Conceptos de los estudiantes y preguntas
Ideas comunes de los estudiantes
Se les enseña a los estudiantes que las órbitas de los planetas son elípticas (no circulares). Algunos estudiantes se sorprenden al ver que las órbitas de muchos cuerpos menores del Sistema Solar y de los planetas mayores parecen circulares. En otras palabras, su excentricidad es muy baja.
Puente para el aprendizaje:
Pídales que examinen el histograma en las investigaciones que agrupa el número de órbitas de asteroides según sus excentricidades. Observe que, aunque unas pocas órbitas se acercan a la excentricidad cero, no están en órbitas verdaderamente circulares. Muchos asteroides y planetas tienen excentricidades bajas que hacen que sus órbitas parezcan circulares. (Esto confundió a muchas grandes mentes de la astronomía hasta la llegada de Kepler). Es extremadamente difícil lograr una órbita circular debido a las numerosas y complejas interacciones gravitatorias en un sistema de múltiples cuerpos.
Todos los objetos del Sistema Solar orbitan alrededor del Sol en la misma dirección.
Puente para el aprendizaje: Algunos cuerpos menores del Sistema Solar orbitan en dirección contraria a la de la mayoría de los demás cuerpos y planetas (una órbita retrógrada). La mayoría de ellos son cometas. Los estudiantes pueden notar algunas de estas órbitas retrógradas si observan cuidadosamente las visualizaciones integradas en esta investigación. Si al principio no las ven, sugiera a los estudiantes que intenten ver solamente los cometas. Los objetos con una inclinación mayor a 90° tienen órbitas retrógradas y se distinguen fácilmente en el histograma de inclinación.
Las órbitas retrógradas son el resultado de encuentros cercanos del objeto con otro cuerpo más masivo. Las órbitas de los TNO se alteran más fácilmente porque se mueven más lentamente debido a la grande distancia al Sol. Los asteroides del cinturón principal con órbitas retrógradas pueden ser cometas a los que se les han agotado sus componentes volátiles y cuyas órbitas han sido alteradas por las interacciones gravitatorias con Júpiter.
Las órbitas retrógradas no deben confundirse con el movimiento retrógrado, que es cuando un objeto parece moverse hacia atrás en su órbita, debido a la mayor velocidad orbital de la Tierra en relación con el objeto. El movimiento retrógrado es un fenómeno aparente (no real), similar a la forma en que un vehículo parece moverse hacia atrás, con relación al otro, al ser adelantado.
Los asteroides se encuentran solamente entre Marte y Júpiter.
Puente para el aprendizaje: Los estudiantes descubrirán rápidamente, a través de esta investigación, que los asteroides están dispersos por las órbitas planetarias. Los asteroides del cinturón principal son los que se describen típicamente en los libros de texto, ocupando el espacio desde aproximadamente 2 a 3,5 au, situándose entre Marte y Júpiter.
Los estudiantes se preguntan a veces cómo las naves espaciales pueden atravesar el cinturón de asteroides sin chocar contra uno. Las visualizaciones a menudo contribuyen a esta idea errónea. Cuando los asteroides del cinturón principal se visualizan alejando la imagen, ellos parecen estar densamente apilados..
Puente para el aprendizaje:
Los asteroides no están tan próximos y la mayoría de ellos son muy pequeños, de menos de 1 km de diámetro. Si pudiéramos convertir la parte más densa del cinturón principal de asteroides (de 2,1 - 3,3 au) en un formato plano, tendría una superficie de unos 6x1017 km2 (y en realidad, los asteroides se distancian mucho por encima y por debajo de este plano). En este escenario, cada asteroide tendría más de 1 millón de km2 de superficie real para sí mismo, lo que dejaría mucho espacio para que las naves espaciales naveguen entre ellos.
Los asteroides del cinturón principal son los restos de un planeta que explotó o que nunca se formó.
Puente para el aprendizaje:
Cómo se formó el cinturón de asteroides sigue siendo una cuestión sin resolver. Una idea sugiere que, durante la migración hacia el exterior de Júpiter y Saturno hasta sus posiciones actuales, la mayoría de los asteroides fueron arrojados más lejos en el Sistema Solar, y el cinturón actual es lo que ha quedado. Otra hipótesis es que la mayor parte del cinturón de asteroides se formó después de que Júpiter y Saturno alcanzaran sus posiciones actuales, y se ha llenado tanto con el material arrojado hacia fuera, alejándose del Sol, como con aquello arrojado hacia dentro, en dirección al Sol. La gravedad de Júpiter ha mantenido el cinturón en su sitio y ha impedido que se formen objetos más grandes. (Del mismo modo, la influencia gravitatoria de Neptuno estabiliza las órbitas de los objetos del cinturón de Kuiper).
Preguntas comunes de los estudiantes
¿Por qué hay vacíos en la distribución de los asteroides del cinturón principal?
Se deben a las resonancias orbitales con Júpiter. Puede encontrar más información al respecto aquí.
¿Cuál es la diferencia entre un NEO (objeto cercano a la Tierra) y un asteroide cercano a la Tierra (NEA)?
Los NEO se definen como cuerpos menores del Sistema Solar cuya órbita los acerca a la órbita de la Tierra. Aunque la mayoría de estos objetos son asteroides (NEA), algunos son cometas.
Al determinar una órbita, ¿por qué se utiliza el semieje mayor en lugar de la distancia media al Sol?
Dado que las órbitas planetarias son elípticas, se utiliza el semieje mayor (en lugar del radio para una órbita circular). El semieje mayor también describe con mayor precisión los cambios en la velocidad y posición orbital de un objeto.
Consideremos, por ejemplo, el caso de un cometa cuya órbita se extiende desde más allá de Plutón hasta dentro de la órbita de Mercurio. El tiempo que pasa más allá de Plutón es mucho mayor que el que pasa cerca de Mercurio, debido a la menor velocidad en el afelio (su punto más alejado del Sol) frente al perihelio (su punto más cercano al Sol).
¿Por qué hay tantos asteroides del cinturón principal, en comparación con los otros grupos?
Es probable que se trate solamente de un sesgo de observación. Probablemente haya muchos más TNO y cometas, pero es más difícil detectarlos a distancias tan lejanas. Otro factor es la influencia del campo gravitatorio de Júpiter, que crea un depósito estable para los asteroides.
¿Por qué muchos cometas tienen órbitas excéntricas y muy inclinadas?
Hay dos grupos principales de cometas: los de período largo y los de período corto (a veces denominados cometas de la familia de Júpiter). Los cometas de periodo corto son, en su conjunto, menos excéntricos e inclinados que los de periodo largo porque provienen del cinturón de Kuiper. Los cometas de periodo largo tienen órbitas más excéntricas porque se originaron a gran distancia en la nube de Oort. También tienen un mayor rango de inclinaciones, ya que se originaron a partir de una distribución en forma de nube (esférica) en lugar de un disco (cinturón de Kuiper).
¿Por qué los objetos del cinturón principal de asteroides no formaron un planeta?
Los objetos del cinturón principal de asteroides no pueden formar un planeta porque no hay una densidad lo suficientemente alta como para que los objetos choquen y permanezcan unidos. Incluso cuando se producen colisiones entre asteroides, si su velocidad de aproximación mutua es demasiado lenta, no se adhieren, y si es demasiado rápida, pueden explotar en más fragmentos, ya que muchos asteroides son formados solamente por "montones de escombros" poco consolidados.
¿Por qué no hay muchos más objetos cercanos a la Tierra, los NEO, en comparación con los asteroides del cinturón principal, los MBA?
Los estudiantes pueden razonar que, dado que la gravedad del Sol provoca un aumento de la densidad de los objetos más cercanos a él, debería haber muchos más asteroides más cercanos al Sol (como los NEO) en lugar de en el depósito principal de asteroides entre Marte y Júpiter.
Hay menos NEO en comparación con los MBAs porque el "tiempo de vida" de un NEO típico es de solo unos pocos millones de años. Los NEO orbitan en el Sistema Solar interior, donde el potencial de interacción gravitatoria con uno de los planetas interiores o el Sol hace que sus órbitas se vuelvan inestables. En algún momento, impactarán contra un planeta o el Sol, o serán lanzados hacia el exterior del Sistema Solar. De hecho, hoy en día habría pocos NEO si no fueran reemplazados por los objetos recién llegados del cinturón principal de asteroides.
Además, los NEO son más difíciles de encontrar, ya que muchos de ellos son muy pequeños. Otro factor es que algunos NEO pasan la mayor parte de su tiempo más cerca del Sol que de la Tierra, por lo que habría que mirar hacia el resplandor del Sol para encontrarlos.