Un nuevo modelo físico explica la rotación retrógrada de Venus como resultado natural de la evolución planetaria

Un estudio muestra que una interacción de factores gravitacionales y atmosféricos es capaz de invertir el sentido de rotación del planeta, sin necesidad de colisiones con cuerpos externos. El fenómeno puede ser común en exoplanetas situados en la zona habitable

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Científicos brasileños pueden haber desentrañado finalmente la razón por la que Venus gira en sentido contrario al de la Tierra, un fenómeno denominado rotación retrógrada. El motivo puede ser una combinación de factores gravitacionales y atmosféricos inherentes al propio planeta, sin necesidad de colisiones entre cuerpos celestes u otros eventos catastróficos externos, según un estudio realizado por investigadores del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP), en Brasil.

La mayoría de los planetas del sistema solar –incluida la Tierra– gira sobre su propio eje de oeste a este, con excepción de Venus y Urano, que giran de este a oeste; pero el origen de esta rotación retrógrada nunca se ha explicado satisfactoriamente. En el caso de Venus, que es un planeta rocoso, el estudio del IAG-USP muestra que la inversión del sentido de rotación puede surgir naturalmente de la interacción entre las mareas gravitacionales y los efectos térmicos en la atmósfera.

“Fue un descubrimiento fortuito. Yo no estaba trabajando en este tema. Mi foco es el efecto de las mareas en exoplanetas. Pero, al estudiar el problema, motivado por cuestiones de mi área de interés, me di cuenta de que había un aspecto esencial que había pasado inadvertido en relación con la dinámica de Venus”, afirma Sylvio Ferraz Mello, profesor del IAG-USP y autor principal del trabajo, publicado en la revista The Astronomical Journal y apoyado por la FAPESP.

La rotación de Venus fue determinada a comienzos de la década de 1960, cuando las observaciones de radar lograron atravesar su espesa capa de nubes. Mediciones más recientes indican un período de aproximadamente 243 días, en sentido retrógrado. Desde entonces, se sabe que este estado es el resultado del equilibrio entre dos mecanismos físicos antagónicos. Por un lado, actúan las mareas gravitacionales, generadas principalmente por la atracción del Sol, que tienden a desacelerar la rotación del planeta y llevarlo a un estado de sincronización con el movimiento orbital. Por otro, la atmósfera extremadamente densa de Venus –unas 90 veces más masiva que la de la Tierra– experimenta un calentamiento desigual debido a la radiación solar, lo que produce deformaciones térmicas que generan un torque atmosférico capaz de acelerar la rotación en sentido opuesto al de las mareas. “La atracción del Sol sobre la parte sólida del planeta y sobre la atmósfera actúa en sentidos opuestos. Una tiende a frenar la rotación y la otra a acelerarla en sentido contrario, y la atmósfera acaba imponiéndose”, explica Ferraz Mello.

Esta competencia entre ambos mecanismos explica por qué Venus gira en sentido contrario actualmente. Pero no responde a una cuestión fundamental: ¿cómo llegó el planeta a este estado?

El estudio muestra que la atmósfera no solo mantiene la rotación retrógrada, sino que es esencial para su propia existencia. Las simulaciones indican que, si Venus se viera privado de su atmósfera, la acción aislada de las mareas gravitacionales haría que el planeta volviera a una rotación directa en menos de 1 millón de años. En este escenario, tendería a sincronizarse con el período orbital (el tiempo que un cuerpo celeste tarda en completar una vuelta alrededor de otro objeto en el espacio), como ocurre con la Luna con respecto a la Tierra. “Si la inversión hubiera sido causada por un evento súbito, como una colisión, el planeta volvería después a girar en el sentido correcto. Por lo tanto, no puede ser un efecto instantáneo, tiene que ser un proceso continuo”, argumenta Ferraz Mello. Esto significa que la rotación retrógrada no es por sí sola un estado robusto: depende continuamente de la presencia y de las propiedades de la atmósfera.

Para comprender el origen de este comportamiento, el estudio analiza las ecuaciones que describen la evolución de la rotación bajo la acción conjunta de ambos torques. El resultado revela una estructura típica de los sistemas dinámicos: una bifurcación de horquilla (pitchfork bifurcation). Sin una atmósfera significativa, el sistema posee un único estado estable: la rotación síncrona (cuando el tiempo que un cuerpo celeste tarda en dar una vuelta sobre sí mismo es exactamente igual al tiempo que tarda en completar una órbita alrededor de otro cuerpo). A medida que aumenta la influencia atmosférica, este estado pierde estabilidad y se desdobla en dos nuevos estados estables, ambos asíncronos: uno con una rotación más lenta que la órbita (subsíncrona) y otro con una rotación más rápida (supersíncrona). Uno de estos estados puede evolucionar hacia una rotación retrógrada. “Existe un punto en el que el sistema se bifurca: el planeta pasa a girar más rápido o más despacio. Se presentan ambas posibilidades. En el caso de Venus, siguió el camino más lento hasta invertir el sentido”, resume el investigador.

El modelo permite reconstruir un posible escenario evolutivo para Venus. Inicialmente, el planeta, aún con una atmósfera poco desarrollada, habría estado sometido principalmente a las mareas gravitacionales, evolucionando hacia la sincronización. “Al principio, Venus debe haber girado como la Tierra, con el Sol saliendo por el este y poniéndose por el oeste. Las mareas fueron frenando esta rotación hasta alcanzar el estado síncrono”, explica Ferraz Mello. Con el tiempo, la desgasificación del interior del planeta –el proceso mediante el cual los gases son liberados hacia la superficie– condujo a la formación de una atmósfera densa. Esto aumentó progresivamente el torque atmosférico, hasta que el sistema alcanzó el punto de bifurcación. A partir de ese momento, la rotación podía evolucionar hacia uno de los dos estados posibles, con probabilidades comparables. En función de las condiciones existentes en el momento de la transición, el planeta evolucionó hacia un régimen que se volvió retrógrado. “Es un proceso sencillo desde el punto de vista físico. La teoría no requiere condiciones excepcionales: es una consecuencia natural de la evolución planetaria”, comenta el investigador.

El estudio también muestra que el estado actual de Venus puede estar próximo a un límite de estabilidad. Pequeñas variaciones en parámetros como la temperatura superficial o las propiedades atmosféricas tenderían a alterar el equilibrio entre los torques. Y, en determinadas condiciones, el sistema perdería estados estacionarios estables, dando lugar a una evolución continua de la rotación. Las observaciones disponibles todavía no son lo suficientemente precisas como para descartar cambios lentos en el período de rotación que, eventualmente, podrían estar ocurriendo.

Del escenario catastrófico al predecible

Uno de los resultados más relevantes del trabajo es su posible generalización a otros sistemas planetarios. El modelo indica que la inversión del sentido de rotación no es un fenómeno raro ni excepcional. Los planetas rocosos situados en la zona habitable de estrellas similares al Sol –región donde la temperatura permite la existencia de agua líquida– pueden desarrollar atmósferas suficientemente densas como para producir torques comparables a los de Venus. En esos casos, la misma dinámica puede conducir a una rotación retrógrada. “No es un fenómeno raro. Este tipo de evolución puede haber ocurrido muchas veces en los exoplanetas que conocemos”, señala Ferraz Mello. Los exoplanetas son planetas que orbitan otras estrellas, fuera del sistema solar.

Al sustituir los escenarios catastróficos por un mecanismo continuo y predecible, el estudio ofrece una nueva perspectiva sobre la evolución de la rotación planetaria. Más que explicar un caso particular, apunta a un comportamiento posiblemente común en el Universo y amplía el marco teórico necesario para interpretar la diversidad de planetas ya observados.

El estudio contó con el apoyo de la FAPESP a través del proyecto “Brasil en el espacio: Astrofísica e Ingeniería”, coordinado por Eduardo Janot Pacheco, que tiene a Ferraz Mello como uno de sus investigadores principales.

El artículo Exoplanet synchronization in the habitable zone: learning from Venus’ retrograde rotation puede leerse en: iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ae43e4.