Notícia

Pesquisa Científica

Sistema Solar adquiriu configuração atual pouco depois de sua formação

Publicado em 25 março 2020

Por Hélio Cabral

Modelo desenvolvido por pesquisadores brasileiros mostra fase caótica que colocou objetos em órbitas atuais a partir dos primeiros 100 milhões de anos após a formação de planetas gigantes. 

A hipótese de que o sistema solar se originou de uma gigantesca nuvem de gás e poeira foi lançada pela primeira vez na segunda metade do século XVIII pelo filósofo alemão Immanuel Kant e posteriormente desenvolvida pelo matemático francês Pierre-Simon de Laplace. Agora é um consenso entre os astrônomos. Graças à enorme quantidade de dados observacionais, dados teóricos e recursos computacionais agora disponíveis, eles foram continuamente refinados, mas esse não é um processo linear.

Nem é sem controvérsias. Até recentemente, pensava-se que o Sistema Solar adquirisse suas características atuais como resultado de um período de turbulência que ocorreu cerca de 700 milhões de anos após a sua formação. No entanto, algumas das pesquisas mais recentes sugerem que ela tomou forma no passado mais remoto, em algum momento dos primeiros 100 milhões de anos.

Um estudo realizado por três pesquisadores brasileiros oferece evidências robustas dessa estruturação anterior. Relatado em artigo publicado na revista Icarus , o estudo foi apoiado pela Fundação de Pesquisa de São Paulo - FAPESP. Os autores são todos afiliados à Escola de Engenharia da Universidade do Estado de São Paulo (FEG-UNESP) em Guaratinguetá (Brasil).

O principal autor é Rafael Ribeiro de Sousa. Os outros dois autores são André Izidoro Ferreira da Costa e Ernesto Vieira Neto, pesquisador principal do estudo.

"A grande quantidade de dados obtidos a partir da observação detalhada do Sistema Solar nos permite definir com precisão as trajetórias de muitos corpos que orbitam o sol", disse Ribeiro. "Essa estrutura orbital nos permite escrever a história da formação do sistema solar. Emergindo da nuvem de gás e poeira que circundava o Sol há cerca de 4,6 bilhões de anos atrás, os planetas gigantes se formaram em órbitas mais próximas umas das outras e também mais perto da Terra." As órbitas também eram mais co-planares e mais circulares do que são agora e mais interconectadas em sistemas dinâmicos ressonantes. Esses sistemas estáveis ??são o resultado mais provável da dinâmica gravitacional da formação de planetas a partir de discos protoplanetários gasosos ".

Izidoro ofereceu mais detalhes: "Os quatro planetas gigantes - Júpiter, Saturno, Urano e Netuno - emergiram da nuvem de gás e poeira em órbitas mais compactas", disse ele. "Seus movimentos eram fortemente síncronos devido a cadeias ressonantes, com Júpiter completando três revoluções ao redor do Sol, enquanto Saturno completou duas. Todos os planetas estavam envolvidos nessa sincronicidade produzida pela dinâmica do disco de gás primordial e pela dinâmica gravitacional dos planetas".

No entanto, em toda a região de formação do Sistema Solar externo, que inclui a zona localizada além das órbitas atuais de Urano e Netuno, o sistema solar tinha uma grande população de planetesimais, pequenos corpos de rocha e gelo considerados os blocos de construção de planetas e precursores de asteróides, cometas e satélites.

O disco planetesimal externo começou a perturbar o equilíbrio gravitacional do sistema. As ressonâncias foram interrompidas após a fase gasosa, e o sistema entrou em um período de caos, no qual os planetas gigantes interagiam violentamente e lançavam matéria no espaço.

"Plutão e seus vizinhos gelados foram empurrados para o Cinturão de Kuiper, onde estão localizados agora, e todo o grupo de planetas migrou para órbitas mais distantes do Sol", disse Ribeiro.

O Cinturão de Kuiper, cuja existência foi proposta em 1951 pelo astrônomo holandês Gerard Kuiper e posteriormente confirmado por observações astronômicas, é uma estrutura toroidal (em forma de rosca) composta por milhares de pequenos corpos que orbitam o Sol.

A diversidade de suas órbitas não é vista em nenhuma outra parte do Sistema Solar. A borda interna do Cinturão de Kuiper começa na órbita de Netuno a cerca de 30 unidades astronômicas (AUs) do sol. A borda externa fica a cerca de 50 AUs do Sol. Uma UA é aproximadamente igual à distância média da Terra ao Sol.

Voltando ao rompimento da sincronicidade e ao início do estágio caótico, a questão é quando isso aconteceu - muito cedo na vida do Sistema Solar, quando ele tinha 100 milhões de anos ou menos, ou muito mais tarde, provavelmente cerca de 700 milhões de anos depois que os planetas se formaram?

"Até recentemente, a hipótese de instabilidade tardia predominava", afirmou Ribeiro. "O namoro das rochas da lua trazidas de volta pelos astronautas da Apollo sugeriu que elas foram criadas por asteróides e cometas colidindo com a superfície lunar ao mesmo tempo. Esse cataclismo é conhecido como o" Bombardeio Pesado Final "da lua. Se aconteceu na Lua, provavelmente também aconteceu na Terra e nos outros planetas terrestres do Sistema Solar. Como uma grande quantidade de matéria na forma de asteróides e cometas foi projetada em todas as direções do Sistema Solar durante o período de instabilidade planetária, deduziu-se das rochas da lua que esse período caótico ocorreu tarde, mas nos últimos anos, a ideia de um "bombardeio tardio" da lua caiu em desuso".

Segundo Ribeiro, se a catástrofe caótica tardia tivesse ocorrido, ela teria destruído a Terra e os outros planetas terrestres, ou pelo menos causado distúrbios que os colocariam em órbitas totalmente diferentes daquelas que observamos agora.

Além disso, descobriu-se que as rochas da lua trazidas de volta pelos astronautas da Apollo foram produzidas por um único impacto. Se eles tivessem se originado na instabilidade tardia do planeta gigante, haveria evidências de vários impactos, dada a dispersão dos planetesimais pelos planetas gigantes.

"O ponto de partida para o nosso estudo foi a idéia de que a instabilidade deveria ser datada dinamicamente. A instabilidade só pode ter acontecido mais tarde se houver uma distância relativamente grande entre a borda interna do disco de planetesimais e a órbita de Netuno quando o gás estiver esgotado." Essa distância relativamente grande se mostrou insustentável em nossa simulação", afirmou Ribeiro.

O argumento é baseado em uma premissa simples: quanto menor a distância entre Netuno e o disco planetesimal, maior a influência gravitacional e, portanto, mais cedo o período de instabilidade. Por outro lado, a instabilidade posterior requer uma distância maior.

"O que fizemos foi esculpir o disco planetesimal primordial pela primeira vez. Para isso, tivemos que voltar à formação dos gigantes do gelo Urano e Netuno. Simulações em computador baseadas em um modelo construído pelo professor Izidoro [Ferreira da Costa] em 2015 mostrou que a formação de Urano e Netuno pode ter se originado em embriões planetários com várias massas da Terra. Colisões maciças dessas super-terras explicariam, por exemplo, por que Urano gira de lado ", disse Ribeiro, referindo-se à" inclinação de Urano ". , "com os polos norte e sul localizados nas laterais, em vez de na parte superior e inferior.

Estudos anteriores haviam apontado a importância da distância entre a órbita de Netuno e os limites internos do disco planetesimal, mas eles usavam um modelo no qual os quatro planetas gigantes já estavam formados.

"A novidade deste último estudo é que o modelo não começa com planetas completamente formados. Em vez disso, Urano e Netuno ainda estão no estágio de crescimento, e o impulsionador do crescimento são duas ou três colisões envolvendo objetos com até cinco massas terrestres, "Izidoro disse.

"Imagine uma situação em que Júpiter e Saturno são formados, mas temos cinco a 10 super-Terras em vez de Urano e Netuno. As super-Terras são forçadas pelo gás a sincronizar-se com Júpiter e Saturno, mas sendo numerosas, sua sincronicidade flutua. As colisões reduzem seu número, possibilitando a sincronicidade. Eventualmente, Urano e Netuno são deixados. Enquanto os dois gigantes do gelo estavam se formando no gás, o disco planetesimal estava sendo consumido. Urano e Netuno, e parte foi impulsionada para a periferia do Sistema Solar. O crescimento de Urano e Netuno, portanto, definiu a posição do limite interno do disco planetesimal. O que restou do disco agora é o Cinturão de Kuiper. é basicamente uma relíquia do disco planetesimal primordial,que já foi muito mais massivo".

O modelo proposto é consistente com as órbitas atuais dos planetas gigantes e com a estrutura observada no Cinturão de Kuiper. Também é consistente com o movimento dos Trojans, um grande grupo de asterOides que compartilham a órbita de Júpiter e foram presumivelmente capturados durante a ruptura da sincronicidade.

De acordo com um artigo publicado por Izidoro em 2017, Júpiter e Saturno ainda estavam em formação, com seu crescimento contribuindo para o deslocamento do cinturão de asteróides. O artigo mais recente é uma espécie de continuação, começando em um estágio em que Júpiter e Saturno foram totalmente formados, mas ainda sincronizados, e descrevendo a evolução do sistema solar a partir daí.

"Interação gravitacional entre os planetas gigantese o disco planetesimal produziu distúrbios no disco gasoso que se espalharam na forma de ondas. As ondas produziram sistemas planetários compactos e síncronos. Quando o gás acabou, a interação entre os planetas e o disco planetesimal interrompeu a sincronicidade e deu origem à fase caótica. Levando tudo isso em consideração, descobrimos que as condições simplesmente não existiam para que a distância entre a órbita de Netuno e os limites internos do disco planetesimal se tornasse grande o suficiente para sustentar a hipótese de instabilidade tardia. Esta é a principal contribuição do nosso estudo, que mostra que a instabilidade ocorreu nos primeiros 100 milhões de anos e pode ter ocorrido, por exemplo, antes da formação da Terra e da lua ", afirmou Ribeiro.

Mais informações: Rafael de Sousa Ribeiro et al., Evidência dinâmica de uma instabilidade inicial de um planeta gigante, Icarus (2019). DOI: 10.1016 / j.icarus.2019.113605

Informações da revista: Icarus

Fornecido pela FAPESP

Fonte: Phys News / por José Tadeu Arantes, FAPESP / 25-03-2020

https://phys.org/news/2020-03-solar-current-configuration-formation.html