En astronomía , la masa planetaria es una medida de la masa de un objeto astronómico similar a un planeta . Dentro del Sistema Solar , los planetas se miden generalmente en el sistema astronómico de unidades , donde la unidad de masa es la masa solar ( M☉ ), la masa del Sol . En el estudio de los planetas extrasolares , la unidad de medida es típicamente la masa de Júpiter ( M J ) para los grandes planetas gigantes gaseosos , y la masa de la Tierra ( M E ) para los planetas terrestres rocosos más pequeños .
La masa de un planeta dentro del Sistema Solar es un parámetro ajustado en la elaboración de efemérides . Existen tres variantes de cómo se puede calcular la masa planetaria:
La elección de la masa solar , M ☉ , como unidad básica para la masa planetaria proviene directamente de los cálculos utilizados para determinar la masa planetaria. En el caso más preciso, el de la propia Tierra , la masa se conoce en términos de masas solares con doce cifras significativas : la misma masa, en términos de kilogramos u otras unidades basadas en la Tierra, solo se conoce con cinco cifras significativas, lo que es menos de una millonésima parte de la precisión. [1]
La diferencia proviene de la forma en que se calculan las masas planetarias. Es imposible "pesar" un planeta, y mucho menos el Sol, con el tipo de estándares de masa que se utilizan en el laboratorio. Por otro lado, las órbitas de los planetas proporcionan una gran variedad de datos observacionales en cuanto a las posiciones relativas de cada cuerpo, y estas posiciones se pueden comparar con sus masas relativas utilizando la ley de gravitación universal de Newton (con pequeñas correcciones para la relatividad general cuando sea necesario). Para convertir estas masas relativas a unidades basadas en la Tierra, como el kilogramo, es necesario conocer el valor de la constante de gravitación newtoniana , G . Esta constante es notablemente difícil de medir en la práctica, y su valor se conoce con una precisión relativa de sólo2,2 × 10 −5 . [2]
La masa solar es una unidad bastante grande en la escala del Sistema Solar:1,9884(2) × 10 30 kg . [1] El planeta más grande, Júpiter , tiene el 0,09% de la masa del Sol, mientras que la Tierra tiene aproximadamente tres millonésimas (0,0003%) de la masa del Sol.
Al comparar los planetas entre sí, a menudo resulta conveniente utilizar la masa de la Tierra ( M E o M E ) como estándar, en particular para los planetas terrestres . Para la masa de los gigantes gaseosos , y también para la mayoría de los planetas extrasolares y enanas marrones , la masa de Júpiter ( M J ) es una comparación conveniente.
La masa de un planeta tiene consecuencias para su estructura al tener una gran masa, especialmente mientras está en proceso de formación . Un cuerpo con suficiente masa puede superar su resistencia a la compresión y lograr una forma redondeada (aproximadamente equilibrio hidrostático ). Desde 2006, estos objetos se clasifican como planeta enano si orbita alrededor del Sol (es decir, si no es el satélite de otro planeta). El umbral depende de una serie de factores, como la composición, la temperatura y la presencia de calentamiento por mareas. El cuerpo más pequeño que se sabe que es redondeado es la luna de Saturno Mimas , con aproximadamente 1 ⁄ 160000 la masa de la Tierra; por otro lado, cuerpos tan grandes como el objeto del cinturón de Kuiper Salacia , con aproximadamente 1 ⁄ 13000 la masa de la Tierra, pueden no haber superado sus resistencias a la compresión. Los cuerpos más pequeños como los asteroides se clasifican como " pequeños cuerpos del Sistema Solar ".
Un planeta enano, por definición, no es lo suficientemente masivo como para haber despejado gravitacionalmente su región vecina de planetesimales . La masa necesaria para hacerlo depende de la ubicación: Marte despeja su órbita en su ubicación actual, pero no lo haría si orbitara en la nube de Oort .
Los planetas más pequeños retienen solo silicatos y metales, y son planetas terrestres como la Tierra o Marte . La estructura interior de los planetas rocosos depende de la masa: por ejemplo, la tectónica de placas puede requerir una masa mínima para generar temperaturas y presiones suficientes para que ocurra. [3] Las definiciones geofísicas también incluirían los planetas enanos y las lunas del Sistema Solar exterior, que son como los planetas terrestres excepto que están compuestos de hielo y roca en lugar de roca y metal: los cuerpos más grandes de este tipo son Ganímedes , Titán , Calisto , Tritón y Plutón .
Si el protoplaneta crece por acreción hasta alcanzar más de aproximadamente el doble de la masa de la Tierra, su gravedad se vuelve lo suficientemente grande como para retener hidrógeno en su atmósfera . En este caso, se convertirá en un gigante de hielo o un gigante gaseoso . Como tal, la Tierra y Venus están cerca del tamaño máximo al que un planeta normalmente puede crecer sin dejar de ser rocoso. [4] Si el planeta luego comienza la migración , puede moverse bien dentro de la línea de escarcha de su sistema y convertirse en un Júpiter caliente orbitando muy cerca de su estrella, para luego perder gradualmente pequeñas cantidades de masa a medida que la radiación de la estrella despoja su atmósfera.
Se estima que la masa mínima teórica que puede tener una estrella y aún así experimentar fusión de hidrógeno en su núcleo es de aproximadamente 75 MJ , aunque la fusión de deuterio puede ocurrir en masas tan bajas como 13 Júpiter. [5] [6] [7]
Las efemérides DE405/LE405 del Laboratorio de Propulsión a Chorro [1] [8] son unas efemérides ampliamente utilizadas que datan de 1998 y que abarcan todo el Sistema Solar. Por tanto, las masas planetarias forman un conjunto autoconsistente, lo que no siempre ocurre con los datos más recientes (véase más abajo).
Cuando un planeta tiene satélites naturales, normalmente se indica su masa para todo el sistema (planeta + satélites), ya que es la masa del sistema completo la que actúa como una perturbación en las órbitas de otros planetas. La distinción es muy leve, ya que los satélites naturales son mucho más pequeños que sus planetas progenitores (como se puede ver en la tabla anterior, donde solo se enumeran los satélites más grandes).
La Tierra y la Luna son un buen ejemplo de ello, en parte porque la Luna es inusualmente grande (apenas un poco más del 1% de la masa de la Tierra) en relación con su planeta natal, en comparación con otros satélites naturales. También hay datos muy precisos disponibles para el sistema Tierra-Luna, en particular del experimento Lunar Laser Ranging (LLR).
La constante gravitacional geocéntrica (el producto de la masa de la Tierra por la constante gravitacional newtoniana ) se puede medir con gran precisión a partir de las órbitas de la Luna y de los satélites artificiales. La relación entre las dos masas se puede determinar a partir de la ligera oscilación de la órbita de la Tierra causada por la atracción gravitatoria de la Luna.
La construcción de efemérides completas y de alta precisión del Sistema Solar es una tarea onerosa. [9] Es posible (y algo más simple) construir efemérides parciales que sólo afecten a los planetas (o planetas enanos, satélites, asteroides) de interés "fijando" el movimiento de los otros planetas en el modelo. Los dos métodos no son estrictamente equivalentes, especialmente cuando se trata de asignar incertidumbres a los resultados: sin embargo, las "mejores" estimaciones -al menos en términos de incertidumbres citadas en el resultado- para las masas de los planetas menores y asteroides generalmente provienen de efemérides parciales.
Sin embargo, se siguen preparando nuevas efemérides completas, en particular las efemérides EPM2004 del Instituto de Astronomía Aplicada de la Academia Rusa de Ciencias . EPM2004 se basa en 317 014 observaciones separadas entre 1913 y 2003, más de siete veces más que DE405, y proporcionó masas más precisas para Ceres y cinco asteroides. [9]
En agosto de 2009, la 27ª Asamblea General de la Unión Astronómica Internacional (UAI) aprobó un nuevo conjunto de "mejores estimaciones actuales" para varias constantes astronómicas [15]. [16]
El conjunto de "mejores estimaciones actuales" de 2009 se actualizó en 2012 mediante la resolución B2 de la XXVIII Asamblea General de la UAI. [24] Se proporcionaron valores mejorados para Mercurio y Urano (y también para el sistema de Plutón y Vesta).