Primavera, verano, otoño e invierno: las estaciones en la Tierra cambian cada pocos meses, aproximadamente en la misma época todos los años.
por Gongjie Li
Es fácil dar por sentado este ciclo aquí en la Tierra, pero no todos los planetas tienen un cambio regular de estaciones. Entonces, ¿por qué la Tierra tiene estaciones regulares cuando otros planetas no las tienen?
Soy un astrofísico que estudia el movimiento de los planetas y las causas de las estaciones. A lo largo de mi investigación, descubrí que el patrón regular de estaciones de la Tierra es único. El eje de rotación sobre el que gira la Tierra, a lo largo de los polos norte y sur, no está del todo alineado con el eje vertical perpendicular a la órbita de la Tierra alrededor del sol.
Esa ligera inclinación tiene grandes implicaciones para todo, desde las estaciones hasta los ciclos de los glaciares. La magnitud de esa inclinación puede incluso determinar si un planeta es habitable para la vida.
Estaciones en la Tierra
Cuando un planeta tiene una alineación perfecta entre el eje sobre el que orbita y el eje de rotación, la cantidad de luz solar que recibe es fija mientras orbita alrededor del Sol, suponiendo que su forma orbital sea un círculo. Dado que las estaciones provienen de variaciones en la cantidad de luz solar que llega a la superficie del planeta, un planeta perfectamente alineado no tendría estaciones. Pero la Tierra no está perfectamente alineada sobre su eje.
Esta pequeña desalineación, llamada oblicuidad, está a unos 23 grados de la vertical de la Tierra. Entonces, el hemisferio norte experimenta luz solar más intensa durante el verano, cuando el sol está colocado más directamente sobre el hemisferio norte.
Luego, a medida que la Tierra continúa orbitando alrededor del sol, la cantidad de luz solar que recibe el hemisferio norte disminuye gradualmente a medida que el hemisferio norte se aleja del sol. Esto provoca el invierno.
Los planetas que giran sobre sus ejes y orbitan alrededor del Sol parecen peonzas: giran y se tambalean debido a la atracción gravitacional del Sol. A medida que un trompo gira, es posible que notes que no solo permanece perfectamente erguido y estacionario. En cambio, puede comenzar a inclinarse o tambalearse ligeramente. Esta inclinación es lo que los astrofísicos llaman precesión de espín .
Debido a estas oscilaciones, la oblicuidad de la Tierra no está perfectamente fija. Estas pequeñas variaciones en la inclinación pueden tener grandes efectos en el clima de la Tierra cuando se combinan con pequeños cambios en la forma de la órbita de la Tierra.
La inclinación oscilante y cualquier variación natural en la forma de la órbita de la Tierra pueden cambiar la cantidad y distribución de la luz solar que llega a la Tierra. Estos pequeños cambios contribuyen a los mayores cambios de temperatura del planeta a lo largo de miles a cientos de miles de años. Esto, a su vez, puede provocar edades de hielo y períodos de calor .
Traduciendo la oblicuidad en estaciones
Entonces, ¿cómo afectan las variaciones de oblicuidad a las estaciones de un planeta? La baja oblicuidad, lo que significa que el eje de rotación está alineado con la orientación del planeta mientras orbita alrededor del sol, conduce a una luz solar más fuerte en el ecuador y poca luz solar cerca del polo, como en la Tierra.
Por otro lado, una alta oblicuidad (lo que significa que el eje de rotación del planeta apunta hacia o lejos del Sol) conduce a polos extremadamente calientes o fríos. Al mismo tiempo, el ecuador se enfría, ya que el sol no brilla sobre él durante todo el año. Esto provoca cambios drásticos en las estaciones en latitudes altas y temperaturas bajas en el ecuador.
Cuando un planeta tiene una oblicuidad de más de 54 grados, el ecuador de ese planeta se congela y el polo se calienta . Esto se llama zonación invertida y es lo opuesto a lo que tiene la Tierra.
Básicamente, si una oblicuidad tiene variaciones grandes e impredecibles, las variaciones estacionales en el planeta se vuelven salvajes y difíciles de predecir. Una variación de oblicuidad grande y dramática puede convertir todo el planeta en una bola de nieve, donde todo estará cubierto de hielo .
Resonancias de órbita de giro
La mayoría de los planetas no son los únicos planetas en sus sistemas solares. Sus hermanos planetarios pueden perturbar la órbita de cada uno, lo que puede provocar variaciones en la forma de sus órbitas y en su inclinación orbital.
Entonces, los planetas en órbita se ven como peonzas que giran en el techo de un automóvil que avanza por la carretera, donde el automóvil representa el plano orbital. Cuando la velocidad (o frecuencia, como la llaman los científicos) a la que las peonzas precesan o giran coincide con la frecuencia con la que el automóvil sube y baja, se produce algo llamado resonancia de órbita de giro .
Las resonancias de la órbita de giro pueden causar estas variaciones de oblicuidad, que es cuando un planeta se tambalea sobre su eje. Piense en empujar a un niño en un columpio. Cuando presionas en el momento justo (o en la frecuencia de resonancia), oscilarán cada vez más alto.
Marte se tambalea más sobre su eje que la Tierra, a pesar de que los dos están inclinados aproximadamente en la misma medida, y eso en realidad tiene que ver con la luna que orbita alrededor de la Tierra. La Tierra y Marte tienen una frecuencia de precesión de espín similar , que coincide con la oscilación orbital, los ingredientes de una resonancia de órbita de espín.
Pero la Tierra tiene una luna enorme, que tira del eje de rotación de la Tierra y la impulsa a preceder más rápido. Esta precesión ligeramente más rápida evita que experimente resonancias en la órbita de espín. Entonces la Luna estabiliza la oblicuidad de la Tierra y la Tierra no se tambalea sobre su eje tanto como lo hace Marte.
Temporadas de exoplanetas
En las últimas décadas se han descubierto miles de exoplanetas, o planetas fuera de nuestro sistema solar. Mi grupo de investigación quería comprender qué tan habitables son estos planetas y si estos exoplanetas también tienen oblicuidades salvajes o si tienen lunas para estabilizarlos como la Tierra.
Para investigar esto, mi grupo ha dirigido la primera investigación sobre las variaciones del eje de giro de los exoplanetas .
Investigamos Kepler-186f , que es el primer planeta del tamaño de la Tierra descubierto en una zona habitable . La zona habitable es un área alrededor de una estrella donde puede existir agua líquida en la superficie del planeta y la vida puede emerger y prosperar.
A diferencia de la Tierra, Kepler-186f se encuentra lejos de los demás planetas de su sistema solar. Como resultado, estos otros planetas sólo tienen un efecto débil en su órbita y movimiento. Entonces, Kepler-186f generalmente tiene una oblicuidad fija , similar a la de la Tierra. Incluso sin una luna grande, no tiene estaciones impredecibles o muy cambiantes como Marte.
De cara al futuro, más investigaciones sobre exoplanetas ayudarán a los científicos a comprender cómo son las estaciones en la gran diversidad de planetas del universo.
Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original .
