13La Tierra, un planeta del sistema solar

Tres sondas robot han sido enviadas al espacio. Una tras otra, mandan a casa una imagen, como una postal. La primera llega de Venus: una bola pálida envuelta en nubes espesas, donde hace calor suficiente para fundir el plomo y el aire aprieta el suelo con un peso aplastante. La segunda llega de Marte: un desierto rojo, frío y polvoriento bajo un cielo tenue. La tercera sonda ha vuelto su cámara hacia casa: una bola azul y blanca, con océanos, nubes y hielo. Tres planetas, vecinos alrededor del mismo Sol. ¿Por qué solo uno de ellos es azul?

Lo que ya sabes

Los libros de física mostraron que el Sol es una estrella, una enorme bola de gas caliente que brilla por sí misma, y que un planeta es un cuerpo grande y redondo que gira alrededor de una estrella y no brilla por sí mismo: lo vemos porque refleja la luz de su estrella. El Sol y todo lo que gira a su alrededor forman el sistema solar. Cada planeta recorre alrededor del Sol un camino llamado su órbita, y gira sobre sí mismo alrededor de un eje. El aire que nos rodea aprieta todo lo que toca: es la presión del aire. La densidad de un material indica cuánto pesa un volumen dado de él: un centímetro cúbico de agua pesa 1 gramo, así que su densidad es de 1 gramo por centímetro cúbico; un material más denso que el agua se hunde en ella, y uno menos denso flota. Por último, unas siete décimas partes de la superficie de la Tierra están cubiertas por el océano (Capítulo 3).

13.1 Ocho planetas alrededor del Sol

Ocho planetas giran alrededor del Sol. En orden, del más cercano al más lejano, son Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Una frase puede ayudar a recordar el orden: Mi Viejo Tío Mario Jamás Supo Usar Navaja (Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno).

El dibujo de abajo muestra los ocho planetas uno al lado del otro, dibujados a la misma escala: si un planeta es el doble de ancho que otro, su círculo también es el doble de ancho.

Los cuatro planetas más cercanos al Sol son pequeños. Los cuatro siguientes son gigantes: Júpiter es unas 11 veces más ancho que la Tierra. ¿Y el Sol? Dibujado a la misma escala que los planetas de arriba, sería un disco de unos 40 centímetros de diámetro, más ancho que esta página.

El tamaño no es la única diferencia. La tabla de abajo da, para cada planeta, su diámetro, su densidad (en gramos por centímetro cúbico) y su distancia al Sol.

Las densidades dividen los planetas en dos familias, sin nada entre ambas: los cuatro primeros son densos, de más de 3.9 gramos por centímetro cúbico, como la roca y el metal; los cuatro últimos son ligeros, de menos de 1.7 gramos por centímetro cúbico.

Definición 13.1 (Planetas rocosos y planetas gigantes)

Un planeta rocoso es un planeta pequeño y denso, hecho de roca y metal, con una superficie sólida en la que puede posarse una sonda: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Un planeta gigante es un planeta muy grande y de densidad baja, hecho sobre todo de gases y líquidos, sin una superficie sólida en la que posarse: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

La fotografía de Júpiter muestra bandas de nubes, claras y oscuras, y un óvalo rojo: la Gran Mancha Roja, una tormenta gigante más grande que toda la Tierra, que lleva cientos de años soplando. Bajo las nubes no hay suelo: solo gases, sobre todo hidrógeno y helio, cada vez más densos a medida que se baja.

Observación 13.2 (Un planeta más ligero que el agua)

Saturno es el único planeta cuya densidad es menor que la del agua: unos 0.7 gramos por centímetro cúbico. Si hubiera una bañera lo bastante grande para meterlo, ¡Saturno flotaría!

13.2 ¿A qué distancia están los planetas?

Los planetas no solo tienen tamaños muy distintos; también están muy lejos unos de otros. La Tierra está a unos 150 millones de kilómetros del Sol. Neptuno, el planeta más lejano, está 30 veces más lejos: a unos 4500 millones de kilómetros. El dibujo de abajo pone los ocho planetas en una línea, a sus distancias del Sol, a escala.

Los cuatro planetas rocosos están todos cerca del Sol; los cuatro planetas gigantes están muy lejos, con enormes huecos entre ellos. Solo el hueco entre Marte y Júpiter, de unos 550 millones de kilómetros, es más del doble de la distancia del Sol a Marte.

Es difícil dibujar los tamaños y las distancias a la misma escala: los planetas se convierten en puntos invisibles. Una maqueta a escala ayuda a imaginar las dos cosas a la vez.

Método 13.3 (Construir una maqueta a escala del sistema solar)

1. Elige el tamaño de la Tierra en la maqueta, por ejemplo 1 cm.
2. Calcula cuántos kilómetros reales representa 1 cm de la maqueta: divide el diámetro real de la Tierra (12 756 km) entre su tamaño en la maqueta.
3. Divide cada tamaño real y cada distancia real entre ese número. Después cambia las unidades por otras fáciles de imaginar (centímetros, metros, kilómetros).

Ejemplo 13.4 (Una canica como Tierra)

Si la Tierra es una canica de 1 cm de ancho, 1 cm representa 12 756 km. El Sol, de 1 391 400 km de diámetro, se convierte en una bola de $1\,391\,400 \div 12\,756 \approx 109$ cm de ancho: una bola más alta que un niño pequeño. La Tierra está a 150 millones de km del Sol: $149\,600\,000 \div 12\,756 \approx 11\,700$ cm, es decir, unos 117 metros, la longitud de un campo de fútbol.

En esta maqueta, todo el sistema solar hasta Neptuno se extiende sobre un círculo de 7 km de diámetro, con una bola grande en el centro y ocho canicas y bolas, la mayor del tamaño de un pomelo, repartidas por él. El sistema solar es sobre todo espacio vacío.

13.3 Venus, la Tierra y Marte

Venus, la Tierra y Marte son vecinos, y los tres son planetas rocosos. Venus tiene casi el mismo tamaño que la Tierra: su diámetro es el 95 % del de la Tierra. Marte es más pequeño: su diámetro es más o menos la mitad del de la Tierra. Y, sin embargo, estos tres planetas difícilmente podrían ser más distintos.

Venus. Venus está envuelto en una capa espesa de aire, hecha sobre todo de dióxido de carbono, con nubes densas de ácido sulfúrico, un ácido que quema. Su aire es tan espeso que aprieta el suelo 92 veces más fuerte de lo que el aire de la Tierra aprieta el nuestro. En la superficie, la temperatura es de unos 464 $^\circ$C: calor suficiente para fundir el plomo. Allí ningún agua puede seguir líquida.

Marte. Marte es un desierto frío, seco y polvoriento. Su aire también está hecho sobre todo de dióxido de carbono, pero es muy tenue: aprieta el suelo unas cien veces menos que el aire de la Tierra. La temperatura media es de $-65$ $^\circ$C. Hoy hay agua allí, pero helada: en forma de hielo en los casquetes polares y bajo el suelo cerca de los polos. Sin embargo, Marte no siempre fue así: hace miles de millones de años, por Marte corrían ríos, se formaban lagos y pasaban inundaciones.

La Tierra. Entre los dos, la Tierra tiene un aire que aprieta el suelo con alrededor de 1 bar (la unidad que se usa para comparar la presión del aire en los planetas), una temperatura media de 15 $^\circ$C y océanos de agua líquida.

Calor y frío. Cerca del Sol, un planeta recibe mucha de su luz y de su calor; lejos de él, muy poco. Así que cuanto más lejos del Sol está un planeta, más frío debería ser. El gráfico de abajo muestra que es cierto de la Tierra hacia fuera: los planetas gigantes, muy lejanos, son mundos helados. Pero fíjate en Venus: está casi el doble de lejos del Sol que Mercurio, ¡y sin embargo es más caliente! Su aire espeso de dióxido de carbono atrapa el calor del Sol como una manta gruesa y no lo deja escapar. Mercurio, casi sin aire, no puede conservar su calor.

13.4 Lo que hace posible la vida en la Tierra

La Tierra es el único planeta en el que sabemos que existe la vida. Los seres vivos necesitan varias condiciones a la vez, y la Tierra las tiene todas.

• Agua líquida. Todos los seres vivos necesitan agua líquida: la Tierra tiene océanos, ríos y lagos.
• Temperaturas suaves. En la superficie de la Tierra, el agua se congela a 0 $^\circ$C y hierve a 100 $^\circ$C (física). Con una media de 15 $^\circ$C, las temperaturas de la Tierra se mantienen casi siempre entre las dos, así que su agua sigue líquida.
• La distancia adecuada al Sol. Más cerca del Sol, como Venus, un planeta corre el riesgo de ser demasiado caliente; más lejos, como Marte, demasiado frío. La Tierra está a la distancia adecuada para tener agua líquida.
• Una atmósfera. La capa de aire que rodea la Tierra mantiene caliente su superficie por la noche, da a los seres vivos los gases que necesitan y aprieta lo suficiente sobre los océanos para que su agua siga líquida. En Marte, el aire es tan tenue que el agua líquida no puede durar mucho en la superficie: se congela o se convierte en vapor.

Observación 13.5 (¿Hubo vida en Marte?)

Como Marte tuvo en otro tiempo ríos y lagos, los científicos se preguntan si pudieron vivir allí seres vivos diminutos, hace mucho, cuando Marte era más cálido y húmedo. Los científicos no esperan encontrar seres vivos en Marte hoy; con robots exploradores, buscan en sus rocas señales de una vida que existió hace mucho tiempo.

13.5 La Tierra vista desde el espacio

Durante miles de años, la gente solo podía imaginar cómo era su planeta visto desde fuera. El 24 de diciembre de 1968, los astronautas del Apolo 8, en órbita alrededor de la Luna, vieron salir la Tierra sobre el horizonte gris de la Luna, y uno de ellos, Bill Anders, tomó la fotografía de abajo.

Vista desde el espacio, la Tierra es sobre todo azul: el océano cubre unas siete décimas partes de su superficie. Por encima giran nubes blancas de gotitas de agua, y un hielo blanco cubre los polos. La tierra firme es marrón donde está seca y verde donde crecen plantas. El propio aire no se ve, pero las nubes que flotan en él muestran que está ahí. De todos los planetas del sistema solar, solo la Tierra muestra estos colores juntos: agua líquida, nubes y plantas vivas.

Historia — El punto azul pálido

El 14 de febrero de 1990, la sonda espacial Voyager 1 estaba a unos 6 000 millones de kilómetros del Sol, más lejos que Neptuno. Antes de dejar atrás el sistema solar, volvió su cámara y tomó una imagen de la Tierra. En la fotografía, nuestro planeta es una sola mota brillante, más pequeña que un grano de polvo, atrapada en un rayo de luz del Sol. El astrónomo Carl Sagan escribió sobre ella: “Mira otra vez ese punto. Eso es aquí. Eso es nuestro hogar. Eso somos nosotros”.

13.6 Ejercicios

Ejercicio 13.1 ★

Escribe en orden los ocho planetas del sistema solar, del más cercano al Sol al más lejano. Subraya los planetas rocosos.

Solución

Solución de Ejercicio 13.1.

Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno. Los planetas rocosos son los cuatro primeros.

Ejercicio 13.2 ★

Copia y completa: “Un planeta rocoso es pequeño y …, con una superficie … Un planeta gigante es muy grande, de … baja, hecho sobre todo de … y de …”

Solución

Solución de Ejercicio 13.2.

“Un planeta rocoso es pequeño y denso, con una superficie sólida. Un planeta gigante es muy grande, de densidad baja, hecho sobre todo de gases y de líquidos”.

Ejercicio 13.3 ★

Según la tabla de este capítulo, ¿qué planeta tiene el diámetro más parecido al de la Tierra? ¿Cuál es el planeta más grande? ¿Cuál es el más pequeño?

Solución

Solución de Ejercicio 13.3.

Venus (12 104 km, frente a 12 756 km de la Tierra). El más grande es Júpiter (142 984 km); el más pequeño es Mercurio (4 879 km).

Ejercicio 13.4 ★

¿Verdadero o falso? Corrige las frases falsas. (a) Venus está cubierto de océanos. (b) Marte es más frío que la Tierra. (c) Los planetas gigantes son los cuatro planetas más cercanos al Sol. (d) Saturno es menos denso que el agua.

Solución

Solución de Ejercicio 13.4.

(a) Falso: Venus no tiene agua líquida; hace demasiado calor. (b) Verdadero ($-65$ $^\circ$C de media, frente a 15 $^\circ$C). (c) Falso: los cuatro planetas más cercanos al Sol son los planetas rocosos; los planetas gigantes son los cuatro más lejanos. (d) Verdadero: unos 0.7 gramos por centímetro cúbico.

Ejercicio 13.5 ★★

El diámetro de Mercurio es de 4 879 km, y el de la Tierra, de 12 756 km. Calcula el diámetro de Mercurio como porcentaje del de la Tierra, redondeado al número entero más cercano.

Solución

Solución de Ejercicio 13.5.

$4879 \div 12756 \approx 0.382$, es decir, el 38 %: Mercurio es un poco más de un tercio de ancho que la Tierra.

Ejercicio 13.6 ★★

¿Cuántas Tierras, una al lado de otra, cabrían en el diámetro de Saturno (120 536 km)? Redondea al número entero más cercano. ¿Saturno es un planeta rocoso o un planeta gigante?

Solución

Solución de Ejercicio 13.6.

$120536 \div 12756 \approx 9.4$: unas 9 Tierras. Saturno es un planeta gigante.

Ejercicio 13.7 ★★

Los astrónomos han encontrado planetas alrededor de otras estrellas. El planeta A tiene una densidad de 1.1 gramos por centímetro cúbico y es 9 veces más ancho que la Tierra. El planeta B tiene una densidad de 5.0 gramos por centímetro cúbico y es un poco más pequeño que la Tierra. ¿Cuál es un planeta rocoso y cuál un planeta gigante? Explícalo.

Solución

Solución de Ejercicio 13.7.

El planeta A es un planeta gigante: es muy grande y su densidad, de 1.1 gramos por centímetro cúbico, es baja, como la de los planetas gigantes del sistema solar (entre 0.7 y 1.7). El planeta B es un planeta rocoso: es pequeño y su densidad, de 5.0, es alta, como la de los planetas rocosos (entre 3.9 y 5.5).

Ejercicio 13.8 ★★

Usa el gráfico de las temperaturas de los planetas: (a) ¿cuántos grados más caliente que la Tierra es Venus? (b) ¿Cuántos grados más frío que la Tierra es Marte?

Solución

Solución de Ejercicio 13.8.

(a) $464 - 15 = 449$ grados más caliente. (b) $15 - (-65) = 80$ grados más frío.

Ejercicio 13.9 ★★

Mercurio es el planeta más cercano al Sol, pero Venus es el más caliente. Explica por qué.

Solución

Solución de Ejercicio 13.9.

Venus tiene una atmósfera muy espesa de dióxido de carbono, que atrapa el calor del Sol como una manta gruesa y no lo deja escapar. Mercurio, más cerca del Sol, casi no tiene aire, así que no puede conservar su calor.

Ejercicio 13.10 ★★

La Tierra está a 150 millones de kilómetros del Sol, y Marte a 228 millones de kilómetros. ¿Cuántos millones de kilómetros más lejos del Sol está Marte? ¿En qué porcentaje es mayor la distancia de Marte que la de la Tierra (redondea al número entero más cercano)?

Solución

Solución de Ejercicio 13.10.

$228 - 150 = 78$ millones de kilómetros más lejos. $78 \div 150 = 0.52$: la distancia de Marte es un 52 % mayor que la de la Tierra.

Ejercicio 13.11 ★★★

Un amigo dice: “Marte siempre ha sido un desierto seco; allí no ha habido nunca agua”. Usa este capítulo para contestarle: ¿qué tenía Marte hace miles de millones de años, dónde está hoy su agua y por qué el agua líquida no puede durar ahora en su superficie?

Solución

Solución de Ejercicio 13.11.

Hace miles de millones de años, Marte tenía ríos, lagos e inundaciones: era más cálido y más húmedo. Hoy su agua está helada, en el hielo de los casquetes polares y bajo el suelo cerca de los polos. El agua líquida no puede durar ahora en su superficie porque Marte es muy frío ($-65$ $^\circ$C de media) y porque su aire es tan tenue que el agua se congela enseguida o se convierte en vapor.

Ejercicio 13.12 ★★★

A Venus se le llama a veces el gemelo de la Tierra. Su diámetro es el 95 % del de la Tierra, y la atracción de la gravedad en su superficie es de 8.9 en una escala en la que la de la Tierra es 9.8. (a) Calcula la atracción de la gravedad de Venus como porcentaje de la de la Tierra, redondeada al número entero más cercano. (b) Di dos cosas en las que Venus se parece a un gemelo de la Tierra y dos en las que no.

Solución

Solución de Ejercicio 13.12.

(a) $8.9 \div 9.8 \approx 0.908$, es decir, el 91 %. (b) Como un gemelo: casi el mismo tamaño (el 95 % del diámetro de la Tierra), casi la misma atracción de la gravedad, y también es un planeta rocoso. No como un gemelo: es mucho más caliente (464 $^\circ$C frente a 15 $^\circ$C), su aire es muchísimo más espeso y está hecho de dióxido de carbono con nubes de ácido, y no tiene agua líquida.

13.7 Problema: postales desde tres planetas

Problema 13.1

Problema de fin de semana — tres postales desde el espacio, y con qué fuerza aprieta el aire de Venus su suelo

Tres sondas robot mandan cada una a casa una postal, con unos cuantos números escritos en el dorso.

Desde Venus	Desde la Tierra	Desde Marte
Distancia al Sol: 108 millones de km.	Distancia al Sol: 150 millones de km.	Distancia al Sol: 228 millones de km.
Diámetro: 12 104 km.	Diámetro: 12 756 km.	Diámetro: 6 792 km.
Densidad: 5.2 g/cm$^3$.	Densidad: 5.5 g/cm$^3$.	Densidad: 3.9 g/cm$^3$.
Temperatura media: 464 $^\circ$C.	Temperatura media: 15 $^\circ$C.	Temperatura media: $-65$ $^\circ$C.
El aire aprieta el suelo con 92 bares. Nubes espesas de ácido.	El aire aprieta el suelo con 1 bar. Océanos y nubes.	El aire aprieta el suelo con 0.01 bar. Hielo en los polos.

Parte I — Los planetas comparados.

1. Ordena los tres planetas según su distancia al Sol.
2. ¿Cuántos millones de kilómetros más cerca del Sol que la Tierra está Venus? ¿Cuántos millones de kilómetros más lejos está Marte?
3. Calcula el diámetro de Marte como porcentaje del de la Tierra, redondeado al número entero más cercano. ¿Es Marte una cuarta parte, la mitad o tres cuartas partes de ancho que la Tierra?
4. ¿Son los tres planetas rocosos o gigantes? ¿Qué números de las postales te lo dicen?

Parte II — El aire.

5. ¿En qué planeta es más espeso el aire? ¿En cuál es más tenue?
6. ¿Cuántas veces menos aprieta el aire de Marte su suelo que el aire de la Tierra el nuestro?
7. Venus está más cerca del Sol que la Tierra, pero eso solo no explica una temperatura de 464 $^\circ$C. ¿Qué hace el aire de Venus con el calor del Sol?
8. ¿Cuántas veces más fuerte que en la Tierra aprieta el aire el suelo de Venus? ¿Por qué una sonda que se posa en Venus tiene que tener paredes muy resistentes?

Parte III — El agua y la vida.

9. En la superficie de la Tierra, el agua se congela a 0 $^\circ$C y hierve a 100 $^\circ$C. Usa las temperaturas medias para explicar por qué el agua es líquida en la Tierra.
10. ¿Qué le pasaría a un vaso de agua colocado en el suelo de Venus? ¿Y en el suelo de Marte?
11. Marte tuvo ríos y lagos hace miles de millones de años. ¿Qué nos dice esto del clima de Marte hace mucho tiempo, comparado con el de hoy?
12. Escribe el dorso de la postal de la Tierra: en unas pocas frases, da cuatro razones por las que la vida es posible en la Tierra.

Solución

Solución de Problema 13.1.

1. Venus (108 millones de km), la Tierra (150), Marte (228).

2. $150 - 108 = 42$: Venus está 42 millones de kilómetros más cerca. $228 - 150 = 78$: Marte está 78 millones de kilómetros más lejos.

3. $6792 \div 12756 \approx 0.532$, es decir, el 53 %: Marte es más o menos la mitad de ancho que la Tierra.

4. Los tres son planetas rocosos: sus densidades (5.2, 5.5 y 3.9 gramos por centímetro cúbico) son altas, y sus diámetros son pequeños comparados con los de los planetas gigantes.

5. El aire más espeso está en Venus (92 bares); el más tenue, en Marte (0.01 bar).

6. $1 \div 0.01 = 100$: el aire de Marte aprieta cien veces menos que el aire de la Tierra.

7. Su aire espeso de dióxido de carbono atrapa el calor del Sol y no lo deja escapar, como una manta gruesa.

8. $92 \div 1 = 92$: en el suelo de Venus, el aire aprieta 92 veces más fuerte que en el suelo de la Tierra. Una sonda tiene que tener paredes muy resistentes para no quedar aplastada (y también tiene que resistir el calor y las nubes de ácido).

9. La temperatura media de la Tierra, 15 $^\circ$C, está entre 0 $^\circ$C y 100 $^\circ$C: el agua no está ni helada ni hirviendo, así que sigue líquida.

10. En Venus, a 464 $^\circ$C, muy por encima de 100 $^\circ$C, el agua herviría enseguida y se convertiría en vapor. En Marte, a $-65$ $^\circ$C, muy por debajo de 0 $^\circ$C, se congelaría (y poco a poco se convertiría en vapor, porque el aire es muy tenue).

11. Hace mucho tiempo, Marte era más cálido y más húmedo que hoy: el agua líquida podía correr por su superficie. Su clima ha cambiado mucho: ahora es un desierto frío y seco.

12. Por ejemplo: “Queridas sondas: aquí, en la Tierra, tenemos agua líquida, en océanos, ríos y lagos. Nuestras temperaturas son suaves, 15 $^\circ$C de media, entre la congelación y la ebullición del agua. Estamos a la distancia adecuada del Sol, ni demasiado cerca ni demasiado lejos. Y nuestra atmósfera nos mantiene calientes, da a los seres vivos los gases que necesitan y permite que el agua siga líquida. Por eso aquí es posible la vida”.