proporciones gigantescas, y la presión que se acumuló en su centro fue tanta que ni siquiera los electrones eran capaces de soportar la presión de los miles de kilómetros de gas que tenían sobre ellos.
Al final hasta los mismos átomos cedieron. Incapaces de soportar semejante presión los átomos de hidrógeno comenzaron a fusionarse para formar atomos de helio. Esta fusión nuclear, similar a la que se produce en una bomba de Hidrógeno, provocó el encendido del Sol.
El Sol se encendió, pero sólo en su interior, había miles de kilómetros de distancia hasta su superficie, por eso la explosión nuclear se extendió por todo el interior del Sol pero la presión del gas que tenía encima impedía que la explosión alcanzara la superficie, y mientras tanto la suma de la presión gravitatoria desde fuera y la presión explosiva desde dentro del Sol mantuvieron encendida la llama atómica aunque la superficie del Sol siguió siendo una superficie apagada.
Seguramente hicieron falta varios siglos para que la llama atómica alcanzara la superficie haciendo que por primera vez la luz solar iluminase el interior del sistema solar.
Lo que se podría haber visto en ese momento no era más que una niebla blanquecina, una nebulosa de polvo y gases con leves trazas de átomos más pesados. A través de esa niebla hubiera sido imposible vislumbrar los planetesimales, planetas y satélites que se habían formado, pero todos ellos estaban allí, aún formándose y constantemente bombardeados por los millones de fragmentos que aún quedaban como restos de la gran cantidad de planetesimales que no habían conseguido formar planetas o planetas que habían sido desintegrados por las catástrofes planetarias que se habían producido.
A medida que la llama atómica atravesaba el manto solar, su avance iba siendo cada vez más rápido al soportar cada vez menos presión. Cuando por fin llegó a la superficie la explosión pudo encontrar una salida a su propia presión interior expulsando ingentes cantidades de partículas, átomos y gases más allá de la superficie solar.
La fuerza gravitatoria del sol era tan grande que los gases más pesados no conseguían escapar pero la presión del horno nuclear empujaba constantemente a las partículas y átomos más ligeros empujándolos incesantemente lejos del Sol. Estas partículas que se "derramaban" desde el Sol, empujadas por su propia radiación interna, formaron un "Viento Solar" que barrió el sistema empujando las partículas ligeras que encontraba en su camino.
Si un hipotético observador hubiese estado en aquel momento contemplando el proceso desde una distancia de un par de días*luz sobre el plano de la elíptica, podría haber sido testigo de lo siguiente.
Al principio sólo habría visto una nube oscura que ocultaba el fondo estelar. Sería el único indicio de que allí había "algo". De vez en cuando podría ser testigo de pequeños destellos producidos por el choque de meteoritos al caer en la atmósfera de algún planetesimal. Desde el centro de la nube, de repente, llegaría algún destello más brillante. Ese destello desaparecería y volvería a aparecer varias veces durante varios años hasta que al final se hiciera mucho más fuerte encendiendo toda la superficie del Sol. El Sistema Solar se vería entonces como una nebulosa muy similar en su forma a una galaxia aunque de un tamaño más reducido. Aún a través de esta nebulosa resultaría imposible ver los planetas, pero sí sería posible ver remolinos en las nubes entre los que podríamos reconocer los remolinos generados por Júpiter y Saturno. Los remolinos correspondientes a los planetas más pequeños serían mucho más difíciles de ver.
Al cabo de algunos años veríamos el primer cambio, cuando a través del centro del Sistema veamos una estrella gigantesca, el Sol. Antes sólo habíamos visto su resplandor, pero ahora podremos ver directamente el brillo de su superficie. A su alrededor veremos un anillo brillante, el frente de empuje del viento solar al ir barriendo la nebulosa. Al aumentar el tamaño de ese anillo, a través de su interior podremos ver por primera vez las estrellas que hay al otro lado, hasta ahora la nebulosa nos había impedido verlas. Como los planetas. Pero a medida que el frente del viento solar se vaya alejando irán quedando detrás los planetas interiores, Mercurio, Venus, La Tierra con su gigantesco satélite, Marte. El frente seguirá creciendo hasta dejar a la vista los planetas gigantes, Júpiter y Saturno, y los exteriores, Urano y Neptuno.
En ese primer barrido el viento solar habrá empujado hacia el exterior casi todas las partículas, átomos y moléculas ligeras que no estuviesen dentro de ningún planeta.
Las partículas más pesadas serían barridas a lo largo de los más de cuatro mil millones de años transcurridos desde entonces, y todas esas partículas han ido a formar una nube a billones de kilómetros de distancia del Sol. Esta nube rodea el sistema solar como un anillo de polvo y en él también se han formado remolinos y se han creado cuerpos más o menos masivos y alguna vez que otra uno de estos cuerpos es desviado de su órbita por otro cuerpo similar y cae hacia el Sol en una órbita sumamente excéntrica. Formados en su mayor parte por los mismos elementos que había en el origen de nuestro sistema, esas bolas de "hielo sucio" atravesarán el firmamento formando lo que desde la antigüedad se han dado en llamar cometas.
Pero la consecuencia más importante que tuvo el encendido del Sol fue la limpieza del sistema solar. El viento solar barrió todo el polvo que frenaba las órbitas de los planetas y debido a ello los planetas existentes en ese momento han dejado de ser frenados para caer hacia el centro del sistema. Al contrario, el efecto gravitatorio que se produce entre los diversos planetas y satélites ha hecho que en algunos casos las distancias orbitales aumenten en lugar de disminuir. Así es el caso de la Luna con respecto a la Tierra. Estando ya en una situación muy cercana a que ambos cuerpos chocasen entre sí, la desaparición del polvo interplanetario frenó esa caída, y desde entonces la distancia de la Tierra a la Luna ha ido aumentando apreciablemente.

La formación de los Planetas

Los planetesimales eran nubes de gases que se aglomeraban debido a su propia fuerza gravitatoria. El gas que los formaba contenía todos los elementos estables del universo aproximadamente en la misma proporción en que esos elementos existen hoy en día, es decir, un 92% de Hidrógeno, 7% de Helio y un 1% de los demás elementos.
De este 1%, había aproximadamente un 50% de oxígeno, 20% de Neón, 15% de Nitrógeno, 8% de Carbono, 2% de Silicio, 2% de Magnesio, 1,5% de Hierro, 1% de Azufre, y el 0,5% restante era una mezcla de Argón, Aluminio, Calcio, Sodio, Niquel, Fósforo y demás elementos en proporciones cada vez menores.
Sin embargo, a pesar de suponer un porcentaje tan reducido, la masa total de cada uno de los planetesimales era tan grande que la cantidad de Níquel o Fósforo, por ejemplo, en cada uno de ellos era gigantesca, capaz de formar una esfera de centenares de kilómetros de radio.
El calor y la presión provocaron diversas reacciones químicas que propiciaron la formación de moléculas y compuestos químicos. El hidrógeno, altamente reactivo y superabundante en aquella nube, se unía a diversos átomos, especialmente a los más abundantes (Oxígeno, Carbono y Nitrógeno) para formar gases como vapor de agua, metano y amoníaco. El Helio y el Neón, al ser muy poco reactivos, se conservaban como gases aislados. El Silicio reaccionaba con el oxigeno y posteriormente con otros elementos para formar todo tipo de silicatos. El Hierro reaccionaba con el azufre dando lugar a todo tipo de sulfuros.
Debido a la fuerza gravitatoria los materiales más pesados, principalmente el Hierro y el Niquel, tendían a hundirse hacia el interior de la nube mientras que los más ligeros permanecían en la superficie. Así se formaron las primeras capas que forman el interior de nuestro planeta, un núcleo de Hierro y Niquel seguido de un manto de Silicatos. Sobre todo ello una corteza más o menos sólida de silicatos y por encima una atmósfera de vapor de agua, amoníaco y metano. Era la atmósfera I.
Aproximadamente por esa época fue cuando el Sol se encendió. Conforme el sistema solar iba quedando cada vez más despejado de polvo, el calor del Sol empezó a afectar a los planetas que giraban a su alrededor. Al calentarse las capas altas de la atmósfera se producía una disociación de las moléculas de vapor de agua, separándose en sus componentes, Oxígeno e Hidrógeno. El Hidrógeno libre era muy ligero, y más al calentarse, por lo que tendía a ascender sobre la atmósfera y a determinada distancia podía escapar del campo gravitatorio terrestre siendo arrastrado por el viento solar hacia más allá del sistema solar.
El oxígeno libre reaccionaba con el amoníaco y el metano para formar Nitrógeno, Dióxido de Carbono y agua, y con este agua volvía a repetirse el ciclo una vez tras otra. El final de este proceso, de repetirse un numero indefinido de veces, era la desaparición de toda el agua y el Hidrógeno quedando entonces una atmósfera II, compuesta exclusivamente de Nitrógeno y Dióxido de Carbono.
En Mercurio, demasiado pequeño y excesivamente cerca del Sol esta reacción se produjo muy rápido acabando en pocos millones de años con toda la atmósfera del planeta. Aunque mucho más lejos, el reducido tamaño de Marte también hizo que desapareciera gran parte de su atmósfera quedando hoy en día apenas leves trazas de una atmósfera muy tenue de Nitrógeno y Dióxido de Carbono. Venus y la Tierra son lo bastante grandes como para que el Hidrógeno no se pierda con tanta rapidez en el espacio, y entonces se ha producido otro fenómeno que no se había producido en los planetas más pequeños.
Cuando los rayos UV (ultravioleta) disociaban las moléculas de agua, los átomos de Hidrógeno ascendían sobre la atmósfera para perderse en el espacio, y los de Oxígeno descendían para repetir el ciclo que conduciría a una nueva atmósfera. Pero mientras permanecía como Oxígeno libre, algunas moléculas eran bombardeadas por rayos UV formándose moléculas de Ozono.
El Ozono era más ligero que la atmósfera, por eso formaba una capa sobre ella. Pero más importante, el Ozono NO DEJABA PASAR los rayos UV, es decir que cuando se formaba la capa de Ozono el proceso de disociacion del agua se detenía.
Por desgracia la capa de Ozono se mantenía a una muy elevada altitud, más de veinte kilómetros, y seguía siendo bombardeada por rayos UV. Muchas moléculas de ozono, al ser bombardeadas, podían adquirir suficiente velocidad como para escapar de la atracción planetaria, y eso hacía que al cabo del tiempo la capa de Ozono se debilitaba, volvía a dejar pasar los rayos UV y se volvía a repetir el proceso. Pero al menos la disociación del agua había resultado mucho más lenta que sin la capa de Ozono.

Al ser Venus algo más pequeña que la Tierra y al estar situada mucho más cerca del Sol, su capa de Ozono no pudo impedir que a la larga desapareciera todo el hidrógeno de su atmósfera convirtiéndose ésta en una muestra más de atmósfera II, compuesta de Nitrógeno y Dióxido de Carbono.
Mientras tanto, los planetas gigantes se encontraban en la situación opuesta. Por un lado estaban tan lejos del Sol que los rayos UV apenas alcanzaban a disociar una mínima cantidad de moléculas de agua. La temperatura transmitida por el Sol era apenas suficiente para calentar los gases, al contrario, debido a sus propios procesos internos el mismo Júpiter genera más calor que el que recibe del Sol. Y por último, la masa de Júpiter es tan grande y a esa distancia el viento solar tan débil, que ni siquiera el Hidrógeno consigue escapar con facilidad de su campo gravitatorio, por lo que la conversión de atmósfera I en atmósfera II aún está en sus inicios.
Sin embargo el proceso en la Tierra ha seguido un camino diferente. Al principio, tal como en los demás planetas del sistema solar, se produjo una atmófera de Vapor de Agua, Amoníaco y Metano. También como en los demás planetas comenzó la transformación de esa atmósfera en otra de Nitrógeno y Dióxido de Carbono. Pero hoy en día gozamos de una saludable atmósfera de Nitrógeno, Oxígeno y Vapor de Agua, con algunas trazas de otros gases como Argón o Dióxido de Carbono.

¿Cómo se ha generado esta atmósfera?

Volveremos a ello un poco más tarde, pero antes debemos examinar otro proceso.

El origen de la corteza terrestre

En todo sistema cerrado la tendencia natural de la materia es el desorden. Esto es algo que observamos continuamente, si dejamos un coche abandonado junto a la carretera al cabo de algunos años estará oxidado, los cristales estarán rotos, los asientos carcomidos, los neumáticos destrozados. Si dejamos un libro sobre la mesa al cabo de algunos siglos solo quedará un pequeño montón de polvo. Si lo que dejamos es una manzana, no quedará nada en pocas semanas.
A escala atómica ocurre lo mismo: donde hay moléculas complejas tarde o temprano estas moléculas se desorganizan, se parten en componentes más pequeños, donde había vida, ésta muere, donde había organización ésta desaparece.
Esto es lo que ocurre en los sistemas cerrados. Afortunadamente la Tierra no es un sistema cerrado.

Debido a que no es un sistema cerrado la superficie terrestre ha sido bombardeada durante millones de años por millones de meteoritos que han aumentado su tamaño al mismo tiempo que su caída producía suficiente calor como para que toda la masa del planeta se fundiese. Este calor ha ocasionado que los elementos constitutivos del planeta se combinasen entre sí para formar los compuestos y aleaciones, sulfuros y silicatos que conforman las capas de nuestro planeta. De una estructura caótica que había al principio, los compuestos que tenían un punto de fusión similar se separaban del resto de la masa terrestre para formar vetas de minerales más o menos homogéneos. Sometida a sucesivos procesos de fusión y enfriamiento, presión y compresión, acreción y convección, cada uno de estos procesos empujaba determinados elementos en ciertas direcciones hasta conseguir que de aquel caos inicial surgiera una cierta estructura.

La estructura que todos estos procesos nos han dejado es la de un planeta dividido en capas. En la capa más interior hay un núcleo con los elementos más pesados, siendo los más abundantes el hierro y el níquel. A continuación un manto de silicatos a temperatura de fusión. Por encima de este manto la atmósfera primigenia.

Conforme iban quedando cada vez menos fragmentos sólidos en la nebulosa solar, disminuyó el bombardeo de meteoritos, de ahí que la capa externa del manto comenzara a enfriarse y solidificarse. Sobre la superficie del manto fundido se formó una costra sólida que era rota continuamente por la caida de los aún frecuentes meteoritos. Tal como hoy en día los océanos se mantienen en movimiento, el manto semilíquido de aquella época también lo hacía y al formarse una costra en su superficie ésta se desplazaba en la dirección en que la empujaran las corrientes del manto.

Con el tiempo la corteza adquirió un grosor de varios kilómetros, pero aún seguía siendo una fina corteza flotando sobre el manto terrestre y arrastrada por las corrientes magmáticas. En ocasiones, fragmentos de esa corteza chocaban entre sí y donde se producían esos choques ocurría como con una tela empapada flotando sobre el agua: los bordes de esas placas se arrugaban formando elevadas cordilleras, o se montaban una placas sobre otras generando extensas mesetas.

En algunas zonas dos placas contiguas podían alejarse dejando al descubierto el manto fundido del interior de la Tierra, y en otras ocasiones dos placas podían deslizarse la una junto a la otra en direcciones contrarias provocando periódicos terremotos.

Todo este continuo movimiento provocaba gigantescas presiones en el interior de la corteza terrestre y en ocasiones se producían erupciones volcánicas que sacaban al exterior materias que quizás llevaban millones de años enterradas.

De esta forma tan caótica se formaron los principales yacimientos mineros, los nódulos de diamantes, las vetas de uranio, las menas de plata y mercurio.

Los gases de la atmósfera primigenia reaccionaban con todos estos elementos para formar numerosos compuestos que se depositaban en la superficie para posteriormente formar parte de una corteza terrestre cada vez más compleja.

Y cuando la temperatura de la superficie terrestre lo permitía, el vapor de agua de la atmósfera se condensaba para formar los primeros lagos, lagos que sólo se daban en lugares elevados, cordilleras, cráteres de volcanes apagados, lugares que estaban sobre una corteza terrestre lo suficientemente gruesa como para mantenerse alejada del calor del manto terrestre, porque en los lugares bajos, donde hoy están los océanos, la corteza terrestre era sumamente delgada y estaba demasiado caliente a causa del calor interior del planeta para que en ella pudiese permanecer el agua en estado líquido.

En esos lagos de montaña, calientes hasta el punto de hervir en ocasiones, inundados de sales minerales y acariciados por una ardiente brisa de hidrógeno, amoníaco y metano, se producían numerosas reacciones químicas que dieron los primeros pasos hacia la vida.