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Júpiter tornou possível a existência da Terra

Viajando na direção do Sol, Júpiter abriu o caminho para a formação da Terra, com apoio de Saturno

Júpiter pode ter aberto o caminho para a formação da Terra no início da história de nosso sistema solar.
Por Lee Billings

Na mitologia greco-romana, Júpiter é o rei dos deuses, divindade que destruiu a ancestral raça dos titãs para se tornar o vingativo e ciumento senhor dos céus e da Terra.

Por mais estranho que possa parecer, a teoria científica dá crédito a essa ficção histórica. Na posição de maior e mais pesado objeto orbitando nosso sol, Júpiter é o senhor dos planetas, uma força dominante no sistema solar.

Eras atrás, enquanto atirava destroços remanescentes da formação planetária para fora de nosso sistema solar, Júpiter provavelmente também lançou alguns deles na direção de nosso globo primordial, o que trouxe parte da água que atualmente preenche nossos oceanos.

Júpiter ainda pastoreia conjuntos de asteroides, impulsionando ocasionalmente alguns deles para o espaço interestelar ou colocando-os em cursos de colisão com a Terra e outros planetas. Júpiter pode até ter desempenhado um papel na extinção dos dinossauros, associada a um asteroide que ocorreu há 66 milhões de anos, e provocou eventos que conduziram ao reinado de nossos ancestrais mamíferos. Sem Júpiter, a humanidade poderia não existir.

Mas um novo estudo sugere que, sem Júpiter, a própria Terra poderia não existir. Na órbita dominada por ele e pelos outros planetas rochosos pode ter existido uma geração anterior de mundos destinada a ser maior, coberta de gás e completamente inabitável. Mas Júpiter chegou furioso, abrindo o caminho para pequenos mundos como a Terra ao destruir esses planetas mais velhos. O estudo, desenvolvido pelo cientista planetário Konstatin Batygin do Instituto de Tecnologia da Califórnia, e pelo astrofísico Greg Laughlin, da University of California, Santa Cruz, foi publicado no volume de 23 de março do periódico Proceedings of the National Academy of Sciences.

Um vazio no sistema solar

Existem centenas de razões para suspeitar que nosso sistema solar costumava ter um número maior de grandes planetas interiores: as centenas de sistemas multiplanetários descobertos por caçadores de planetas, como a missão Kepler, da Nasa. Ainda que nosso sistema solar seja praticamente vazio depois de Mercúrio, regiões equivalentes ao redor da maioria das outras estrelas parecem estar cheias de planetas próximos, de massa intermediária – aqueles entre o tamanho da Terra e Netuno.

Astrônomos esperançosos batizaram esses mundos de “super Terras”, mas a maioria deles se parece mais como mini-Netunos, ricos em hidrogênio e cobertos em gás – nem um pouco parecidos com a Terra. “Agora que podemos observar nosso sistema solar no contexto de todos esses outros sistemas planetários”, comenta Laughlin, “o sistema planetário padrão de nossa galáxia parece ser um conjunto de super Terras com períodos orbitais muito curtos. Nosso sistema solar parece cada vez mais exótico”.

Se esse for o caso, a pergunta óbvia é como ele ficou assim. De acordo com Batygin, não há razão para suspeitar que o atual processo de formação planetária tenha ocorrido de maneira muito diferente ao redor de nosso sol em comparação com outras estrelas. Em vez disso, a explicação para o estado isolado de nosso sistema pode ser encontrada nos detalhes de sua subsequente evolução – controlada por Júpiter de uma maneira impressionante.

Mundos em migração

Astrônomos costumavam considerar sistemas planetários como sendo razoavelmente estáticos e estáveis. Planetas coalesceriam a partir de discos giratórios de gás e poeira ao redor de estrelas jovens, mais ou menos como acontece com árvores saindo da terra, criando raízes e pouco se afastando de onde nasceram.

Pequenos planetas rochosos se formariam sob luz e calor intensos de estrelas, enquanto planetas gigantes gasosos se formariam mais longe, onde temperaturas mais baixas preservariam matérias-primas mais gasosas. Grandes ou pequenos, gasosos ou rochosos, a maioria dos planetas se moveria ao redor de suas estrelas em órbitas puras, quase circulares. Tudo isso concordava com a compreensão que tínhamos de nosso próprio sistema solar. Mas podemos estar completamente errados a respeito do que é mais comum na natureza.

Há vinte anos, quando astrônomos encontraram os primeiros planetas orbitando outras estrelas, eles começaram a perceber que sistemas planetários eram locais caóticos. Alguns planetas não orbitavam em quase-círculos, mas em rotas oblongas “excêntricas” que os levava para muito perto e depois para muito longe de suas estrelas – quase como se eles tivessem sido desalinhados pela influência gravitacional de outros mundos. E a maioria dos planetas gigantes recém-descobertos é muito diferente de Júpiter – em órbitas escaldantes, que praticamente abraçavam suas estrelas, muito mais internas que as regiões mais frias onde devem ter se formado. Planetas também poderiam migrar, propelidos por suaves interações com seus discos formadores ou por encontros com seus irmãos planetários.  

Desde que essas descobertas foram feitas, pesquisadores estudam a ideia de migração planetária para melhor compreender não apenas as características de outros sistemas planetários, mas as de nosso próprio sistema. Um exemplo é o cenário de "grand tack" que postula que nos primeiros milhões de anos da existência de nosso sistema solar, Júpiter migrava para dentro e para fora do sistema solar interior, seguindo um curso semelhante ao de um veleiro que navega ao redor de uma boia.

Naquela época, Júpiter ainda estaria inserido em um disco rico em gás. A maior parte desse gás espiralava na direção do sol – tanto que a ação também teria alterado parte do momento angular de Júpiter, fazendo com que o próprio planeta gigante saísse espiralando para a região que Marte ocupa atualmente. Júpiter teria continuado caindo em direção ao sol se não fosse pela subsequente formação de Saturno, que também ficou à deriva. Conforme esses dois planetas gigantes se aproximaram, eles foram capturados em uma ressonância orbital. Essa ressonância expulsou todo o gás que havia entre eles, gradualmente revertendo suas espirais de morte e fazendo com que eles “navegassem” de volta para o sistema solar externo.

Por mais fantástico que isso possa parecer, os mecanismos físicos subjacentes à hipótese do "grand tack" são consistentes, existem boas razões para suspeitar que ela realmente aconteceu. Esse cenário quase explica o tamanho inesperadamente reduzido de Marte, que deveria ser maior de acordo com alguns teóricos, dada a quantidade de material de formação planetária que deve ter existido em sua órbita há tanto tempo. Na "grand tack", Júpiter teria ejetado a maior parte desse material, deixando apenas o suficiente para que Marte se formasse. A hipótese também ajuda a explicar a distribuição de corpos gelados e rochosos no Cinturão de Asteroides e várias outras características do sistema solar.

O grande ataque

Em seu estudo, Batygin e Laughlin investigaram se a grande navegação de Júpiter também poderia explicar o grande vazio no centro de nosso sistema solar. Usando simulações numéricas, a dupla examinou o que a grande navegação faria a uma hipotética população embriônica de super Terras pegas no meio de sua formação. As simulações sugeriram que a espiral interna de Júpiter enviaria conjuntos de blocos de construção planetária com 100 quilômetros de diâmetro para dentro do sistema solar interior.

A gravidade do planeta gigante também lançaria esses blocos e os próprios planetas internos em órbitas elípticas, sobrepostas, criando uma corrida de demolição de mundos girando, colidindo e se fragmentando. “É por isso que ficamos preocupados com satélites destruídos na baixa órbita terrestre”, explica Laughlin. “Seus fragmentos começariam a atingir outros satélites e poderíamos ter uma reação em cadeia de colisões. Nosso trabalho indica que Júpiter teria criado uma dessas sequências de colisão no sistema solar interior”.

Ainda que essas colisões possam ter sido espetacularmente violentas, elas não poderiam ter destruído completamente as super Terras em formação. Em vez disso, a avalanche de destroços das colisões teria produzido poderosos ventos aerodinâmicos no disco do sistema solar, formando turbilhões espiralantes de gás que então lançaram a primeira geração de planetas rochosos interiores na direção do Sol. “Esse é um processo físico bem eficaz”, comenta Batygin. “Você só precisa de material equivalente a algumas vezes a massa da Terra para lançar planetas com dezenas de massas da Terra na direção do Sol”.

Além de observações de outros sistemas planetários sugerindo que o nosso é exótico, existem poucas evidências de que nosso sol criou e perdeu uma geração anterior de mundos interiores. Para Laughlin, a coerência técnica e a elegância da ideia são atraentes. “Esse tipo de teoria, em que primeiro aconteceu isso e depois aconteceu aquilo, quase sempre está errada, então eu estava cético a princípio”, admite ele. “Mas na verdade ela envolve processos genéricos que já foram extensivamente estudados por outros pesquisadores... a ‘grand tack’ de Júpiter pode muito bem ter sido um ‘grande ataque’ [grand attack, em inglês] contra o sistema solar original”. 

Um planeta mais solitário

Após o grande ataque de Júpiter, restariam apenas resquícios de gás e rocha destruída, mas Batygin aponta que apenas 10% de todo o material que Júpiter pode ter injetado no sistema solar interior teria sido necessário para formar Mercúrio, Vênus, Terra e Marte. Conforme Júpiter revertia seu curso e espiralava de volta para o sistema solar externo, sua passagem poderia ter posicionado uma fração dos destroços em órbitas mais circulares.

Após 100 ou 200 milhões de anos esses pequenos resquícios, depletados de volatilidade, se reuniriam para produzir os relativamente pequenos e áridos planetas interiores que conhecemos atualmente. Tudo isso é consistente com muitas outras evidências que sugerem que os planetas rochosos interiores se formaram bem depois depois dos gigantes exteriores, e explica porquê os mundos interiores do sol são menores e têm atmosferas mais finas que aqueles observados ao redor de outras estrelas.

A conclusão é que podemos estar ainda mais sozinhos no Cosmo do que pensávamos anteriormente. “Uma das previsões de nossa teoria é que planetas realmente semelhantes à Terra, com superfícies sólidas e pressões atmosféricas modestas, são raros”, observa Laughlin. 

Se isso for verdade, o estudo de Batygin e Laughlin significaria que a grande maioria de planetas próximos, potencialmente rochosos e habitáveis que observamos atualmente ao redor de tantas outras estrelas, pode não ser nem rochoso nem habitável. Em vez disso, se pudesse visitá-los, você seria esmagado, cozinhado e sufocado sob suas espessas atmosferas ricas em hidrogênio. O estudo também sugere que planetas distantes semelhantes a Júpiter são muito incomuns ao redor de outras estrelas; em vez de apenas visitar  brevemente sistemas internos, a maioria dos planetas gigantes migraria até lá para ficar, potencialmente impedindo a formação de mundos semelhantes à Terra.

A partir desse ponto de vista, podemos ter que agradecer a Saturno por estarmos aqui, porque a existência do planeta dos aneis pode ter impedido que Júpiter se estabelecesse mais perto do sol. O que, com licença poética, nos leva de volta à mitologia – onde Saturno era o pai de Júpiter, além de ser o deus responsável pela riqueza, prazer e abundância da Terra. Da próxima vez que você olhar para os céus, sem estar esmagado e cozido, sob um céu limpo e livre de hidrogênio, não agradeça às suas estrelas da sorte – agradeça a Júpiter e Saturno.

Publicado por Scientific American em 1º de abril de 2015