¿Por qué la órbita de Plutón cruza la de Neptuno?

Question

¿Por qué la órbita de Plutón cruza la de Neptuno? ¿Es un fallo de la ley de gravitación de Newton?

Answer 1

La respuesta simple a ¿Por qué la órbita de Plutón se cruza con la de Neptuno? es decir simplemente que es así. Para cualquier objeto que orbite en un campo central de ley cuadrada inversa, como el campo gravitatorio del Sol, las órbitas estables son elipses con el Sol en un foco. Las elipses pueden ser casi circulares, como la órbita de la Tierra, o salvajemente excéntricas, como la órbita de El cometa Halley : ambas son órbitas estables en la gravedad newtoniana. Así que Plutón podría tener cualquier órbita elíptica y sería una solución perfectamente buena para las leyes de Newton.

Sin embargo, hay algo más que esto. Los objetos en órbita no sólo sienten la gravedad del Sol, sino también los campos gravitatorios de todos los planetas y de todos los demás cuerpos masivos del Sistema Solar. En general, si se coloca un objeto en una órbita elegida al azar que cruce otras órbitas, acabará acercándose lo suficiente a uno de los cuerpos masivos como para interactuar fuertemente y ser expulsado del Sistema Solar. Si juegas con un simulador de gravedad ( Mi sistema solar es uno que me gusta) y añade un cuerpo ligero a un sistema con varios planetas, probablemente te sorprenderá lo inestables que son la mayoría de las órbitas.

Las órbitas de los planetas que vemos hoy en día son estables porque son las que han durado 4.500 millones de años, ya que todos los demás cuerpos orbitales han sido expulsados. Aun así, las órbitas son menos estables de lo que se cree. Por ejemplo, la elipticidad de la órbita de la Tierra cambia continuamente en un ciclo de 96.600 años debido a las interacciones con otros planetas (principalmente Júpiter).

En cualquier caso, volvamos a Plutón. No podemos decir por qué la órbita de Plutón tiene exactamente la forma que tiene. Sin embargo, la órbita de Plutón no está elegida al azar - tiene una resonancia con la órbita de Neptuno Por cada dos órbitas que Plutón realiza alrededor del Sol, Neptuno realiza tres. Sin esta resonancia, es probable que Plutón se acerque lo suficiente a Neptuno como para que su órbita se vea perturbada y pueda incluso ser expulsado del Sistema Solar. La cuestión es que no podemos decir por qué Plutón cruza la órbita de Neptuno, pero las leyes de Newton nos dicen que si tiene una órbita de cruce esa órbita debe ser especial o no sería estable.

Answer 2

La distancia media de Plutón al Sol es mayor que la de Neptuno, pero la órbita de Plutón tiene una mayor excentricidad: la órbita elíptica está más apretada, es menos uniformemente circular, y esas elipses simplemente se cruzan.

Las órbitas elípticas con propiedades identificadas por primera vez por las leyes de Kepler se desprenden de las leyes de la gravedad de Newton. Subrayo que las órbitas son elipses generales, no necesariamente círculos.

Answer 3

Una respuesta corta y sin matemáticas:

Los objetos en el espacio pueden tener la órbita que quieran. El tiempo que permanezcan en esa órbita depende de lo que haya ahí fuera. A lo largo de más de 5.000 millones de años, las diversas interacciones se han resuelto por sí solas y vemos lo que queda.

No hay ninguna razón por la que un planeta no pueda estar en una órbita retrógrada, una órbita perpendicular o un bucle en forma de ocho entre Júpiter y el Sol. No espero que esas órbitas sean estables o sobrevivan, por lo que no se verán durante el 0,00001% de la existencia del sistema solar que hemos estado observando.

Sin embargo, una órbita estable en forma de ocho perpendicular entre una estrella y su primer gigante gaseoso sería realmente genial.

Answer 4

Todas las órbitas son elipses.

Las elipses pueden ser círculos perfectos, pero siempre están "estirados" hasta cierto punto. El Sol (en este caso) estará en una enfoque de la elipse.

Así, un muy estirado La órbita (más elíptica) de un cuerpo (por ejemplo, Plutón) puede estar a veces más cerca del Sol que una menos estirado (más circular), pero más cercana a la órbita solar de otro cuerpo (por ejemplo, Neptuno).