La Tierra en el Sistema Solar

El terrestre es el único planeta conocido que reúne las condiciones idóneas de atmósfera, humedad y temperatura para albergar la vida. Sin embargo, es sólo un cuerpo planetario más en la inmensidad del Universo, una isla en el espacio interplanetario, el cual, a su vez, es un diminuto archipiélago en el espacio interestelar de la Vía Láctea. Este archipiélago conforma el Sistema Solar, donde reina el Sol flanqueado por una cohorte de planetas mayores y menores, asteroides, satélites y cometas.

Uno de los grandes interrogantes que se han planteado a lo largo de la historia es el origen y la evolución del Universo, que durante mucho tiempo se creyó estable. La hipótesis más admitida actualmente y fuertemente refrendada en 2014 por astrónomos del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics que anunciaron la detección de ondas gravitacionales primordiales, es la de una gran explosión primigenia, o Big Bang, de la que hace unos 13.700 millones de años nació el cosmos.

Tras el descubrimiento de las galaxias a principios del siglo xx, el alejamiento mutuo que todas ellas experimentan sustentó la teoría de la expansión del Universo. Esta hipótesis, aun con sus puntos oscuros y sus cuestionamientos, ha sido avalada por hallazgos posteriores. El principal es el de la radiación de microondas percibida como un fondo continuo y ubicuo al escudriñar el cielo, que los científicos interpretan como el eco frío y remotísimo de aquella explosión primordial.

El Sistema Solar

El Sistema Solar que contiene a la Tierra pertenece a la Vía Láctea, una galaxia espiral en la que existen otros muchos sistemas semejantes y que está compuesta por un núcleo central con forma elíptica y una nube de hidrógeno, cúmulos estelares y varios miles de millones de estrellas. La Vía Láctea es de tamaño medio en comparación con otras galaxias. Éstas pueden constituir agrupaciones, como el Grupo Local al que se adscribe la Vía Láctea, junto con Andrómeda y otras.

De tamaño inferior a los planetas, los asteroides también orbitan alrededor del Sol. En la ilustración se recrean dos figuras de asteroide próximas a un cuerpo planetario.

En la inmensidad del Universo, la Vía Láctea constituye una de las innumerables galaxias o «universos-isla» que lo componen. El Sistema Solar, por su parte, no es sino un pequeño conjunto marginal de astros situado en la periferia galáctica. Se encuentra a una distancia global aproximada de treinta mil años-luz del centro de la Vía Láctea.

El amplio conjunto de astros al que se denomina Sistema Solar está formado por una estrella (el Sol), ocho planetas mayores, varios planetas menores y varias decenas de satélites que orbitan alrededor de los planetas. A ellos se añaden cuerpos sólidos o gaseosos más pequeños, llamados asteroides y cometas, y polvo y gas interplanetarios.

Un planeta es un cuerpo carente de luz propia que se mueve cerca de una estrella que le facilita calor y luminosidad. En sentido estricto se define como un cuerpo que gira alrededor del Sol, que adopta una forma prácticamente esférica por haber alcanzado un equilibrio hidrostático interno y que ha limpiado la vecindad de su órbita, es decir, que no tiene cuerpos semejantes a él en sus proximidades.

Según esta definición, el Sistema Solar tiene ocho planetas principales: Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Un noveno, llamado Plutón, ha sido considerado desde 2006 planeta enano, por cumplir las características de los anteriores pero no haber limpiado la vecindad de su órbita. En las proximidades de este último se mueven otros planetas enanos semejantes, como Eris.

Los satélites son astros que giran alrededor de un planeta. La Luna es el único satélite natural de la Tierra. Con telescopios ópticos se pueden observar, por ejemplo, los satélites de Júpiter.

Por su parte, los asteroides son cuerpos inferiores a los planetas que también orbitan alrededor del Sol. En su mayoría se encuentran entre las órbitas de Marte y Júpiter. El de mayor tamaño, Ceres, ha sido desde 2006 recalificado como un planeta enano, al igual que Plutón. A su vez, los cometas están formados por rocas y gases congelados. Estos astros giran alrededor del Sol y, al acercarse a él, desarrollan colas de gases luminosos. Dibujan órbitas elípticas enormes.

Se calcula que el Sol y su sistema de planetas se formaron hace unos cinco mil millones de años. Según ello, el Sol pertenecería a la segunda generación de estrellas, los cuerpos más pesados que se originaron a través de las fusiones entre núcleos de hidrógeno que al explotar difundieron esos elementos por el espacio.

El Sol y los planetas

La estrella central del Sistema Solar es el Sol. Muchas culturas de la antigüedad lo adoraron como a un dios, pues es fuente de la vida. Comparado con la Tierra, es un astro inmenso, cien veces mayor que el terrestre. En cambio, en el panorama estelar es una estrella modesta, tanto en tamaño como en luminosidad.

Situado en el centro del sistema, en torno al Sol giran planetas y asteroides en órbitas concéntricas. Físicamente, se contiene en una superficie de forma esférica compuesta por gases incandescentes, con una temperatura superficial cifrada en torno a los 6.000 °C. En el núcleo de la estrella tienen lugar las reacciones termonucleares responsables de la inmensa energía que ésta despide y que rige su evolución. Los principales parámetros del Sol se especifican en la tabla 1.

Tabla 1. Principales parámetros del Sol.

El Sistema Solar cuenta con ocho planetas mayores que, ordenados de mayor a menor cercanía al Sol, son Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Todos ellos tienen una masa inferior a la de las estrellas y no llegan a las temperaturas necesarias para producir luz propia por la fusión termonuclear de los materiales de su núcleo. La tabla 2 muestra las distancias medias de los planetas en relación al Sol.

Tabla 2. Distancias medias de los planetas en relación al Sol.

La mayoría de los planetas cuenta con uno o varios satélites, aunque los más cercanos al Sol los poseen en menor número que los que se sitúan a mayor distancia. Los planetas más alejados y de mayor tamaño son poco densos y se encuentran en estado líquido o gaseoso. Estos planetas exteriores (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) son bolas enormes de gases fríos, como hidrógeno, metano, helio y amoniaco, con una densidad muy baja.

Mercurio es el planeta situado más cerca del Sol, a unos 58 millones de kilómetros de distancia. Carece de atmósfera y es similar a la Luna, con cráteres en la superficie ocasionados por el impacto de meteoritos. Según han mostrado mediciones recientes, mientras da dos vueltas al Sol llega a completar tres giros sobre sí mismo.

Venus, por su parte, está situado a un centenar de millones de kilómetros del Sol. Las nubes amarillentas que lo cubren en muchas partes dificultan la observación directa y clara de su superficie sólida. Tal observación ha exigido el uso de equipos especiales de radar para traspasar el velo de su atmósfera.

Así, la Tierra es el tercer planeta del sistema, caracterizado porque en él se dan las condiciones físicas y químicas para el surgimiento y pervivencia de la vida. Se encuentra a unos 150 millones de kilómetros del Sol y se conoce como el «planeta azul» por el predominio de océanos de agua en su región superficial.

Situado a unos 228 millones de kilómetros del astro solar está Marte, de un color rojizo característico por la oxidación de las rocas y el polvo superficial. Mediante un telescopio se puede observar con detalle. Posee una atmósfera transparente, con una presión atmosférica baja que facilita la creación de vientos rápidos.

En el paisaje marciano destacan canales que alcanzan los 1.500 km de longitud y 200 km de anchura. Su máxima cumbre se eleva sobre más de veinte mil metros (Nix Olympica) y los valles se asemejan estructuralmente a los que generan los ríos en la Tierra. Marte ha sido destino de numerosas misiones astronáuticas, algunas de las cuales han depositado vehículos robotizados sobre su superficie.

El planeta Marte presenta un característico color rojizo debido a la oxidación de sus rocas y al polvo que se esparce por su superficie. Así se refleja en la fotografía de uno de los cráteres marcianos captada por el vehículo espacial Spirit.

Fuera de los cuatro planetas interiores, o «terrestres» por su superficie sólida, se sitúan los cuatro planetas gigantes, gaseosos o exteriores. El mayor de ellos es Júpiter, a casi 800 millones de kilómetros de distancia media del Sol. Como consecuencia de su masa y la fuerza gravitacional de contracción asociada produce gran cantidad de calor. Por su tamaño y sus características, Júpiter se ha comparado con una «estrella fallida», que no ha llegado a alcanzar la densidad suficiente para iniciar reacciones termonucleares en su interior.

Saturno, a unos 1.430 millones de kilómetros del Sol y el segundo planeta más grande, es conocido por el bello sistema de anillos que lo circunda. Estos anillos están formados por cristales de hielo, amoniaco u otras sustancias. Saturno tiene una veintena de lunas y su atmósfera posee bandas similares a las de Júpiter pero de menor espesor.

Uno de los cuatro planetas exteriores, Saturno se configura por su tamaño como el segundo mayor cuerpo planetario del Sistema Solar. En la imagen, obtenida por la sonda espacial Pioneer 11, puede apreciarse el cuerpo de Saturno circundado por uno de sus anillos.

Por su parte, Urano es un planeta de color azul. Dista del Sol unos 2.870 millones de kilómetros y presenta gran uniformidad y baja densidad. Su eje está más inclinado que el del resto de los planetas, ya que aparece prácticamente tumbado. Tiene unos tenues sistemas de once anillos y viaja por el espacio acompañado de una decena de satélites naturales. Su temperatura superficial no supera los –200 °C.

Finalmente, Neptuno se ubica a más de 4.500 millones de kilómetros de distancia media del Sol. Entre los cuerpos planetarios exteriores, es el de mayor densidad. Se supone que la atmósfera y otras capas interiores son similares a las de Urano. Los vientos barren su superficie a enormes velocidades. Por su lejanía del astro, Neptuno completa una vuelta alrededor del Sol en más de 164 años terrestres.

La Luna

Único satélite de la Tierra, la Luna describe un movimiento de traslación en torno a ésta y otro de rotación sobre su propio eje. Ambos movimientos tienen un mismo periodo, razón que explica que desde la Tierra se observe siempre la misma cara de la superficie lunar.

La Luna tiene un diámetro cuatro veces menor que el de la Tierra y un volumen cincuenta veces menor. Se encuentra a unos 380.000 kilómetros del planeta y es el cuerpo celeste más brillante visto desde la superficie de la Tierra, después del Sol. Según la posición relativa de la Tierra, la Luna y el Sol, se observan las fases lunares (luna nueva, llena y cuartos creciente y menguante), que responden a distintas orientaciones del reflejo de la luz solar en la cara visible del satélite. Además, es uno de los mayores satélites del Sistema Solar. Los parámetros fundamentales de la Luna se indican en la tabla 3.

Tabla 3. Principales parámetros de la Luna.

Existen varias teorías sobre la formación de la Luna. Según se desprende de datos astronómicos, se originó a la vez que la Tierra a partir de un anillo de materia que quedó suspendido alrededor del planeta o en una órbita próxima. En la superficie lunar se conservan huellas geológicas de gran antigüedad, ya que el satélite no posee atmósfera ni agentes erosivos. Como consecuencia de la ausencia atmosférica, las temperaturas superficiales experimentan cambios muy bruscos.

Uno de los elementos más conocidos del aspecto de la Luna son sus cráteres superficiales, que tienen el fondo cubierto por basalto. Al parecer, pudieron originarse hace 4.000 millones de años por el impacto de meteoritos. Se calcula que existen en la superficie lunar unos 200.000 cráteres y circos, huecos rodeados por un anillo de montañas. Entre estas formaciones geológicas destaca el Clavius, con un diámetro de 235 kilómetros y montañas que llegan a una altura de 6.000 metros.

En distintas zonas de la Luna se ha encontrado lava solidificada, lo que significa que pudo haber en el pasado actividad volcánica, aunque en la actualidad el satélite no tiene ningún volcán activo. Otra de las formaciones que se observan en la superficie lunar son los «mares», llanuras de color pardo oscuro cubiertas por una capa de polvo meteórico bajo el que hay mantos de lava.

Entre 1969 y 1972, varias expediciones estadounidenses tripuladas se posaron sobre la superficie lunar. Los astronautas del programa Apolo tomaron de la superficie casi 400 kg de muestras de rocas y suelo. Recientes observaciones han encontrado posibles indicios de agua helada en el polo sur.

Características de la Tierra

El planeta Tierra posee una forma muy peculiar llamada geoide, al modo de una esfera achatada ligeramente por los polos. En algunas civilizaciones y culturas, como la europea hasta casi la Edad Moderna, se ha pensado que la Tierra era plana. La eliminación absoluta de esta idea sólo llegó cuando navegantes como Cristóbal Colón o Fernando de Magallanes surcaron los grandes océanos con la convicción de su esfericidad.

Los científicos piensan que los cráteres de la superficie lunar se originaron por el impacto de meteoritos. El acontecimiento pudo haberse producido hace unos 4.000 millones de años.

Las principales magnitudes de la Tierra se recogen en la tabla 4. Aun con sus 510 millones de kilómetros cuadrados de superficie, el planeta terrestre es un pequeño astro en la grandeza del Universo. En la Tierra habitan numerosas especies vegetales y animales, entre ellas el propio ser humano. Estos seres pueden desarrollar sus vidas por una afortunada confluencia de factores, una serie de condiciones ideales que se dan en el planeta.

Tabla 4. Magnitudes principales de la Tierra.

Tanto las específicas temperatura y atmósfera de la Tierra como la abundancia de agua líquida son elementos básicos para la vida. La principal fuente de energía es el Sol, que proporciona la cantidad de luz y calor necesaria para que los seres vivos puedan sobrevivir. La distancia Tierra-Sol, de unos 150 millones de kilómetros, hace adecuada la temperatura en la superficie terrestre. Si el planeta se encontrara más cerca o más lejos de la estrella, la vida no sería factible por el exceso de calor o de frío. La temperatura media en la superficie de la Tierra es de unos 15 °C.

Por otra parte, la atmósfera, capa de aire que rodea al planeta, está formada esencialmente por oxígeno y nitrógeno, dos gases fundamentales para la vida. Además, la envoltura atmosférica impide que la Tierra se caliente en exceso durante el día y que se enfríe demasiado por las noches, ya que se encarga de regular la temperatura de la superficie. Actúa, finalmente, como filtro de las frecuencias más perjudiciales de la radiación solar, como los rayos ultravioleta de alta energía.

Con todo, una de las diferencias esenciales de la Tierra con otros planetas es la existencia de agua líquida en su superficie. Unas siete décimas partes de la superficie de la Tierra están cubiertas por agua. Este elemento se puede encontrar en los estados líquido, sólido (hielo) y gaseoso (vapor de agua). En estas condiciones es posible la vida en una región denominada biosfera. En esta franja, delimitada entre los 3.000 metros de altitud y los 2.000 de profundidad, se dan las condiciones adecuadas de luz, humedad y temperatura.

Estructura de la Tierra

Atendiendo a su estructura interna, que se muestra en la figura 5, la Tierra está dividida en varias capas con propiedades diferentes. Las principales se han denominado corteza, manto y núcleo.

Estructura de la Tierra. Las tres capas principales se conocen como corteza, manto y núcleo.

La corteza es la capa externa y sólida de la Tierra. Su espesor se sitúa entre los 25 y los 70 km en los continentes, mientras que en el fondo de los océanos alcanza unos 10 km. La discontinuidad de Mohorovicic separa el manto de la corteza. Ésta se encuentra formada por rocas que, en la corteza continental, pueden llegar a tener una edad de más de cuatro mil millones de años. Por encima de ella se extiende la hidrosfera, compuesta por los mares y los océanos.

El manto, por su parte, es una región semifluida que ocupa el 84 % del volumen terrestre, por debajo de la corteza. En él se originan los movimientos de placas que afectan a la superficie. La discontinuidad de Gutenberg lo separa del núcleo.

Esta tercera estructura, el núcleo, se extiende desde el final del manto hasta el centro de la Tierra. Sus materiales están sometidos a grandes presiones y temperaturas. Su naturaleza metálica y fluida explicaría la teoría del campo magnético terrestre, una especie de imán cuyo eje coincide con el eje de rotación del planeta.

En la Tierra coexisten tres estados físicos de la materia: líquido en la hidrosfera y en capas internas terrestres, sólido en los materiales rocosos y gaseoso en la atmósfera. Otro de los aspectos que definen al planeta es la gravedad, la fuerza mediante la cual un astro puede atraer a otros cuerpos hacia su centro. De esta forma, se ordenan las sustancias quedando las más densas en la parte inferior (rocas) y las menos densas en la superior (aire).

Rotación y traslación

Los planetas del Sistema Solar están en constante movimiento. La Tierra gira sobre sí misma y lo hace también alrededor del Sol, dos movimientos que generan la sucesión del día y la noche y de las estaciones. El modo en que se producen dichos movimientos, denominados de rotación y traslación, se ilustra en las figuras 6/1 y 6/2.

La Tierra realiza dos tipos de movimientos: el de rotación alrededor de su eje y el de traslación alrededor del Sol. El primero, que se ilustra en la imagen izquierda, genera la sucesión de los días y las noches, mientras que el segundo, mostrado en el dibujo inferior, es el causante del cambio de las estaciones.

La Tierra realiza dos tipos de movimientos: el de rotación alrededor de su eje y el de traslación alrededor del Sol. El primero, que se ilustra en la imagen izquierda, genera la sucesión de los días y las noches, mientras que el segundo, mostrado en el dibujo inferior, es el causante del cambio de las estaciones.

Cuando gira alrededor de su propio eje, una línea imaginaria inclinada entre los polos norte y sur, la Tierra describe un movimiento de rotación. Se trata de un movimiento continuo en sentido contrario a las agujas del reloj (de Oeste a Este), que tiene como consecuencia la sucesión del día y la noche. Los rayos del Sol no alcanzan a iluminar toda la superficie cuando la Tierra gira, al ser ésta una esfera, por lo que mientras sus rayos inciden sobre una zona, la opuesta permanece a oscuras.

Para completar un giro se necesitan 23 horas, 56 minutos y 4 segundos, aproximadamente. Este periodo de tiempo se llama día. Sin embargo, la duración de los días (entendidos aquí como horas de luz solar) y las noches no es igual en todas las zonas. En el ecuador la sucesión día-noche se produce cada 12 horas, mientras que en los polos se da cada 6 meses. La velocidad media de rotación en el ecuador es de 1.670 kilómetros por hora.

La Tierra realiza dos tipos de movimientos: el de rotación alrededor de su eje y el de traslación alrededor del Sol. El primero, que se ilustra en la imagen izquierda, genera la sucesión de los días y las noches, mientras que el segundo, mostrado en el dibujo inferior, es el causante del cambio de las estaciones.

A la vez que gira sobre sí misma, la Tierra se desplaza también alrededor del Sol describiendo una órbita elíptica. Tal es el movimiento de traslación. Para dar una vuelta completa al astro, la Tierra tarda 365 días y casi 6 horas, a una velocidad media de unos 107.000 kilómetros por hora.

En la trayectoria elíptica, la posición del planeta con respecto al Sol varía en cada época del año, ya que unas veces se sitúa más cerca y otras más lejos. Como el eje de rotación está inclinado, expone a los rayos solares un hemisferio y luego otro. Así, los rayos del Sol inciden de forma distinta en cada lugar, lo que genera las diferentes zonas climáticas del planeta (dos templadas, dos frías y una cálida) y la sucesión de las estaciones.

El movimiento de traslación permite también medir el tiempo. Los 365 días, aproximadamente, que tarda el planeta en completar la órbita en torno al Sol componen un año, que se divide en 12 meses (6 de ellos de 31 días, 5 de 30 días y el mes de febrero, que tiene 28 días). Las seis horas del tiempo completo del movimiento de la tierra que sobrepasan a los 365 días se acumulan de tal manera que, cada 4 años, se suma un día más al año, que se llama entonces bisiesto. Este día se añade a febrero, que pasa a tener, excepcionalmente, 29 días.

Las estaciones

Como se indicaba en el apartado anterior, el movimiento de traslación hace que los rayos solares incidan con diferente inclinación en cada parte del planeta a lo largo del año. Como consecuencia, existen las cuatro estaciones: primavera, verano, otoño e invierno.

En verano, los rayos alcanzan la superficie de forma perpendicular y calientan más, mientras que en invierno llegan sesgados y producen menos calor. Las cuatro posiciones astronómicas en las que se sitúa la Tierra a lo largo de su recorrido establecen los límites entre las cuatro estaciones.

Entre los meses de diciembre y marzo se produce el invierno en el hemisferio norte, mientras que en el sur lo hace entre junio y septiembre. Por su parte, el verano se da en las mismas fechas, pero en sentido contrario.

Entre los meses de diciembre y marzo se produce el invierno en el hemisferio norte, mientras que en el sur lo hace entre junio y septiembre. Por su parte, el verano se da en las mismas fechas, pero en sentido contrario.

El ciclo estacional es diferente en los dos hemisferios. En el hemisferio norte, el solsticio de verano tiene lugar hacia el 21 de junio, que es el día con el tiempo de iluminación más largo. El solsticio de invierno es el 21 o 22 de diciembre, el día con menos tiempo de iluminación y con la noche más larga del año. El 21 de marzo de produce el equinoccio de primavera, y hacia el 23 de septiembre el equinoccio de otoño.

En las regiones templadas es más fácil observar con claridad los cambios de estación. Por otra parte, las estaciones se invierten en los hemisferios, pues cuando en un hemisferio es invierno, en el otro es verano. Así, la temporada estival en el hemisferio norte comprende de junio a septiembre, que son los meses de invierno en el hemisferio sur. En éste es verano entre diciembre y marzo, meses invernales en el norte.