A lua e suas manchas escuras. Crédito de imagem: NASA. Clique para ampliar.
Pessoas de todas as culturas são fascinadas pelas "manchas" escuras na Lua, que parecem compor a figura de um coelho, sapos ou o rosto de um palhaço. Com as missões Apollo, os cientistas descobriram que esses recursos são na verdade enormes bacias de impacto que foram inundadas com lava agora solidificada. Uma surpresa foi que essas bacias se formaram relativamente tarde na história do sistema solar inicial - aproximadamente 700 milhões de anos após a formação da Terra e da Lua. Muitos cientistas agora acreditam que essas bacias de impacto lunar testemunham um enorme aumento na taxa de bombardeio dos planetas - chamado de bombardeio pesado tardio (LHB). A causa de um bombardeio tão intenso, no entanto, é considerada por muitos um dos mistérios mais bem preservados da história do sistema solar.
Em uma série de três artigos publicados na edição desta semana da revista Nature, uma equipe internacional de cientistas planetários, Rodney Gomes (Observatório Nacional do Brasil), Harold Levison (Instituto de Pesquisas do Sudoeste dos Estados Unidos), Alessandro Morbidelli (Observatório da la C ? te d'Azur, França) e Kleomenis Tsiganis (OCA e Universidade de Thessaloniki, Grécia) - reunidos por um programa de visitantes hospedado no Observatório da Côte d'Azur em Nice - propuseram um modelo que não apenas resolve naturalmente o mistério da origem do LHB, mas também explica muitas das características observadas do sistema planetário externo.
Este novo modelo prevê que os quatro planetas gigantes, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, se formaram em uma configuração orbital muito compacta, cercada por um disco de pequenos objetos feitos de gelo e rocha (conhecidos como "planetesimais"). Simulações numéricas da equipe de Nice mostram que alguns desses planetesimais vazaram lentamente do disco devido aos efeitos gravitacionais dos planetas. Os planetas espalharam esses objetos menores por todo o sistema solar, algumas vezes para fora e outras para dentro.
"Como Isaac Newton nos ensinou, para cada ação há uma reação igual e oposta", diz Tsiganis. “Se um planeta lança um planeta planetário fora do sistema solar, ele se move em direção ao Sol, um pouquinho, como compensação. Se, por outro lado, o planeta dispersar o planetesimal para dentro, o planeta pula um pouco mais longe do Sol. ”
Simulações numéricas mostram que, em média, Júpiter se moveu para dentro enquanto os outros planetas gigantes se moveram para fora.
Inicialmente, esse era um processo muito lento, levando milhões de anos para os planetas moverem uma pequena quantidade. Então, de acordo com esse novo modelo, após 700 milhões de anos, a situação mudou repentinamente. Naquela época, Saturno migrou pelo ponto em que seu período orbital era exatamente o dobro do período de Júpiter. Essa configuração orbital especial fez com que as órbitas de Júpiter e Saturno subitamente se tornassem mais elípticas.
"Isso fez as órbitas de Urano e Netuno enlouquecerem", diz Gomes. "Suas órbitas se tornaram muito excêntricas e começaram a se espalhar gravitacionalmente - e Saturno também."
A equipe de Nice argumenta que essa evolução das órbitas de Urano e Netuno causou o LHB na Lua. Suas simulações em computador mostram que esses planetas penetraram muito rapidamente no disco planetesimal, espalhando objetos por todo o sistema planetário. Muitos desses objetos entraram no sistema solar interno, onde atingiram a Terra e a Lua com impactos. Além disso, todo o processo desestabilizou as órbitas dos asteróides, que também teriam contribuído para o LHB. Finalmente, os efeitos gravitacionais do disco planetesimal fizeram com que Urano e Netuno evoluíssem para suas órbitas atuais.
"É muito convincente", diz Levison. “Fizemos várias dezenas de simulações desse processo e, estatisticamente, os planetas terminaram em órbitas muito semelhantes às que vemos, com as separações, excentricidades e inclinações corretas. Assim, além do LHB, também podemos explicar as órbitas dos planetas gigantes. Nenhum outro modelo jamais conseguiu alguma coisa antes. ”
No entanto, havia mais um obstáculo a superar. Atualmente, o sistema solar contém uma população de asteróides que seguem essencialmente a mesma órbita de Júpiter, mas lideram ou seguem esse planeta a uma distância angular de aproximadamente 60 graus. Simulações em computador mostram que esses corpos, conhecidos como "asteróides de Trojan", teriam sido perdidos com a mudança das órbitas dos planetas gigantes.
"Ficamos por meses nos preocupando com esse problema, que parecia invalidar nosso modelo", diz Morbidelli, "até que percebemos que se um pássaro pode escapar de uma gaiola aberta, outro pode entrar e se aninhar nela".
A equipe de Nice descobriu que alguns dos objetos que estavam impulsionando a evolução planetária e que causaram o LHB também teriam sido capturados nas órbitas de asteróides Trojan. Nas simulações, os cavalos de Tróia presos acabaram reproduzindo a distribuição orbital dos cavalos de Tróia observados, o que era inexplicável até agora. A massa total prevista dos objetos presos também foi consistente com a população observada.
No total, o novo modelo da equipe de Nice explica naturalmente as órbitas dos planetas gigantes, os asteróides Trojan e o LHB com precisão sem precedentes. "Nosso modelo explica tantas coisas que acreditamos que devem estar basicamente corretas", diz Mordibelli. "A estrutura do sistema solar externo mostra que os planetas provavelmente sofreram um abalo logo após o término do processo de formação do planeta."
Fonte original: Comunicado da SWRI
