El Momento Angular es una magnitud vectorial que mide la cantidad de rotación de un cuerpo con respecto a un punto: \( \vec{L} = \vec{r} \times \vec{p} \)
\( \vec{L} \): Momento angular, \( \vec{r} \): Vector de posición, que va desde el punto de referencia (origen) hasta el cuerpo en movimiento, \( \vec{p} \): Cantidad de movimiento (o impulso) del cuerpo.
La ley de conservación del momento angular es un principio fundamental de la mecánica clásica y cuántica. Establece que en un sistema aislado (donde ninguna fuerza externa resultante ejerce un momento), el momento angular total se conserva.
En un escenario de colapso de una nube proto-solar en rotación, se espera que el momento angular se conserve. Sin embargo, las simulaciones muestran que en ausencia de mecanismos de transferencia de momento angular, el Sol debería girar mucho más rápido en unas pocas horas en lugar de 27 días.
El momento angular total del Sistema Solar está en gran medida concentrado en los planetas, en particular los gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno. Este hecho es contraintuitivo: el Sol contiene más del 99,8% de la masa del Sistema Solar, pero solo alrededor del 2% de su momento angular total. En cambio, Júpiter y Saturno representan por sí solos más del 90% de este momento angular.
El momento angular orbital \( L \) de un cuerpo de masa \( m \), que se mueve en una órbita circular de radio \( r \) con una velocidad \( v \), está dado por: \( L = m \cdot r \cdot v \)
Para una órbita de tipo kepleriana, se puede expresar \( L \) en función de la masa \( M \) del astro central (aquí el Sol), por: \( L = m \cdot \sqrt{G M r} \) donde \( G \) es la constante gravitacional.
La paradoja del momento angular del Sistema Solar es un enigma astrofísico relacionado con la distribución inesperada del momento angular entre el Sol y los planetas.
| Cuerpo | Momento Angular (kg·m²/s) | % del Total | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Júpiter | 1.9 × 1043 | 60% | Planeta dominante en momento orbital |
| Saturno | 7.8 × 1042 | 25% | Segundo mayor contribuyente |
| Otros Planetas | 3.8 × 1042 | 12% | Incluye Urano, Neptuno, etc. |
| Sol (rotación) | 1.9 × 1041 | ~2% | Baja rotación diferencial |
| Asteroides y Cometas | ~1039 | <0.01% | Contribución despreciable |
Fuente: NASA Planetary Fact Sheet, Ward & Canup 2002
La principal razón que explica la paradoja del momento angular del Sistema Solar es el frenado magnético, asociado con el acoplamiento entre el campo magnético del joven Sol y el disco protoplanetario.
El Sol perdió la mayor parte de su momento angular de rotación en favor del disco, y luego de los planetas. Los planetas, al formarse a grandes distancias, heredaron la mayor parte del momento angular total.
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