Em 1930, o astrônomo Clyde Tombaugh descobriu o lendário “Nono Planeta” (ou “Planeta X”) enquanto trabalhava no Observatório Lowell em Flagstaff, Arizona. A existência deste corpo havia sido prevista anteriormente com base em perturbações na órbita de Urano e Netuno. Depois de receber mais de 1.000 sugestões de todo o mundo e um debate entre a equipe do Observatório, esse objeto recém-descoberto recebeu o nome de Plutão – proposto por uma jovem estudante de Oxford (Venetia Burney).
Desde então, Plutão tem sido objeto de estudo considerável, uma controvérsia de nomenclatura, e foi visitado pela primeira vez em 14 de julho de 2015, pela missão New Horizons. Uma coisa que ficou clara desde o início é a natureza da órbita de Plutão, que é altamente excêntrica e inclinada. De acordo com uma nova pesquisa, a órbita de Plutão é relativamente estável em escalas de tempo mais longas, mas está sujeita a perturbações caóticas e mudanças em escalas de tempo mais curtas.
A pesquisa foi conduzida pelo Dr. Renu Malhotra, Professora de Pesquisa Científica Louise Foucar Marshall do Laboratório Lunar e Planetário da Universidade do Arizona (LPL); e Takashi Ito, professor associado do Centro de Pesquisa de Exploração Planetária do Instituto de Tecnologia de Chiba (PERC) e do Centro de Astrofísica Computacional do Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ). O artigo que descreve suas descobertas apareceu recentemente no Proceedings of the National Academy of Sciences.
Para decompô-lo, a órbita de Plutão é radicalmente diferente daquelas dos planetas, que seguem órbitas quase circulares ao redor do Sol perto de seu equador, projetadas para fora (também conhecida como eclíptica). Em contraste, Plutão leva 248 anos para completar uma única órbita ao redor do Sol e segue uma órbita altamente elíptica que está inclinada 17° em relação ao plano eclíptico do Sistema Solar. A natureza excêntrica de sua órbita também significa que Plutão passa 20 anos durante cada período orbitando mais perto do Sol do que Netuno.
A natureza da órbita de Plutão é um mistério duradouro e algo que os astrônomos tomaram conhecimento logo após sua descoberta. Desde então, vários esforços foram feitos para simular o passado e o futuro de sua órbita, o que revelou uma propriedade surpreendente que protege Plutão de colidir com Netuno. Como Dr. Malhotra disse ao Universe Today por e-mail, esta é a condição de ressonância orbital conhecida como “ressonância de movimento médio”:
“Esta condição garante que, no momento em que Plutão está à mesma distância heliocêntrica de Netuno, sua longitude está a quase 90 graus de distância da de Netuno. Mais tarde, outra propriedade peculiar da órbita de Plutão foi descoberta: Plutão chega ao periélio em um local bem acima do plano. da órbita de Netuno; este é um tipo diferente de ressonância orbital conhecido como ‘oscilação vZLK.'”
Essa abreviação se refere a von Zeipel, Lidov e Kozai, que estudaram esse fenômeno como parte do “problema dos três corpos”. Este problema consiste em tomar as posições e velocidades iniciais de três objetos massivos (já estendidos para incluir partículas) e resolver seu movimento subsequente de acordo com as Três Leis do Movimento de Newton e sua Teoria da Gravitação Universal – para a qual não há solução geral. Como Dr. Malhotra acrescentou:
“No final da década de 1980, com a disponibilidade de computadores mais poderosos, simulações numéricas revelaram uma terceira propriedade peculiar, que a órbita de Plutão é tecnicamente caótica, ou seja, pequenos desvios das condições iniciais levam à divergência exponencial das soluções orbitais ao longo de dezenas de milhões No entanto, esse caos é limitado. Foi encontrado em simulações numéricas que as duas propriedades especiais da órbita de Plutão mencionadas acima persistem em escalas de tempo de gigaanos, tornando sua órbita notavelmente estável, apesar dos indicadores de caos.”
Para seu estudo, Malhotra e Ito realizaram simulações numéricas da órbita de Plutão por até cinco bilhões de anos no futuro do Sistema Solar.
Em particular, eles esperavam abordar questões não resolvidas sobre as órbitas peculiares de Plutão e outros objetos do tamanho de Plutão (também conhecidos como Plutinos). Essas questões foram abordadas por pesquisas realizadas nas últimas décadas, como a “teoria da migração planetária”, mas só até certo ponto. Em particular, eles esperavam abordar questões não resolvidas sobre as órbitas peculiares de Plutão e outros objetos do tamanho de Plutão (também conhecidos como Plutinos). Nas últimas décadas, os astrônomos tentaram abordar essas questões com novas teorias (como a “teoria da migração planetária”), mas tiveram sucesso limitado.
Nesta hipótese, Plutão foi puxado para sua ressonância de movimento médio atual por Netuno, que migrou durante o início da história do Sistema Solar. Uma grande previsão desta teoria é que outros Objetos Transnetunianos (TNOs) compartilhariam a mesma condição de ressonância, que desde então foi verificada com a descoberta de um grande número de plutinos. Essa descoberta também levou à aceitação mais ampla da teoria da migração planetária. Mas como Dr. Malhotra explicou:
“A inclinação orbital de Plutão está intimamente ligada à sua oscilação vZLK. Então, raciocinamos que, se pudéssemos entender melhor as condições da oscilação vZLK de Plutão, talvez pudéssemos resolver o mistério de sua inclinação. (Júpiter, Saturno e Urano) na órbita de Plutão.”
Para fazer isso, Dr. Malhotra e Ito fizeram simulações de computador onde simularam a evolução orbital de Plutão por até 5 bilhões de anos, incluindo oito combinações diferentes de perturbações de planetas gigantes. Essas simulações de N-corpos incluíram interações com:
– Netuno (-NP)
– Urano e Netuno (-UNP)
– Saturno e Netuno (-S-NP)
– Júpiter e Netuno (J-NP)
– Saturno, Urano e Netuno (-SUNP)
– Júpiter, Urano e Netuno (J-UNP)
– Júpiter, Saturno e Netuno (JS-NP)
– Júpiter, Saturno, Urano e Netuno (JSUNP)
“Não encontramos subconjuntos dos três planetas gigantes internos que fariam para recuperar a oscilação vZLK de Plutão; todos os três – Júpiter, Saturno e Urano – eram necessários”, disse o Dr. Malhotra. “Mas o que há nesses planetas que são essenciais para a oscilação vZLK de Plutão?” Dr. Malhotra acrescentou. “Existem 21 parâmetros necessários para representar as forças gravitacionais de Júpiter, Saturno e Urano em Plutão. Este é um espaço de parâmetros proibitivamente grande para explorar.”
Para simplificar esses cálculos, Dr. Malhotra e Ito os reduziram em um único parâmetro, introduzindo algumas simplificações. Isso incluía representar cada planeta com um anel circular de densidade uniforme, uma massa total igual à do planeta e um raio do anel igual à distância média do planeta ao Sol (também conhecido como semieixo maior). Como o Dr. Malhotra indicou, isso produziu um único parâmetro representando o efeito de Júpiter, Saturno e Urano (J2), que era equivalente ao efeito de um “Sol oblato”.
“[D]escobrimos um arranjo fortuito das massas e órbitas dos planetas gigantes que delineiam uma faixa estreita no parâmetro J2 em que a oscilação vZLK de Plutão é possível, uma espécie de ‘zona de Goldilock'”, disse ela. “Este resultado indica que, durante a era da migração planetária na história do Sistema Solar, as condições dos objetos transnetunianos mudaram de forma a promover muitos deles – incluindo Plutão – ao estado de oscilação vZLK. É provável que que a inclinação de Plutão se originou durante esta evolução dinâmica.”
Esses resultados provavelmente terão implicações significativas para estudos futuros do Sistema Solar externo e sua dinâmica orbital. Com um estudo mais aprofundado, o Dr. Malhotra acredita que os astrônomos aprenderão mais sobre a história da migração dos planetas gigantes e como eles eventualmente se estabeleceram em suas órbitas atuais. Também pode levar à descoberta de um novo mecanismo dinâmico que explicará as origens da órbita de Plutão e outros corpos com altas inclinações orbitais.
Isso será especialmente útil para astrônomos dedicados ao estudo da dinâmica do Sistema Solar. Como observou o Dr. Malhorta, os pesquisadores neste campo estavam começando a suspeitar que as evidências que poderiam lançar luz sobre a evolução orbital de Plutão poderiam ter sido apagadas pelas instabilidades e natureza caótica dessa mesma mecânica orbital. Como o Dr. Malhotra resumiu:
“Acho que nosso trabalho traz uma nova esperança para fazer a conexão entre a dinâmica atual do sistema solar e a dinâmica histórica do sistema solar. A origem das inclinações orbitais de planetas menores em todo o sistema solar – incluindo os TNOs – apresenta um grande problema não resolvido; talvez nosso trabalho estimulará mais atenção a ele.
“Outro ponto que nosso estudo ressalta é o valor de aproximações simples (r) para um problema complicado: ou seja, recolher 21 parâmetros em um único parâmetro abriu a porta para chegar aos mecanismos dinâmicos essenciais que afetam o muito interessante, mas difícil de entender dinâmica orbital de Plutão e Plutinos.”
Publicado em 24/04/2022 20h12
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