Notícia

Unesp Ciência

Puxa-puxa cósmico

Publicado em 01 maio 2013

Por Pablo Nogueira

Quando a Apollo 8 se tornou a primeira nave tripulada a fazer um voo ao redor da Lua, na noite de Natal de 1968, os astronautas a bordo dela protagonizaram um pequeno ritual para marcar o evento. Quando a esburacada superfície lunar surgia nas escotilhas, Bill Anders impostou a voz e começou a ler um trecho do Gênesis, o primeiro dos livros que compõem a Bíblia. “No princípio Deus criou os céus e a terra. E a terra era sem forma e vazia; e havia trevas sobre a face do abismo; e o Espírito de Deus se movia sobre a face das águas. E disse Deus: Haja luz; e houve luz.” Atenta à leitura do astronauta estava uma emocionada multidão de dezenas de milhões de pessoas na Terra, hipnotizadas em frente à TV, formando a maior audiência já reunida por uma transmissão até então.

Em boa medida, mitos de criação, como o relatado no texto do Gênesis, surgiram para saciar a ancestral curiosidade humana em relação à origem dos astros e do cosmos. A leitura de Anders traz implícita a promessa de que, por meio do desenvolvimento tecnológico, finalmente encontraríamos as respostas. E, de fato, neste início de século 21, elas estão surgindo com velocidade vertiginosa.

Hoje, o campo de estudos sobre a origem e a formação do Sistema Solar vive uma fase de ebulição, tamanha a quantidade de novos estudos e novas ideias que estão surgindo. Mas o quadro que eles pintam sugere que a “criação dos céus e da terra” foi algo muito mais caótico e complexo do que nossos ancestrais podiam imaginar quando escreveram a Bíblia. No passado, a aparência do Sistema Solar era bem diferente. De lá para cá, foram muitas fases, algumas bem violentas. E é possível que não haja nenhum motivo especial para que ele tenha o aspecto atual.

Investigar o que pode ter ocorrido no passado do Sistema Solar é um dos objetivos da pesquisa do físico Rogerio Deienno. Formado no Instituto de Geociências e Ciências Exatas da Unesp em Rio Claro, ele fez o mestrado na mesma instituição, sob orientação do professor Tadashi Yokoyama. Agora Deienno é aluno de doutorado do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), com bolsa da Fapesp, e segue com Yokoyama como orientador. A parceria já resultou em dois artigos que têm como foco a análise dos satélites regulares de Urano. Um foi publicado na revista científica Astronomy and Astrophysics em 2011, o outro deve sair nos próximos meses.

Yokoyama diz que, por ser matemático, sua abordagem dos problemas é  diferente da dos físicos. “Os físicos examinam os fenômenos numa escala mais macro. Eu investigo partes mais específicas do sistema, numa escala mais micro. O conjunto das abordagens permite sustentar melhor as conjecturas sobre o que ocorreu”, explica.

Para desvendar o passado do Sistema Solar, os astrônomos dispõem de algumas ferramentas, e uma delas é a modelagem computacional. Nesse caso, os estudiosos escrevem programas que tentam reproduzir, por meio de equações, algumas características físicas dos objetos que compunham o Sistema Solar primitivo: os planetas, a órbita que descrevem ao redor do Sol, a capacidade de influírem uns sobre os outros por meio da atração gravitacional…

Os pesquisadores simulam em computador esta modelagem por algum tempo, e observam o que ocorre. É como um jogo eletrônico que se joga sozinho. Ao final, comparam o que obtiveram via simulação com as informações que temos sobre o Sistema Solar hoje. Quanto mais parecido o resultado final se mostrar com aquilo que os astrônomos verificam nos telescópios, mais bem-sucedida foi a simulação – e maior a chance de que tenha reproduzido eventos concretos do passado.

A elaboração destas simulações é algo bem complexo. O que os estudiosos mais levam em conta são as interações gravitacionais entre o Sol e os quatro maiores planetas do Sistema Solar – Júpiter, Saturno, Urano e Netuno –, justamente por serem os corpos de maior massa. Também podem ser representados os milhares de pequenos fragmentos de gelo, chamados planetesimais, que, acredita-se, povoavam o Sistema Solar primitivo,e a partir dos quais se formaram os planetas.

O resultado disso é um cenário onde milhares de corpos puxam e empurram uns aos outros, por meio de interações gravitacionais. Se já é difícil fazer previsões para um sistema em que meia dúzia de elementos interagem entre si, imagine um composto por milhares. Esta enorme complexidade fica bem evidente nos experimentos de simulação. Por isso é comum que, partindo de condições iniciais pouco diferentes, os estudiosos cheguem a resultados bastante inesperados. “Uma simulação pode terminar com o Sistema Solar apresentando mais planetas do que vemos hoje, e outra, com menos, e ainda outra, com o mesmo número”, diz Yokoyama.

Mas em meio às dificuldades para realizar este tipo de análise, há certos resultados que se sobressaem.“As simulações sugerem que a formação do Sistema Solar pode ter sido algo muito mais aleatório do que determinístico. Não sabemos com clareza por que temos quatro planetas rochosos e outros quatros formados de gás e gelo”, explica o matemático.

Outra ideia que as modelagens consolidaram na comunidade científica é a de que, no passado, o Sistema Solar tinha uma aparência diferente da que tem hoje. O astrônomo Rodney Gomes, do Observatório Nacional, no Rio, explica as razões. “Quando os planetas de gás e gelo se formaram, havia um disco de matéria envolvendo o Sistema Solar. Esse disco era composto por fragmentos de rocha e gelo, chamados de planetesimais. Segundo as modelagens, espera-se que esse disco sempre afete a posição dos planetas. Por meio da atração gravitacional, ele puxa os planetas para longe do Sol”, explica. Portanto, os planetas não devem ter se formado onde estão hoje, pois o puxão do antigo disco de planetesimais já os teria levado para bem longe.

Por isso, acredita-se que Júpiter, Saturno,  Urano e Netuno teriam se formado originalmente mais perto do Sol, e depois se  deslocaram, até atingir as posições atuais.  E esses movimentos foram expressivos.  Algumas simulações sugerem que Saturno  teria se movido 195 milhões de km para  fora, em relação ao ponto onde se formou.  Para Urano e Netuno, as distâncias são  ainda maiores: 1,275 bilhão de km para  o primeiro e 2,4 bilhões de km para o segundo. Esse processo foi chamado de migração planetária, e teria ocorrido quando  o Sol já tinha entre 600 e 800 milhões de anos de idade (hoje ele tem 4,5 bilhões).

Em 2005, um grupo de pesquisadores  de diversas nacionalidades, que estavam  reunidos em Nice (França) , produziu três  artigos propondo uma descrição dessa migração dos planetas. Os estudos, também  baseados em simulações feitas em computador, sugeriam que os quatro planetões  passaram bem perto uns dos outros: meros  30 milhões de km, o que em termos cósmicos é bem pouco. Como são grandes,  os puxões gravitacionais que exerceram  reciprocamente foram muito fortes. “Nós  classificamos este modelo de migração  como cataclísmico, devido à intensidade  das forças envolvidas nessas aproximações  entre os planetas”, explica Rodney Gomes,  que é um dos autores do modelo de Nice.

Nesta migração, Netuno e Urano penetraram o disco de planetesimais, o que acabou arremessando fragmentos de gelo para  todos os lados. Parte deles se direcionou  a regiões mais internas do Sistema Solar  e o resultado foi uma chuva de meteoros que encheu de crateras diversos corpos,  inclusive a Terra. (Essa fase tão violenta  é conhecida como “bombardeio tardio”.)  Outros fragmentos foram despachados  para os confins do Sistema Solar, onde  formaram o chamado cinturão de Kuiper.

O modelo de Nice parece explicar bem  a formação de certas características de  nosso Sistema Solar. Mas, para saber se  ele realmente está reproduzindo fielmente  eventos passados, é preciso avaliá-lo no  maior número possível de casos. É aqui  que entra o trabalho de Deienno.

O planeta Urano possui hoje cinco satélites classificados como regulares, que  teriam se formado junto com o planeta. O  mais distante deles, Oberon, está a uma  distância de 583 mil km da superfície do planeta. Ocorre que, por seu tamanho e  distância do Sol, Urano poderia abrigar  satélites regulares até uma distância bem  maior, de quase 1,535 milhão de km . Por  que há tanto “espaço vazio”? Será um sinal  de que, no passado, o planeta possuiu mais satélites regulares, mas que eles foram  ejetados por conta de interações gravitacionais durante a aproximação de algum  de seus vizinhos gigantes?

Para avaliar esta hipótese, Deienno  procurou criar um modelo para simular o que pode ter ocorrido no passado.  Como ponto de partida, acrescentou aos  cinco satélites regulares de Urano (veja  imagem acima), outros seis fictícios, cada um situado um pouco mais longe da  superfície do planeta. Depois, recorrendo  aos dados dos estudos de Rodney Gomes,  simulou cinco cenários de migração dos  quatro principais planetas, e avaliou os  efeitos que poderiam ter sobre os satélites.

Na seleção destes cinco cenários já fica  evidente o elemento “aleatório” apontado  por Yokoyama. Em quatro deles, Urano e  Netuno mudam de posição em relação ao  Sol, isto é, Netuno se aproxima e Urano se  distancia. Depois, trocam de lugar. Isto, por  si só, já é uma diferença importante em  relação à configuração dos planetas que  estudamos na escola. E é possível imaginar até que eles possam ter se formado  originalmente em posições invertidas, com  Urano surgindo mais longe do que Netuno.

Esta etapa da pesquisa mostrou que a  influência gravitacional dos planetas gigantes que passaram perto de Urano poderia arrancar da órbita dele até três dos seis  hipotéticos satélites acrescentados. Alguns  teriam colidido entre si ou com as demais  luas de Urano, desaparecendo no impacto.

Naqueles tempos primordiais, além dos  encontros com os planetas gigantes, Urano  também estava sujeito a passar perto de  alguns dos milhares de objetos que compunham o disco de planetesimais. Alguns  eram tão grandes como o planeta-anão  Plutão (aliás, um legítimo sobrevivente  daquela fase do sistema solar). Por isso,  num segundo momento da pesquisa, Deienno acrescentou à simulação a interação  gravitacional dos planetesimais com os  satélites adicionais.

Depois de fazer 40 simulações, Deienno  obteve 25 cenários nos quais todos os seis  satélites hipotéticos simplesmente desapareciam, quer destruídos na colisão com  alguma das luas de Urano, quer ejetados  por algum puxão gravitacional mais forte. Mas os cinco satélites mais internos,  apesar de também sofrerem os efeitos de  tamanho “puxa-puxa”, terminavam a etapa de migração ainda associados a Urano.

Este cenário é exatamente o que se vê  hoje. “Obtivemos uma concordância muito  boa com os dados de observação”, avalia Deienno. O fato de que nem todas as  simulações tenham terminado com esta configuração não é um problema, segundo  ele. “Nós repetimos a simulação em computador muitas vezes justamente para que  a análise tenha valor estatístico confiável.  Nesse caso, conseguimos encontrar a eje- ção ou destruição dos seis satélites mais  externos em mais de 50% das simulações,  o que sugere que Urano pode ter tido mais  luas no passado”, diz.

Rodney Gomes também vê valor na  pesquisa. “Este estudo é importante para  sabermos o que pode ter acontecido com  Urano quando experimentou seus encontros próximos com os outros planetas gigantes”, analisa. E explica que essa é uma  questão particularmente problemática.

“Hoje as simulações mostram que, se Urano ou Netuno tivessem experimentado um encontro próximo com Júpiter,  poderiam ter sido arremessados fora do  Sistema Solar”, diz. Mas as simulações  também sugerem que alguém precisa ter  passado perto de Júpiter, a fim de que ele  alcançasse a órbita atual. Então quem foi?

Em 2012, os astrônomos David Nesvorný e Alessandro Morbidelli propuseram  que, no seu período de formação, o Sistema Solar pode ter contido um ou dois  outros gigantes, semelhantes a Urano e  Netuno. Ele (ou eles) chegou muito perto  de Júpiter e foi arremessado no vácuo interestelar. “Seria uma espécie de planeta  ‘expiatório’, responsável por colocar Júpiter e Saturno nas suas órbitas atuais“,  compara Rodney Gomes.

Há sete anos, quando a União Astronômica Internacional retirou de Plutão  o status de planeta, gerou uma onda de  descontentamento dentro e fora da academia. Até hoje existe um movimento  para reverter a decisão. Como será que  o senso comum vai reagir à constatação  de que, ao contrário do que imaginavam  nossos antepassados, não vivemos num  oásis de estabilidade eterna, e sim num  lugar agitado, em que satélites colidem  entre si e planetas são ejetados? Talvez  seja preciso rabiscarmos novos mitos.

O Sol e seus planetas: uma origem nebulosa

A teoria mais aceita para a formação do sistema solar parte do princípio de que ele começou a se formar 4,6 bilhões  de anos atrás. Originou-se a partir de uma nebulosa, isto  é, uma nuvem de gás e poeira que, por sua vez, era remanescente da explosão de uma estrela ainda mais antiga,  anterior ao nosso Sol. Essa nuvem era muito maior que o  Sistema Solar atual, e apresentava um movimento latente  em torno de si mesma.

Gradualmente, graças à atração gravitacional, a nuvem  começou a colapsar. À medida que o gás ia se concentrando  na parte mais interna da nuvem, essa região foi ficando mais  quente devido às colisões das moléculas de gás. Quando  a temperatura chegou por volta dos 10 milhões de graus  Celsius, reações atômicas começaram a ocorrer, até que  nasceu uma estrela: o Sol. Uma estrela que contém 99,8%  da massa da nuvem original de gás e poeira. A história da  formação de tudo o mais que veio depois – planetas, satélites, cometas, asteroides, seres humanos – é, na verdade, a  história do que ocorreu com esse 0,2% de gás e poeira que  não foram aproveitados pelo Sol durante sua formação.

Inicialmente, esse material não aproveitado na gênese da  estrela formava um disco que girava ao redor do Sol. Depois, também pela atração gravitacional, o mesmo processo (conhecido como acreção) começou a ocorrer. Assim foram  surgindo os planetas. Na região mais próxima formaram-se  Mercúrio, Vênus, Terra e Marte, que são feitos de material  rochoso. Pelo efeito da gravidade de Júpiter, parte do material rochoso que deu origem a estes planetas não chegou  a se concentrar. Permaneceu assim um anel com milhares  de pedaços de rocha flutuando, na região entre Marte e Jú- piter. Essa região é conhecida como cinturão de asteroides.

Depois do cinturão de asteroides, e a partir de uma distância estimada em 600 milhões de km, o calor emitido pelo Sol  já não era tão forte. Havia ali grande quantidade de gás e  gelo. Desse material originaram-se, então, os demais quatro  planetas que vemos hoje: Júpiter, Saturno, Netuno e Urano.

Júpiter e Saturno possuem, cada um, uma esfera de gelo  relativamente pequena. Sobre elas estendem-se gigantescas quantidades de gás, por isso são chamados de gigantes  gasosos. Já Urano e Netuno são compostos essencialmente  por núcleos de gelo, embora possuam algum gás na sua  atmosfera. Depois que os planetas gasosos se formaram,  restou um disco de fragmentos de gelo situado numa órbita mais exterior a eles. A influência gravitacional dos dois  jogou esse material para longe, o que deu origem ao Cinturão de Kuiper, na região onde podemos observá-lo hoje.