Temos muito a aprender com as rochas do cinturão de asteróides.
Paul M. Sutter é astrofísico da Ohio State University, apresentador do Ask a Spaceman e da Space Radio e autor de “Your Place in the Universe”. Sutter contribuiu com este artigo para Expert Voices: Op-Ed & Insights da Space.com.
A formação do sistema solar é um quebra-cabeça profundamente desconcertante. Ficamos com pistas por todo o lado: as posições e tamanhos dos planetas, os membros do cinturão de asteróides, o Cinturão de Kuiper e a Nuvem de Oort e as populações de luas ao redor dos planetas. Mas como chegamos a isso a partir de um vago disco de gás e poeira bilhões de anos atrás?
Simulações e modelos lideram o caminho e, recentemente, os pesquisadores se voltaram para o cinturão de asteróides para obter mais ajuda: os asteróides que vivem mais próximos do sol, na verdade, preservam a memória de quando o sistema solar ainda estava evoluindo e podem até oferecer pistas para a hipótese de que uma vez teve cinco planetas gigantes.
Baby solar systems
Bilhões de anos atrás, nosso sistema solar era apenas um monte de gás e poeira aleatórios flutuando como uma nebulosa. Quando desmoronou, formou um carrossel que girava rapidamente em torno de um proto-sol jovem e faminto. Ao longo de 100 milhões de anos, esse disco de alguma forma se tornou os planetas e outros habitantes menores do nosso sistema doméstico.
As simulações por computador do processo do disco para o planeta são extraordinariamente difíceis, devido a toda a física rica e complexa envolvida, mas elas têm algumas características gerais. Os mundos mais internos tendem a ser pequenos e rochosos, enquanto os planetas mais externos tendem a ser grandes, gasosos e / ou gelados. Além disso, o processo de formação leva a um monte de lixo aleatório flutuando.
Outra característica geral é que os planetas recém-nascidos tendem a se mover rapidamente em movimento ressonante, o que significa que as órbitas se tornam múltiplos inteiros um do outro. Por exemplo, Marte pode orbitar quatro vezes para cada órbita de Júpiter, e Júpiter pode orbitar duas vezes a cada volta do sol que Saturno recebe.
E quando se trata de nosso sistema solar, em particular, nas simulações, os planetas gigantes tendem a se formar muito mais próximos e muito mais próximos do sol do que são hoje.
Então a pergunta se torna: depois que temos um lote de planetas bebês formados a partir de nosso disco protoestelar, como os colocamos em suas posições modernas?
É legal lá fora
Entre no Nice Model, batizado com o nome da cidade no sul da França, onde alguns pesquisadores banhados pelo sol inventaram a idéia em 2005. Na versão básica do modelo, os planetas gigantes muito perto do conforto estão cercados por um disco de sobras: minúsculos planetesimais que nunca chegaram a jogar o jogo do planeta e tiveram que sair nos arredores do sistema solar.
Mas não por muito. De vez em quando, ao longo de 100 milhões de anos, o planeta gigante mais externo (geralmente considerado Netuno, mas em algumas versões do modelo é Urano) se aproxima de uma dessas sobras. Perto o suficiente para interagir gravitacionalmente, fazendo uma pequena dança orbital, onde o planeta puxa o pedaço de rocha para dentro de uma órbita menor e, em troca, se afasta.
E então aquela pequena rocha dispersa encontra o próximo planeta e faz a mesma coisa. E então ele se aproxima de Saturno e repete o processo novamente, indo sempre em direção ao sol e espalhando três dos planetas gigantes.
E então, o pequeno planetesimal encontra Júpiter, que geralmente não está disposto a jogar e não gosta de saber o que fazer. Em vez de empurrar a rocha para dentro, a grande massa do maior planeta do nosso sistema envia apenas esse pouco de detritos do sistema solar. Isso não vem sem um preço, no entanto; a energia necessária para ejetar o planetesimal reduz a órbita de Júpiter, enviando-a um pouco mais perto do sol.
Esse modelo é capaz de explicar em grande parte as posições modernas dos planetas e como eles foram capazes de chegar lá de seus locais de nascimento. E desde 2005, surgiram versões mais sofisticadas do Modelo de Nice, tentando explicar detalhes mais sutis da composição do nosso sistema, incluindo a possibilidade de um dia sermos o lar de um quinto planeta gigante que se perdeu em toda a reorganização gravitacional.
Olhe para os asteróides
Mas todas as versões do modelo de Nice têm um problema específico com o cinturão de asteróides. Toda essa dança orbital no sistema externo pode ter grandes impactos nos mundos interiores e em sua própria população de sobras planetárias. As ressonâncias gravitacionais que os planetas exteriores experimentam quando migram de um lado para o outro desestabilizam membros do nascente cinturão de asteróides, espalhando-os em todo tipo de órbita maluca.
Em particular, as várias versões do Modelo de Nice tendem a enviar os membros da faixa mais interna (os pedaços de rocha dentro de 2,5 unidades astronômicas) para órbitas com alta inclinação, o que significa que eles são angulados em relação ao restante do sistema solar. (Uma unidade astronômica, ou UA, é a distância média entre o Sol e a Terra – cerca de 93 milhões de milhas, ou 150 milhões de quilômetros.) E, no entanto, descobrimos que a maioria dos asteróides está em equilíbrio com os principais planetas, por isso devemos estar conseguindo algo errado em nossos modelos.
Recentemente, uma equipe de pesquisadores adotou uma abordagem mais refinada das simulações, observando especialmente as interações de Júpiter e Saturno enquanto elas dançavam juntas nos primeiros dias do sistema solar. Os cientistas descobriram que, durante o processo de migração planetária, Júpiter e Saturno se aproximam de uma ressonância de 5: 2, o que significa que Júpiter orbita cinco vezes para cada duas órbitas de Saturno.
Eles não ficam nessa ressonância por muito tempo. Mas os detalhes da órbita de Saturno, próximo à ressonância, proporcionam o efeito gravitacional certo no sistema interno para eliminar qualquer aspirante a alta inclinação no cinturão de asteróides.
E os modelos mais exóticos, como os primeiros sistemas solares, incluindo um quinto planeta gigante? Também afeta todas as ressonâncias, o que significa que o cinturão de asteróides dos dias atuais pode realmente ser um registro fóssil, lembrando como era o sistema jovem. E quanto mais estudamos esses pequenos asteróides, mais aprendemos sobre nossas próprias origens.
Publicado em 20/12/2019
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