24 de janeiro de 2016
Nessa imagem temos o Sistema Solar didático (aquele de sala de aula) fora de escala e incompleto. Na página A Família Solar temos uma brevíssima descrição dos principais membros desse conjunto. Trata-se de uma família bem diversificada: uma estrela central de pequeno porte, planetas rochosos e gasosos, satélites de variados tamanhos e formatos, cometas, asteroides e poeira.
Aqui pretende-se expor um pouco da origem disso tudo e sua evolução até o estágio atual, e, com isso, responder a algumas perguntas como: por que Júpiter e Saturno são gasosos? Por que há um acúmulo de asteroides entre Marte e Júpiter? Etc e etc.
 |
| Trecho da Nebulosa de Órion conhecida como "maternidade estelar" |
Do decorrer dos séculos muitas teorias foram levantadas para explicar como nossa estrela "veio ao mundo" paralelos a essa discussão estavam os que questionavam como os planetas surgiram. Bem, descartando as ideias religiosas e filosóficas, a primeira teoria científica proveio de Descartes se baseando no que ele chamou de vórtices do universo primordial. Atualmente a Hipótese Nebular é a que mais tem respeito na comunidade científica, pois explicar diversas características físicas observadas e mensuradas. Formulada por Emanuel Swedenborg, Immanuel Kant e Pierre Simon Laplace no século XVIII essa hipótese foi sendo questionada com o passar dos anos, mas sempre conseguiu explicações para os eventos observados.
Conforme explica a hipótese, no início havia uma grande nuvem molecular com cerca de 65 anos-luz de diâmetro, mas fragmentada em pedaços menores. Mas o que faria essa nuvem se transformar no Sistema Solar? É necessário algo que faça essa nuvem reagir. Em estudos de meteoritos antigos, constatou-se a presença de elementos que só poderiam ser formados por pressões e temperaturas presentes em explosões de supernovas, logo é provável que uma supernova próxima da nuvem inicial tenha desencadeado o processo de formação do Sol e dos planetas. Mas como? A explosão da supernova provocou ondas de choque que atingiram a nuvem, com isso partes dela se tornaram mais densas e essa densidade, por sua vez, atraiu mais massa por efeito gravitacional. Pronto! O processo começou. Isso a 4,568 bilhões de anos.
A nebulosa solar começou a encolher e com isso girar para manter o momento angular. A cada mais massa que se acumulava no centro, mas rápido girava a nuvem. Por efeito da força centrífuga partes externas da massa central foram sendo "alongadas" dando um aspecto de ovo frito: um núcleo grande, mas achatado com bordas mais finas, temos agora o disco protoplanetário.
 |
| Disco protoplanetário |
Do início da contração da nebulosa solar até a formação do disco protoplanetário foram apenas 100 mil anos, ou seja, um processo rápido para os padrões do universo. Mas a etapa seguinte seria mais longa, no centro do disco a protoestrela ou protossol com tamanho equivalente ao da atual órbita de Mercúrio levou cerca de 50 milhões de anos acumulando matéria e comprimindo-a até que a temperatura do núcleo atingisse cerca de 15 milhões de graus Celsius. A essa temperatura e pressão os átomos do hidrogênio passaram a se fundir, num processo de grande liberação de energia. A fornalha solar estava ligada!
Agora com uma fonte interna de energia a
tendência era expansão dos gases, mas a forte gravidade agia no sentido
contrário. Assim, nesse "cabo-de-guerra" de forças descomunais o Sol ganhava equilíbrio hidrostático adquirindo
forma mais ou menos esférica. Essa etapa da evolução continua até hoje, o Sol praticamente não mudou nos últimos 4 bilhões de anos.
 |
| O Sol atual |
A FORMAÇÃO DOS PLANETAS
Enquanto no centro do disco protoplanetário o Sol estava numa turbulência de calor e pressão, nas partes mas externas o "mundo" era um pouco mais calmo, mas não por muito tempo. Ao contrário do que muita gente pensa, os planetas não derivam de partes na nebulosa inicial que se concentrou em núcleos num processo semelhante ao do Sol. Ao redor da pré-estrela, grãos de poeira de vários tamanhos (de micrômetros a metros) começaram a se fundir, se aglutinaram por colisões, partes menores "grudando" nas maiores em sequência até atingirem tamanhos quilométricos, formando os planetesimais.
Enquanto no centro do disco protoplanetário o Sol estava numa turbulência de calor e pressão, nas partes mas externas o "mundo" era um pouco mais calmo, mas não por muito tempo. Ao contrário do que muita gente pensa, os planetas não derivam de partes na nebulosa inicial que se concentrou em núcleos num processo semelhante ao do Sol. Ao redor da pré-estrela, grãos de poeira de vários tamanhos (de micrômetros a metros) começaram a se fundir, se aglutinaram por colisões, partes menores "grudando" nas maiores em sequência até atingirem tamanhos quilométricos, formando os planetesimais.
 |
| Formação dos planetesimais |
Os planetesimais já possuem tamanho e massa que possibilitem exercer influência gravitacional ao seu redor. Centenas deles foram formados uns mais próximos do Sol e outros mais distantes. Nas regiões mais próximas estavam submetidos ao calor mais intenso da estrela, o que fez com elementos de baixo ponto de condensação (ou vaporização) como hidrogênio e hélio não se liquefizessem. Na forma gasosa tais elementos não formaram as poeiras e, por consequência, os planetesimais. Assim, apenas elementos de alto ponto de condensação como ferro, níquel e compostos silicatos puderam se manter sólidos e formar os chamados planetas telúricos ou terrestres: Mercúrio, Vênus, Terra e Marte.
Nos pontos mais afastados, o material volátil pode se manter sólido devido a baixa temperatura, assim o gelo e também um pouco de rocha se uniu para formar planetesimais ricos em hidrogênio e hélio. Além disso, as camadas externas do ex-disco protoplanetário ainda continham quantidades significativas de gás hidrogênio livre se movendo lentamente, fato este possibilitou a captura pelo planetas em formação, o que explica Júpiter e Saturno serem gigantes gasosos com núcleos rochosos.
Há uma teoria paralela, a qual defende que Júpiter e Saturno tiveram origem semelhante ao Sol, com acúmulo e compressão de parte da nebulosa solar inicial, o que explicaria seus tamanhos imensos. Ao passo que apenas Urano e Netuno teriam surgido por agregação do gelo. A crítica a esta teoria está no fato que, sim, os dois maiores planetas têm atmosferas oriundas dos gases da nebulosa solar, mas a concentração da mesma no momento estimado para início de sua acumulação para formação dos planetas já era baixa, insuficiente para iniciar um processo de formação de uma "protoestrela jupiteriana", restando apenas uma quantidade que posteriormente seria capturada por ação gravitacional.
A FORMAÇÃO DOS COMETAS E ASTEROIDES
Tudo estava indo bem, o Sol já com a cara do astro-rei que conhecemos, vários planetesimais sólidos próximos entre si orbitando a estrela, Júpiter e Saturno enormes, Urano e Netuno em acabamento. Acontece que parte do material da construção sobrou, rocha s e gelo que não encontraram alguém para se unir ficaram vagando a esmo.
Os restos, ou melhor, os materiais que permaneceram próximos ao Sol perderam por completo seu conteúdo volátil, se tornando verdadeiras pedras de rocha e de metal. Além disso, já não sofriam risco constante de colisão com algum planetesimal, mantendo órbitas relativamente estáveis, os asteroides estavam surgindo. Outros se mantiveram longe, com isso não perderam seu material de baixo ponto de vaporização. Tais astros encontraram um abrigo a mais 40 UA (cerca de 6 bilhões de quilômetros) numa região conhecida como Cinturão de Kuiper, porém perturbações de planetas, mais especificamente Netuno, interferem nessa paz, os arremessa em direção ao Sol, numa órbita bem elíptica (alongada). Nesse trajeto, seu corpo começa a sublimar até formar uma espessa atmosfera, esta assoprada pelo vento solar lembra uma cauda ou uma cabeleira, bem aí estão os cometas.
EVOLUÇÃO
Depois de tudo isso: pronto! O Sistema Solar estava formado. Bem, e a Terra? Note que os planetas terrestres ainda não existiam, haviam vários planetesimais rochosos orbitando o Sol e o Cinturão de Kuiper estava mais próximo da estrela que hoje.
Estamos numa época poucos milhões após o início da contração da nebulosa solar, o Sistema está povoado de dezenas de planetesimais com alguns quilômetros de diâmetros. Aí reside o problema, ou a solução. Numa região repleta de objetos em órbitas ainda em processo de estabilização, os choques foram inevitáveis. Numa época turbulenta, os planetesimais colidiram e se fundiram entre si, surgiram os protoplanetas. Estes, nada mais eram do que os planetas em fase de acabamento. Com o tempo, cada protoplaneta foi "limpando" sua órbita atraindo os últimos pedaços que ainda não foram incorporados. Acredita-se que a Terra e Vênus surgiram da colisão de mais de 10 planetesimais. Já o pequeno Mercúrio é uma incógnita, mas alguns modelos sugerem que este sofreu o efeito contrário, tendo perdido matéria nos impactos entre seus constituintes.
A origem dos satélites é variada, alguns derivam dos choque entre os planetesimais, como é o caso da Lua Outros se formaram junto com seu planeta, agregando matéria, mas não deixando ser agregado por ele. No entanto, a grande maioria dos satélites provêm da captura gravitacional de planetesimais ou asteroides por planetas, como é o caso de Fobos e Deimos, satélites marcianos.
Em outro ponto do Sistema Solar a formação planetária falhou. No local onde hoje se encontra o Cinturão de Asteroides, entre Marte e Júpiter, os planetesimais iniciaram os processos de colisão, porém ao invés de se aglutinatem a gravidade de Júpiter, que já era enorme, impediu a fusão, ou seja, "freou" os fragmentos e pior, alguns foram lançados para as partes internas e externas do Sistema Solar. Estima-se que a maior parte dos asteroides do Cinturão foram explusos ou engolidos por Júpiter. Cálculos sugerem haver mais de 500 mil objetos no Cinturão.
DANÇA DOS PLANETAS
A hipótese nebular foi além. Modelos matemáticos sugerem que Urano e Netuno não deveriam ter nascidos onde vivem atualmente. Os locais onde hoje se encontram seria escasso de material para formá-los. Assim, a teoria mostra que ambos devem ter sido formados bem mais próximos do Sol, cerca de 2 bilhões de quilômetros mais perto, com Urano estando além de Netuno.
Cerca de 500 milhões de anos após a formação do Sistema Solar, Júpiter e Saturno se "relacionam" gravitacionalmente entrando em ressonância 2 para 1, ou seja uma volta de Saturno em torno do Sol se completa a cada duas de Júpiter. Esse processo perturba o equilíbrio da região e "empura" Urano e Netuno para mais longe. Netuno foi o mais atingido e dobrou sua distância à estrela, chegando numa região cheia de blocos de gelo.
Como Newton já dizia: ação gera reação de mesma intensidade e sentido oposto. Netuno ao chegar nesse novo ambiente não só moveu Júpiter um pouco mais na direção do Sol, como também lançou para o interior milhares dos pequenos corpos gelados. Mas Júpiter não é o maior à toa, esses planetesimais interagiram com a gravidade jupiteriana que os lançou em órbitas extremamente elípicas indo parar no que hoje chamamos Nuvem de Oort, uma longínqua região que está a milhares de Unidades Astronômicas daqui.
Alguns milhares de anos depois, todos estavam formados e em seu lugar. Nesse momento, um pequeno planeta rochoso, o terceiro a partir do Sol, ainda sofria com alguns impactos de cometas e asteroides. Sua superfície era um mar de lava incandescente, mas bons tempos estavam para chegar, tempos de calmaria, chuvas e moléculas orgânicas diferenciadas que apresentavam a incrível capacidade de replicação. Uma nova evolução estava para começar, mas isso é uma outra história.
Há uma teoria paralela, a qual defende que Júpiter e Saturno tiveram origem semelhante ao Sol, com acúmulo e compressão de parte da nebulosa solar inicial, o que explicaria seus tamanhos imensos. Ao passo que apenas Urano e Netuno teriam surgido por agregação do gelo. A crítica a esta teoria está no fato que, sim, os dois maiores planetas têm atmosferas oriundas dos gases da nebulosa solar, mas a concentração da mesma no momento estimado para início de sua acumulação para formação dos planetas já era baixa, insuficiente para iniciar um processo de formação de uma "protoestrela jupiteriana", restando apenas uma quantidade que posteriormente seria capturada por ação gravitacional.
 |
| Júpiter e Saturno: gigantes |
A FORMAÇÃO DOS COMETAS E ASTEROIDES
Tudo estava indo bem, o Sol já com a cara do astro-rei que conhecemos, vários planetesimais sólidos próximos entre si orbitando a estrela, Júpiter e Saturno enormes, Urano e Netuno em acabamento. Acontece que parte do material da construção sobrou, rocha s e gelo que não encontraram alguém para se unir ficaram vagando a esmo.
Os restos, ou melhor, os materiais que permaneceram próximos ao Sol perderam por completo seu conteúdo volátil, se tornando verdadeiras pedras de rocha e de metal. Além disso, já não sofriam risco constante de colisão com algum planetesimal, mantendo órbitas relativamente estáveis, os asteroides estavam surgindo. Outros se mantiveram longe, com isso não perderam seu material de baixo ponto de vaporização. Tais astros encontraram um abrigo a mais 40 UA (cerca de 6 bilhões de quilômetros) numa região conhecida como Cinturão de Kuiper, porém perturbações de planetas, mais especificamente Netuno, interferem nessa paz, os arremessa em direção ao Sol, numa órbita bem elíptica (alongada). Nesse trajeto, seu corpo começa a sublimar até formar uma espessa atmosfera, esta assoprada pelo vento solar lembra uma cauda ou uma cabeleira, bem aí estão os cometas.
 |
| Asteroide Itokawa |
 |
| Cometa Elenin |
EVOLUÇÃO
Depois de tudo isso: pronto! O Sistema Solar estava formado. Bem, e a Terra? Note que os planetas terrestres ainda não existiam, haviam vários planetesimais rochosos orbitando o Sol e o Cinturão de Kuiper estava mais próximo da estrela que hoje.
Estamos numa época poucos milhões após o início da contração da nebulosa solar, o Sistema está povoado de dezenas de planetesimais com alguns quilômetros de diâmetros. Aí reside o problema, ou a solução. Numa região repleta de objetos em órbitas ainda em processo de estabilização, os choques foram inevitáveis. Numa época turbulenta, os planetesimais colidiram e se fundiram entre si, surgiram os protoplanetas. Estes, nada mais eram do que os planetas em fase de acabamento. Com o tempo, cada protoplaneta foi "limpando" sua órbita atraindo os últimos pedaços que ainda não foram incorporados. Acredita-se que a Terra e Vênus surgiram da colisão de mais de 10 planetesimais. Já o pequeno Mercúrio é uma incógnita, mas alguns modelos sugerem que este sofreu o efeito contrário, tendo perdido matéria nos impactos entre seus constituintes.
 |
| O choque entre planetesimais |
Em outro ponto do Sistema Solar a formação planetária falhou. No local onde hoje se encontra o Cinturão de Asteroides, entre Marte e Júpiter, os planetesimais iniciaram os processos de colisão, porém ao invés de se aglutinatem a gravidade de Júpiter, que já era enorme, impediu a fusão, ou seja, "freou" os fragmentos e pior, alguns foram lançados para as partes internas e externas do Sistema Solar. Estima-se que a maior parte dos asteroides do Cinturão foram explusos ou engolidos por Júpiter. Cálculos sugerem haver mais de 500 mil objetos no Cinturão.
 |
| Os "pontinhos" em branco representam o Cinturão de asteroides |
DANÇA DOS PLANETAS
A hipótese nebular foi além. Modelos matemáticos sugerem que Urano e Netuno não deveriam ter nascidos onde vivem atualmente. Os locais onde hoje se encontram seria escasso de material para formá-los. Assim, a teoria mostra que ambos devem ter sido formados bem mais próximos do Sol, cerca de 2 bilhões de quilômetros mais perto, com Urano estando além de Netuno.
Cerca de 500 milhões de anos após a formação do Sistema Solar, Júpiter e Saturno se "relacionam" gravitacionalmente entrando em ressonância 2 para 1, ou seja uma volta de Saturno em torno do Sol se completa a cada duas de Júpiter. Esse processo perturba o equilíbrio da região e "empura" Urano e Netuno para mais longe. Netuno foi o mais atingido e dobrou sua distância à estrela, chegando numa região cheia de blocos de gelo.
Como Newton já dizia: ação gera reação de mesma intensidade e sentido oposto. Netuno ao chegar nesse novo ambiente não só moveu Júpiter um pouco mais na direção do Sol, como também lançou para o interior milhares dos pequenos corpos gelados. Mas Júpiter não é o maior à toa, esses planetesimais interagiram com a gravidade jupiteriana que os lançou em órbitas extremamente elípicas indo parar no que hoje chamamos Nuvem de Oort, uma longínqua região que está a milhares de Unidades Astronômicas daqui.
 |
| Esquema onde pode-se ver a espersão dos pedaços de gelo (em branco) com a migração de Netuno (círculo azul escuro) |
Alguns milhares de anos depois, todos estavam formados e em seu lugar. Nesse momento, um pequeno planeta rochoso, o terceiro a partir do Sol, ainda sofria com alguns impactos de cometas e asteroides. Sua superfície era um mar de lava incandescente, mas bons tempos estavam para chegar, tempos de calmaria, chuvas e moléculas orgânicas diferenciadas que apresentavam a incrível capacidade de replicação. Uma nova evolução estava para começar, mas isso é uma outra história.
Nenhum comentário:
Postar um comentário