Os cientistas continuam a estudar o sistema solar e parece muito interessante. Por exemplo, as órbitas planetárias modernas abrigam pistas que revelam as duras condições de origem do sistema solar - e, possivelmente, a existência de um gigante interestelar que se extraviou há muito tempo. Nosso sistema solar é como uma cena de crime que aconteceu há 4,6 bilhões de anos.
As órbitas modernas abrigam pistas que revelam as duras condições de origem do sistema solar - e possivelmente a existência de um gigante interestelar que se extraviou há muito tempo.
Nosso sistema solar é como uma cena de crime que aconteceu há 4,6 bilhões de anos.
Superfícies repletas de crateras, órbitas planetárias deslocadas e nuvens de detritos interplanetários são análogos cósmicos de respingos de sangue na parede e marcas de derrapagem de um carro saindo de sua perseguição. Essas e outras pistas falam das origens caóticas de nossa família planetária.
Espreitando entre essas pegadas estão pistas sobre um irmão perdido, o planeta 9 (não, não é Plutão), jogado fora no cabo de guerra gravitacional que acompanhou a formação original do sistema solar.
Hoje em dia, quatro grandes planetas dominam a periferia do sistema solar: Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Atrás deles está o Cinturão de Kuiper - um campo de fragmentos de gelo, entre os quais Plutão é encontrado.
“Não pense que a periferia do sistema solar sempre foi a mesma que é agora”, diz David Nesvorny, cientista planetário do Southwest Research Institute em Boulder, Colorado, que primeiro falou a favor da existência de um planeta fugitivo em 2011. ano.
Nesvorni é membro de um grupo de cientistas que está tentando descobrir como o sistema solar evoluiu nas primeiras centenas de milhões de anos de sua existência. Usando sofisticados modelos de computador, os pesquisadores compilaram uma linha do tempo de colisões entre planetas recém-nascidos que surgiram relativamente próximos uns dos outros - eles planavam alternadamente e saltavam de uma órbita para outra. Esses modelos revelaram muitos pequenos detalhes sobre como os planetas, asteróides e cometas giram em torno do sol hoje.
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Só havia um problema. Normalmente, os cenários simulados terminavam com Urano ou Netuno sendo expulso do sistema solar, como escreveu Nesvorni em setembro na Annual Review of Astronomy and Astrophysics.
Como, na realidade, Urano e Netuno permanecem em seus lugares - as espaçonaves visitaram os dois -, algo nesses cenários não funcionou. No entanto, como muitos pesquisadores suspeitam, um jogador-chave neste mistério e um elo perdido na história do sistema solar pode muito bem ser o quinto planeta gigante.
Planeta perdido
Os astrônomos contam com modelos de computador para recriar essas cenas antigas, criando milhares de sistemas solares diferentes de milhares de maneiras diferentes. Eles traduzem em código as leis da física e quaisquer posições planetárias iniciais que possam imaginar. O pesquisador define os parâmetros - um planeta aqui, um monte de asteróides ali - e então se recosta na cadeira e deixa o ambiente simulado fazer todo o trabalho por ele. Depois de algumas semanas em tempo real - milhões de anos no modelo - o astrônomo verifica os resultados para ver o que aconteceu com o sistema solar. Quanto mais próximo estiver da realidade, mais bem-sucedido será o modelo.
Foi o que Nesvorni fez em 2009. Ele mergulhou em sistemas solares virtuais em uma tentativa de resgatar Urano e Netuno virtuais de seus caminhos virtuais no espaço profundo.
O problema era Júpiter, um planeta hooligan gigante cuja gravidade pode chegar longe o suficiente para ser empurrado por planetas menores e vários detritos. Na simulação de maior sucesso até hoje, Júpiter e um dos dois planetas externos ricochetearam um no outro e finalmente estabeleceram suas órbitas atuais. Mas isso aconteceu apenas em um por cento de todos os modelos. Nos restantes 99% dos casos, Júpiter jogou Urano ou Netuno com tanta força que eles deixaram o sistema solar e nunca mais voltaram a ele.
“Isso tornava a situação muito misteriosa, pois sabíamos que Urano e Netuno continuavam existindo em sua forma atual”, diz Nesvorni. Então ele continuou a experimentar. Depois de um ano simulando inúmeros cenários diferentes, ele começou a pensar em adicionar planetas mártires - planetas extras sacrificados para salvar o resto.
“Eu apenas simulei a existência deles para ver o que acontecia, e não porque levasse a sério a ideia em si”, diz Nesvorni. "Mas então eu percebi que poderia haver um grão razoável nisso." Ele executou cerca de 10.000 cenários, mudando o número de planetas extras, sua localização original e a massa de cada um deles.
A melhor opção, que previu com mais precisão o estado atual de nosso sistema solar, acabou sendo aquela em que o planeta extra estava localizado entre as órbitas originais de Saturno e Urano. Em termos de massa, o planeta era aproximadamente igual a Urano e Netuno e era quase 16 vezes maior que a Terra. É um planeta que poderia colidir com a órbita de Júpiter e voar para fora do sistema solar.
O gráfico mostra como a distância entre os planetas e o sol mudou ao longo do tempo. Nos primeiros milhões de anos no modelo de computador, as órbitas mudaram lentamente, então houve um contato próximo entre Saturno (verde) e um planeta extra (roxo), o que levou à desestabilização das órbitas. As linhas pontilhadas indicam os tamanhos atuais das órbitas. (Fonte: retirado de materiais de D. Nesvorny / seção de astronomia e astrofísica da revista Knowable, 2018.)
As chances ainda são mínimas. Nos modelos subsequentes, esse alinhamento terminou com sucesso em cerca de cinco por cento do tempo. “A existência do sistema solar tal como está não é típica nem previsível”, observou Nesvorny em 2012 em um artigo co-escrito por seu colega Alessandro Morbidelli, do Observatório da Riviera Francesa. Apesar disso, o modelo foi uma melhoria significativa em relação à taxa de sucesso de 1% para os modelos que incluíam apenas os quatro planetas gigantes que conhecemos e amamos hoje.
“Presumir um quinto planeta torna muito mais fácil explicar o que está acontecendo”, diz Sean Raymond, cientista planetário da Universidade de Bordeaux, na França. E embora a evidência seja principalmente circunstancial, "é muito mais lógico supor que então havia também um quinto planeta".
Isso pode parecer uma suposição muito controversa. Como os astrônomos podem saber algo sobre o que aconteceu há quatro bilhões de anos, mesmo com os planetas que podemos observar agora, quanto mais aqueles sobre os quais nada sabemos? No entanto, descobriu-se que os planetas deixaram muitas cicatrizes de batalha da juventude como evidência para os detetives do futuro.
Respingo de sangue interplanetário
“Estamos mais do que confiantes de que os planetas não se originaram onde estão hoje”, disse Nathan Keib, cientista planetário da Universidade de Oklahoma em Norman.
No entanto, essa constatação aconteceu muito recentemente. Durante a maior parte da história, os astrólogos não tiveram dúvidas de que os planetas sempre estiveram em suas órbitas atuais. Mas, no início dos anos 1990, os pesquisadores perceberam que algo estava faltando nesse modelo.
Netuno e Tritão.
Um pouco além da órbita de Netuno está o cinturão de Kuiper, uma dispersão de fragmentos de gelo que circunda o sol. “Este é o nosso sangue respingado na parede”, disse Konstantin Batygin, um cientista planetário do Instituto de Tecnologia da Califórnia.
A localização dos objetos do cinturão de Kuiper levou os pesquisadores à conclusão inevitável: Netuno deveria ter se formado muito mais perto do Sol do que sugere sua localização atual. Muitos objetos do Cinturão de Kuiper se agrupam em órbitas concêntricas que lembram vagamente as ranhuras de um disco musical. Essas órbitas dificilmente são aleatórias - elas estão diretamente relacionadas a Netuno.
Por exemplo, Plutão é o habitante mais famoso do cinturão de Kuiper. Ele e algumas centenas de seus companheiros de viagem que conhecemos fazem exatamente duas revoluções ao redor do Sol nas três que Netuno fez durante o mesmo período. Outros fluxos de detritos no cinturão fazem uma revolução completa para cada duas que Netuno completa - ou melhor, quatro para cada sete.
O Cinturão de Kuiper não poderia ser feito dessa maneira sem influência externa. No entanto, se assumirmos que Netuno surgiu mais perto do Sol e depois se moveu para fora, sua força gravitacional seria forte o suficiente para capturar detritos interplanetários em suas redes e enviá-los para essas órbitas incomuns.
Este modelo mostra como o arranjo próximo dos planetas externos (imagem à esquerda) pode mudar com o tempo. As órbitas de Júpiter e Saturno estão convergindo (imagem central), o que leva a uma mudança em todas as outras órbitas. Especificamente neste modelo, Urano e Netuno são trocados. Algum tempo depois, (imagem à direita) detritos espaciais estão espalhados - alguns deles se acomodam no cinturão de Kuiper, enquanto os planetas começam a se mover em direção às suas órbitas atuais. (Fonte: adaptado de Astromark / Wikimedia Commons.)
Isso coincidiu com as previsões de alguns modelos obtidos uma década antes.
A formação dos planetas deixou para trás uma confusão de detritos espalhados por todo o sistema solar. Qualquer fragmento que se aproximasse demais de Netuno cairia inevitavelmente sob a influência de sua gravidade. Uma vez que cada ação é seguida por uma oposição de força igual, cada vez que Netuno empurrava o fragmento, ele próprio se movia na direção oposta. Lentamente, mas com segurança, Netuno se afastou do sol.
O processo de migração de Netuno também se aplica a outros planetas gigantes. Afinal, Júpiter, Saturno e Urano percorreram o mesmo campo de destroços e lidaram com interações gravitacionais semelhantes. E se Netuno mudou para um novo lugar, o mesmo deveria ter acontecido com todos os outros planetas gigantes.
E esse processo claramente não foi tranquilo.
Colisões contínuas com todos esses detritos deveriam ter transformado as órbitas dos planetas gigantes em círculos perfeitos e delgados - assim como o barro na roda de um oleiro é alisado pela mão firme de um oleiro. No entanto, as órbitas revelaram-se bastante diferentes. Em vez disso, os planetas gigantes se movem em órbitas ligeiramente alongadas e distorcidas. Como se alguém batesse em uma roda, remodelando os potes redondos.
Júpiter Pulando
Em 2005, os pesquisadores identificaram o culpado. Os novos modelos sugeriram que em algum ponto os planetas gigantes passaram pelo que os cientistas chamam de "instabilidade dinâmica". Em outras palavras, por cerca de um milhão de anos, tudo se transformou em um turbilhão louco. A razão mais provável para isso parecia ser uma série de colisões entre Saturno e Urano, ou Netuno - ou seja, um dos gigantes de gelo - que enviou um deles diretamente para Júpiter. Assim que o planeta perdido se aproximou, sua gravidade puxou Júpiter, desacelerando-o e empurrando-o para uma órbita mais estreita. No entanto, Júpiter puxou o planeta invasor com a mesma força. O gigante de gelo, sendo muito mais leve, acelerou muito mais do que Júpiter desacelerou e se afastou do sol.
Tal incidente seria um pogrom gravitacional para o sistema solar. Júpiter saltou mais profundamente para dentro, enquanto o resto dos planetas externos saltou para fora. Tal empurrão dobraria as órbitas dos planetas gigantes em seu estado atual. Além disso, salvaria o sistema solar interno - Mercúrio, Vênus, Terra, Marte e o cinturão de asteróides - da gravidade de Júpiter e Saturno, que era outro problema nos modelos mais antigos.
O que nos leva à remoção de Urano ou Netuno do sistema. É neste estágio da simulação que Júpiter costuma jogar fora um dos gigantes de gelo.
Esse é exatamente o problema que Nesvorny tentou resolver sem quebrar todo o resto nas simulações que funcionaram. O gigante de gelo extra recebe o peso do golpe de Júpiter, dando ao resto do cenário a capacidade de se desenrolar sem obstáculos.
“Isso é bastante plausível”, diz Batygin. "Não é um fato que sempre houve exatamente dois gigantes de gelo em vez de três." Pelo contrário, diz ele, alguns cálculos permitem a existência original de até cinco planetas semelhantes a Netuno.
Batygin e seus colegas investigaram esse problema em paralelo com Nesvorni, embora por razões diferentes. “Eu queria demonstrar que não poderia haver planeta gigante extra”, diz Nesvorni.
Grande Mancha Vermelha de Júpiter. Foto tirada pela Voyager 1.
Ele concluiu que, ao sair do sistema solar, esse planeta putativo deve ter deixado uma trilha aqui e ali no cinturão de Kuiper, em uma área conhecida como "cinturão clássico frio". Se o cinturão de Kuiper fosse um donut, continua Batygin, o cinturão clássico frio se tornaria seu recheio de chocolate - um aglomerado de objetos cujas órbitas estão localizadas praticamente no mesmo plano dentro do cinturão de Kuiper. Um planeta que passasse deveria ter interrompido essas órbitas - pelo menos, assim acreditavam Batygin e seus colegas.
Seus modelos de computador mostraram que nada parecido havia acontecido. Para sua surpresa, o planeta exilado não teria destruído o cinturão clássico frio em sua saída. Isso não prova a existência do planeta - o resultado obtido apenas indica que o sistema solar poderia existir em sua forma atual, com e sem ele. Este planeta poderia ter deixado uma pegada mais clara? Ou, voltando à analogia da cena do crime, há vestígios de derrapagem? Nesvorni acha que esses vestígios bem podem permanecer.
Núcleo da verdade
Existe outra parte do cinturão de Kuiper - um estreito fluxo de detritos gelados chamado núcleo, cujas órbitas não correspondem à posição atual de Netuno. Sua origem é um mistério. Em 2015, Nesvorni argumentou que, talvez, o motivo de tudo pudesse ser o movimento de Netuno do Sol, provocado por um planeta passado.
Conforme Netuno se movia para sua órbita final e varria os detritos para órbitas consistentes com as suas, em algum ponto ele poderia ser exposto, liberando o suficiente desses detritos para formar seu próprio fluxo.
Modelos mostraram que o mesmo impacto gravitacional que poderia fazer Júpiter saltar de uma órbita em órbita e empurrar o planeta extra para fora do sistema solar poderia ter acontecido no momento certo para empurrar Netuno também.
“O resultado é algo como um kernel”, diz Nesvorni. "Esta é uma evidência circunstancial … não é conclusiva."
Na verdade, nunca saberemos ao certo o que aconteceu no sistema solar durante sua formação. “Não podemos escrever a Bíblia do sistema solar”, diz Batygin. "Só podemos falar sobre esses eventos em termos muito gerais."
Se um dos habitantes do sistema solar é realmente expulso de suas fronteiras, ele está em boa companhia. Nos últimos anos, os astrônomos encontraram vários planetas desonestos à deriva entre as estrelas, que, muito provavelmente, também foram expulsos de suas casas. Projetando os resultados desta descoberta para o resto da galáxia, “há muito mais planetas voadores livres do tamanho de Júpiter do que estrelas”, diz Nesvorni.
Isso pode ser um exagero - de acordo com estimativas recentes, há apenas um planeta semelhante a Júpiter para cada quatro estrelas - mas ainda é bilhões de mundos em roaming. E esses são apenas aqueles que são comparáveis em tamanho a Júpiter. Nosso rejeitado era provavelmente menor - do tamanho de Netuno; e não temos ideia de quantos desses corpos estão vagando pela galáxia. Mas sabemos que o Universo tende a favorecer os corpos pequenos do que os grandes.
“Aposto que são muitos”, diz Nesvorni. Entre outras coisas, os astrônomos descobriram milhares de sistemas estelares na Via Láctea, e muitos deles mostram sinais de colisões em uma escala muito maior do que a discutida acima. "É incrível", diz Nesvorni, "como o sistema solar permaneceu organizado."
Christopher Crockett
