¿Si la Tierra tuviera anillos?

Question

1. ¿Si la Tierra tuviera anillos, se centrarían en el ecuador como lo hacen los anillos de Saturno en su ecuador?

Answer 1

Gran pregunta.

Si la Tierra tuviera anillos, y hubieran estado allí tanto tiempo como la luna, probablemente estarían alineados paralelamente al ecuador de la Tierra y serían visibles en el cielo desde una orientación este a oeste.

Entonces, ¿cómo adquiriría la Tierra un anillo? Nuestra luna, en realidad, se está alejando lentamente de la Tierra, pero si en lugar de eso se moviera hacia adentro, eventualmente se rompería debido a las fuerzas gravitacionales diferenciales entre el lado más cercano a nosotros y el lado más lejano, a 3000 km de distancia. Obviamente, una gran cantidad de la luna bombardearía la Tierra, pero esta respuesta asume que sobrevivimos.

Típicamente, el Límite de Roche se aplica a la desintegración de un satélite debido a las fuerzas de marea inducidas por su cuerpo primario, el cuerpo alrededor del cual orbita. Las partes del satélite que están más cerca del primario son atraídas con más fuerza por la gravedad del primario que las partes que están más lejos; esta disparidad efectivamente separa las partes cercanas y lejanas del satélite entre sí, y si la disparidad (combinada con cualquier efecto centrífugo debido al giro del objeto) es mayor que la fuerza de gravedad que mantiene unido al satélite, puede desintegrar al satélite.

Vista del anillo desde Washington.

Dado que, dentro del límite de Roche, las fuerzas de marea abruman a las fuerzas gravitacionales que de otro modo podrían mantener unido al satélite, ningún satélite puede coalescer gravitacionalmente a partir de partículas más pequeñas dentro de ese límite. De hecho, casi todos los anillos planetarios conocidos se encuentran dentro de su límite de Roche, siendo Saturno, con sus anillos E y Phoebe, excepciones notables. Podrían ser remanentes del disco de acreción proto-planetario del planeta que no lograron coalescer en lunitas, o, conversamente, haberse formado cuando una luna pasó dentro de su límite de Roche y se rompió.

El Límite de Roche se puede ver como una "frontera" imaginaria en forma de la Tierra, en promedio a 9,492 km del centro de la Tierra, 1.49 veces el radio de la Tierra, para cuerpos rígidos. Por lo tanto, alrededor del ecuador "se mueve" hacia afuera un poco. Sigue la forma de esferoide oblato de la Tierra.

La Tierra podría haber tenido un anillo justo después de su formación. La vista de estos anillos desde la Tierra variaría. Dependería de tu latitud y de la dirección a la que estuvieras mirando. Cerca del ecuador, el anillo sería como finas rebanadas de luz que surgían de horizontes lejanos de la Tierra y se extendían hacia el cielo hasta donde alcanzaba la vista.

Gracias a Emilio Pisanty por señalar correctamente que la representación de los anillos desde latitudes medias y altas no es completamente precisa. El plano del suelo no es ortogonal al plano de los anillos, por lo que aparecerían con un ángulo. Lo único que puedo hacer es pedir cierta libertad en la presentación de este escenario "y si".

Las imágenes asumen que el anillo alrededor de la Tierra sería proporcional al anillo alrededor de Saturno en relación con ese planeta.

Vista del anillo desde el ecuador.

¿Por qué se forma el anillo alrededor del ecuador en lugar de otro eje?. Es debido al efecto de la Ley de la Fuerza Central, la misma razón básica por la que los planetas están situados en un plano alrededor del Sol. El Sol es esférico, por lo que objetos como Plutón pueden "escaparse" estando 8 grados desalineados. Si la Tierra (y Saturno) fueran esferas perfectas, entonces el eje del anillo podría estar en cualquier ángulo. Debido a que ambos planetas son esferoides oblato, con un abultamiento de marea, con el tiempo las partículas que componen el anillo se acumularían allí. Los anillos de Saturno tienen un grosor local estimado de tan solo 10 metros y de hasta 1 kilómetro, por lo que son extremadamente "finos".  

Vista de los anillos desde las latitudes medias.

Vista de los anillos en la latitud 23° sur, un panorama de 180° da una idea de lo magnífico que sería el espectáculo de los anillos. La Tierra misma proyecta la sombra.

Fuente de la imagen: If Earth Had a Ring Like Saturn

Answer 2

Sí, los anillos acabarían terminando finalmente flotando sobre el ecuador (como se define por la rotación de un planeta). El mecanismo que lleva a este estado estable es la asimetría gravitacional que surge de la protuberancia ecuatorial de un planeta. Órbitas no ecuatoriales transitorias, sin embargo, son por supuesto posibles (como lo son con los satélites artificiales lanzados).

Esta pregunta ha sido estudiada a través de simulaciones por la NASA en la exploración del Cataclismo Kessler, donde los fragmentos de basura espacial que colisionan interminablemente se pulverizan entre sí cada vez de manera más fina. El polvo resultante se encuentra alrededor del ecuador.

Answer 3

Desde los tiempos de Isaac Newton, Joseph-Louis Lagrange, Pierre Simon Laplace, Carl Friedrich Gauss y otros grandes matemáticos de la era del Renacimiento, ha existido una creencia inherente en la comunidad científica de que la Tierra es capaz de retener un sistema de anillos estable en órbita alrededor de ella durante millones de años.

En un artículo publicado por el ex astrónomo de la NASA, el Dr. John A. O'Keefe, en la revista Nature en 1980, planteó la hipótesis de que la Tierra alguna vez tuvo un anillo similar al de Saturno que podría explicar muchos de los eventos durante las pasadas eras terrestres. (El Dr. O'Keefe es conocido por descubrir la ligera forma de pera de la Tierra en la década de 1950).

Un astrónomo danés afirmó en Science Frontiers (Número #76, julio-agosto de 1991) que "en el pasado, la Tierra tuvo un sistema de anillos como Saturno, Urano y Neptuno". Llegó incluso a afirmar que nuestro planeta tuvo anillos en 16 ocasiones separadas en el pasado.

En septiembre de 2002, los Laboratorios Nacionales Sandia publicaron un artículo de dos investigadores de la Universidad de Nuevo México que nuevamente reforzaron la noción de anillos terrestres pasados. En ese estudio, los autores supusieron la existencia de un delgado sistema de anillos, quizás de una opacidad similar al anillo B de Saturno, que podría haber causado cambios climáticos en la Tierra en el pasado. Todos están de acuerdo en que si un anillo no se disipa o precipita antes de llegar al centro, ese centro es donde terminan.

Answer 4

Cualquier anillos que la Tierra adquiera probablemente no serán tan impresionantes como los de Saturno. Es probable que sean menos "espectaculares" que los de Saturno. Sin embargo, esto no quiere decir que no vayan a ser geniales. Otra diferencia importante entre los anillos de la Tierra y los de Saturno es la composición. Los anillos de la Tierra probablemente serán más rocosos. En Saturno, predominan el hielo con algunas rocas esparcidas aquí y allá. Cualquier anillo de la Tierra hecho de hielo (como cualquier otro planeta del sistema solar interno) se vaporizaría debido a la radiación ultravioleta del sol. Luego, sus vientos solares enviarían el hielo vaporizado al vacío del espacio. Los anillos se centrarían como en Saturno porque les gusta estar en el mismo plano que el planeta. De no ser así, la rotación de la Tierra se utilizaría para colocar los anillos en su posición. Esto podría ralentizar o acelerar la rotación de la Tierra, ya que utiliza el momento angular propio de la Tierra para volver a la posición. Incluso la parte rocosa de los anillos de la Tierra, después de unos cuantos millones de años, caería a la Tierra o se alejaría de su atracción gravitatoria.