Em 13 de dezembro de 1972, o astronauta Garisson Schmitt da Apollo 17 se aproximou de uma rocha no Mar da Tranquilidade na Lua. “Esta rocha tem seu próprio caminho que leva direto para a colina”, informou seu comandante, Eugene Cernan, observando onde a rocha estava antes de rolar morro abaixo. Cernan pegou algumas amostras.
"Imagine como seria se você tivesse parado lá antes que esta pedra rolasse", disse Cernan, pensativo. "Eu provavelmente não faria melhor", respondeu Schmitt.
Os astronautas esculpiram pedaços da lua na rocha. Então, usando um ancinho, Schmitt raspou a superfície empoeirada e levantou uma pedra que mais tarde seria chamada de troctolita 76536.
Essa rocha e seus irmãos de pedra deveriam contar a história de como nossa lua surgiu. Nesta história da criação, registrada em incontáveis livros didáticos e peças de museu de ciência nos últimos quarenta anos, a Lua foi derretida em uma colisão catastrófica entre um germe-terra e um mundo sólido do tamanho de Marte. O outro mundo era chamado de Teia, em homenagem à deusa grega que deu à luz Selene, a lua. Theia caiu na Terra com tanta força que os dois mundos derreteram. Os fluxos de material derretido lançados por Theia então esfriaram e solidificaram, formando o companheiro prateado que todos conhecemos bem.
Mas as medições modernas de troctolite 76536 e outras rochas da Lua e de Marte questionam esta teoria. Nos últimos cinco anos, vários estudos descobriram um problema: a hipótese da colisão gigante canônica é baseada em suposições que não correspondem às evidências. Se Theia atingiu a Terra e mais tarde formou a Lua, a Lua deve ser feita do material de Theia. Mas a Lua não é como Theia - ou Marte, aliás. Para os próprios átomos, é quase igual à Terra.
Diante dessa inconsistência, os exploradores lunares buscaram novas idéias para entender como a lua surgiu. A solução mais óbvia pode ser a mais simples, mas dá origem a outros problemas com a compreensão do jovem sistema solar: talvez Theia tenha formado a Lua, mas Theia também consistia de uma substância que é quase idêntica à Terra. Alternativamente, o processo de colisão misturava tudo, homogeneizando os pedaços individuais e os líquidos da torta, que era então cortada em porções. Nesse caso, a colisão deveria ser extremamente poderosa, ou deveria haver vários deles. A terceira explicação questiona nossa compreensão dos planetas. Pode ser que a Terra e a Lua que temos hoje tenham passado por estranhas metamorfoses e danças orbitais selvagens que mudaram radicalmente sua rotação e futuro.
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Más notícias para Teia
Para entender o que poderia ter acontecido no dia mais importante para a Terra, você precisa começar entendendo a juventude do sistema solar. Quatro bilhões e meio de anos atrás, o Sol estava cercado por uma nuvem quente de detritos em forma de donut. Os elementos estelares giravam em torno de nosso sol recém-nascido, esfriando e - com o passar dos anos - fundindo-se em um processo que não entendemos totalmente. Primeiro em aglomerados, depois em planetesimais e depois em planetas. Esses sólidos eram rígidos e frequentemente colidiam, evaporavam e reapareciam. Foi neste bilhar estelar incrivelmente difícil que a Terra e a Lua foram forjadas.
Para obter a Lua que temos hoje, com seu tamanho, rotação e velocidade com que se afasta da Terra, nossos melhores modelos de computador dizem que tudo com que a Terra colide, deve ser algo do tamanho de Marte. Qualquer coisa mais ou menos já produziria um sistema com momento angular muito maior do que observamos. Um projétil maior também jogaria ferro demais na órbita da Terra e produziria uma lua muito mais rica em ferro do que observamos.
Os primeiros estudos geoquímicos de troctolite 76536 e outras rochas corroboram essa história. Eles mostraram que as rochas lunares devem ter nascido em um oceano lunar de magma, que poderia, por sua vez, surgir de uma colisão gigante. Troctolite flutuou no mar fundido como um iceberg na Antártica. Com base nessas limitações físicas, os cientistas decidiram que a Lua foi feita a partir dos restos de Theia. Mas há um problema.
Voltemos ao jovem sistema solar. Conforme os mundos sólidos colidiam e evaporavam, seus conteúdos se misturavam, eventualmente se acomodando em regiões separadas. Mais perto do Sol, onde era mais quente, os elementos mais leves tinham maior probabilidade de esquentar e escapar, deixando um excesso de isótopos pesados (variações de elementos com nêutrons extras). Mais longe do Sol, as rochas foram capazes de reter mais água e os isótopos mais leves permaneceram. Portanto, um cientista pode examinar uma mistura de isótopos para determinar em que parte do sistema solar ela apareceu, assim como um sotaque denuncia a terra natal de uma pessoa.
Essas diferenças são tão pronunciadas que são usadas para classificar planetas e tipos de meteoritos. Marte é tão diferente da Terra, por exemplo, que seus meteoritos podem ser identificados simplesmente medindo a proporção de três isótopos de oxigênio diferentes.
Em 2001, usando técnicas avançadas de espectrometria de massa, os cientistas suíços reexaminaram o troctolite 76536 e outras amostras lunares. Descobriu-se que seus isótopos de oxigênio são indistinguíveis dos da Terra. Desde então, os geoquímicos estudaram titânio, tungstênio, cromo, rubídio, potássio e outros metais não tão comuns na Terra - e todos pareciam praticamente iguais.
Isso é uma má notícia para Teia. Se Marte é tão diferente da Terra, Theia - e, portanto, a Lua - deve ser diferente também. Se eles forem iguais, significa que a lua deveria ter se formado a partir de pedaços derretidos da Terra. As rochas coletadas pela Apollo, ao que parece, contradirão diretamente o que a física insiste.
"O modelo canônico está em séria crise", disse Sarah Stewart, cientista planetária da Universidade da Califórnia, Davis. "Ela não foi completamente morta ainda, mas seu estado atual é que ela não está trabalhando."
Lua de vapor
Stewart tentou repensar as limitações físicas desse problema - a necessidade de um corpo de impacto de um certo tamanho que se mova a uma certa velocidade - contra o pano de fundo de novas evidências geoquímicas. Em 2012, ela e Matiya Zhuk, agora no Instituto SETI, propuseram um novo modelo físico para a formação da lua. Eles afirmaram que a jovem Terra era um dervixe giratório, cujo dia durava de duas a três horas, quando foi atingida por Theia. A colisão produziu um disco ao redor da Terra - como o anel de Saturno - mas que durou apenas 24 horas. No final das contas, o disco esfriou e se solidificou para formar a lua.
Os supercomputadores não são poderosos o suficiente para simular totalmente esse processo, mas eles mostraram que um projétil colidindo com um mundo em rotação tão rápida pode cortar a Terra o suficiente, destruir completamente Theia e raspar pele suficiente de ambos para criar uma Lua e a Terra com as mesmas razões isotópicas. Como um oleiro na roda de oleiro.
Para que a explicação de rotação rápida da Terra seja correta, entretanto, deve haver algo mais desacelerando a taxa de rotação do planeta até seu estado atual. Em seu artigo de 2012, Stewart e Chuck argumentaram que, para certas interações orbitais-ressonantes, a Terra deveria ter transferido o momento angular para o sol. Mais tarde, Jack Wisdom, do Massachusetts Institute of Technology, propôs vários cenários alternativos para extrair o momento angular do sistema Terra-Lua.
No entanto, nenhuma das explicações foi satisfatória. Os modelos de 2012 nunca foram capazes de explicar a órbita da Lua ou sua química, diz Stewart. E assim, no ano passado, Simon Locke, um graduado de Harvard e estudante Stuart na época, apresentou um modelo atualizado que sugeria uma estrutura planetária nunca vista.
Em sua opinião, cada pedaço da Terra e Teia evaporou e formou uma nuvem inchada na forma de um donut grosso. A nuvem girou tão rápido que atingiu um ponto denominado limite de co-rotação. Nesta borda externa da nuvem, a rocha evaporada circulou tão rapidamente que a nuvem assumiu uma nova estrutura, com um disco grosso circulando a região interna. É importante ressaltar que o disco não foi separado da região central da mesma forma que os anéis de Saturno.
As condições nesta estrutura são indescritivelmente infernais; não há superfície, em vez de nuvens de rocha derretida, com cada área da nuvem formando gotas de chuva de rocha derretida. As luas cresceram dentro deste vapor, Locke diz, antes que o vapor finalmente esfriasse e deixasse para trás o sistema Terra-Lua.
Dadas as características incomuns da estrutura, Locke e Stewart sentiram que ela merecia um novo nome. Eles tentaram várias versões antes de chegar a "synestia", que usa o prefixo grego "pecado", que significa "juntos", e a deusa Héstia, que representa o lar, o coração e a arquitetura. Esta palavra significa "estrutura vinculada", diz Stewart.
“Esses corpos não são o que você pensa. E eles não têm a aparência que você pensou que seriam."
Em maio, Locke e Stewart publicaram um artigo sobre a física da sinestesia; seu trabalho sobre sinestesia lunar ainda está pendente. Eles o apresentaram em uma conferência planetária e disseram que seus colegas estavam interessados, mas dificilmente concordam com a ideia. Talvez porque a sinistia continue sendo apenas uma ideia; ao contrário dos planetas anelados, que são muitos no sistema solar, e dos discos protoplanetários, que são muitos no universo, ninguém jamais viu um único.
Mas é uma maneira divertida de explicar as peculiaridades de nossa Lua quando nossos modelos parecem não funcionar.
Dez luas
Entre os satélites naturais do sistema solar, a lua da Terra pode ser o mais surpreendente por causa de sua solidão. Mercúrio e Vênus não têm satélites naturais, em parte por causa de sua proximidade com o Sol, cuja influência gravitacional torna as órbitas dos satélites instáveis. Marte tem pequenos Fobos e Deimos, que alguns acreditam serem capturados por asteróides; outros falam a favor de grandes corpos caindo em Marte. Os gigantes gasosos têm muitos satélites, tanto duros quanto moles.
Ao contrário desses satélites, o satélite da Terra também se destaca pelo tamanho e pelo estresse físico que carrega. A lua representa menos de 1% da Terra em massa, e a massa total dos satélites dos planetas externos é inferior a 1/10 por cento de seus pais. Mais importante ainda, a Lua é responsável por 80% do momento angular do sistema terrestre -
Lua. Em outras palavras, a Lua é responsável por 80% do movimento do sistema como um todo. Para os planetas externos, esse valor é inferior a 1%.
Talvez Luna nem sempre carregou todo esse fardo. A face do satélite mostra evidências de bombardeios pesados; por que, então, deveríamos supor que apenas um golpe moldou a lua da terra? A lua pode ter se formado no decorrer de muitas colisões, de acordo com Raluka Rufu, uma cientista planetária do Instituto de Pesquisa Weizman em Israel.
Em um artigo publicado no inverno passado, ela argumentou que o satélite da Terra pode não ser original. Em vez disso, tornou-se uma coleção de milhares de peças - pelo menos dez, com base em seus cálculos. Os projéteis voaram em diferentes ângulos e velocidades para a Terra e formaram discos que se fundiram em "destroços das luas", eventualmente cegando a lua que conhecemos hoje.
Cientistas planetários notaram seu trabalho. Robin Canup, cientista lunar do Southwest Research Institute e especialista em teorias da formação lunar, diz que vale a pena considerar a teoria. No entanto, mais pesquisas são necessárias. Rufu não tem certeza se os destroços estavam se movendo na mesma direção, assim como a lua está constantemente olhando na mesma direção. Se sim, como eles poderiam ter se fundido? Isso ainda está para ser visto.
Enquanto isso, outros se voltaram para outra explicação para as semelhanças entre a Terra e a Lua, que poderia ter uma resposta muito simples. De sinestias a cinturões lunares, novos modelos de física - e nova física - podem ser controversos. Talvez a Lua seja semelhante à Terra apenas porque Theia era semelhante.
Mesmo
A lua não é a única coisa "terrestre" no sistema solar. Rochas como troctolite 76536 têm a mesma proporção de isótopos de oxigênio que rochas terrestres, assim como grupos de asteróides - condritos enstatíticos. Os isótopos de oxigênio desses asteróides são semelhantes aos da Terra, diz Miriam Telus, cosmoquímica que estuda meteoritos no Carnegie Institution, em Washington. “Um dos argumentos é que se formaram em áreas quentes do disco que poderiam estar mais próximas do sol”, diz ela. Eles podem ter se formado perto da Terra.
Algumas dessas rochas se juntaram para formar a Terra; outros formaram Theia. Os condritos enstatitos são rochas residuais que nunca foram coletadas ou cresceram o suficiente para formar mantos, núcleos e planetas totalmente formados.
Em janeiro, Nicholas Daufas, geofísico da Universidade de Chicago, afirmou que a maioria das rochas que se transformaram na Terra eram meteoritos do tipo enstatito. Ele argumentou que tudo o que se formou em uma região seria coletado deles. A construção planetária ocorreu usando os mesmos materiais mistos que agora encontramos na Terra e na Lua; eles têm a mesma aparência porque são iguais. O corpo gigante que formou a Lua provavelmente tinha uma composição isotópica semelhante à da Terra.
David Stevenson, cientista planetário do Instituto de Tecnologia da Califórnia que estudou as origens da lua desde que a hipótese de Theia foi apresentada pela primeira vez em 1974, diz que considera este trabalho a contribuição mais importante para a controvérsia no ano passado. Porque se concentra em um problema que os geoquímicos vêm tentando resolver há décadas.
“Esta é uma história inteligente sobre como os vários elementos que chegam à Terra devem ser vistos”, diz Stevenson.
Mas nem todos concordam. Ainda restam dúvidas sobre as proporções isotópicas de elementos como o tungstênio, observa Stewart. O tungstênio-182 é derivado do háfnio-182, portanto, a proporção de tungstênio para háfnio funciona como um relógio para determinar a idade de uma rocha específica. Se uma rocha tiver mais tungstênio-182 do que outra, você pode dizer com segurança que a rocha rica em tungstênio se formou antes. Mas as medições mais precisas mostram que as proporções de tungstênio para háfnio são as mesmas para a Terra e a Lua. Dois corpos deveriam estar em condições especiais para que isso acontecesse.
Baseado em materiais da Quanta
Ilya Khel
