Um Jogo de Bilhar à Escala Planetária

A configuração actual do Sistema Solar tem sido alvo de intensa investigação. Na realidade, a visão tradicional de que os planetas se teriam formado, a partir de um disco proto-planetário primordial, de uma forma relativamente ordeira e nas suas posições actuais, não é consistente nem com as observações nem com simulações baseadas em modelos teóricos.

Ilustração artística do disco proto-planetário que deu origem ao Sistema Solar. Crédito: ESO/L. Calçada.

A formação dos planetas gigantes foi um dos passos determinantes na evolução do Sistema Solar. Segundo a teoria mais aceite, este processo inicia-se com a criação de um núcleo de rocha, metal e gelo com uma massa crítica de cerca de 8 a 10 vezes a massa da Terra. Ultrapassado este ponto, o núcleo tem gravidade suficiente para capturar hidrogénio e hélio presentes em grandes quantidades no disco proto-planetário, transformando-se rapidamente num gigante de gás. Trata-se de uma corrida contra o tempo porque a radiação e o vento de partículas emitidos pela estrela recém formada varrem estes gases mais leves do disco em apenas alguns milhares de anos.

Quando analisado à luz desta teoria, o Sistema Solar actual apresenta alguns paradoxos. Por um lado, os gigantes de gás e gelo não podem ter-se formado à distância a que se encontram actualmente do Sol; à distância actual de Júpiter, por exemplo, não haveria material suficiente no disco para formar um planeta tão maciço. Para além disso, Neptuno, com uma massa superior a Urano, deve ter-se formado numa zona mais densa do disco e portanto mais próxima do Sol do que o planeta se encontra actualmente.

Na impossibilidade de viajar no tempo e observar em primeira mão a formação do Sistema Solar, os cientistas recorrem a modelos teóricos para modelar a sua evolução em computador. Estes modelos fazem previsões sobre as características que o Sistema Solar deve ter na actualidade que são depois comparadas com as observações. Um modelo é tanto melhor quanto mais fieis às observações forem as suas previsões.

O Modelo de Nice, o mais popular, assume como condições iniciais que os núcleos maciços dos quatro gigantes do Sistema Solar ter-se-iam formado mais próximo do Sol, dentro de um raio de cerca de 20 unidades astronómicas, e que Neptuno estaria inicialmente mais próximo do Sol do que Urano. Depois da formação dos planetas gigantes, o disco proto-planetário teria ficado relativamente livre de gás e poeiras, ficando rodeado por um anel de corpos mais pequenos, o embrião da actual Cintura de Edgeworth-Kuiper (CEK).

O “passo de mágica” teria acontecido depois, quando um conjunto de interacções entre Júpiter e Saturno desestabilizou as órbitas de Urano e Neptuno, levando à troca de posições entre os mesmos, e ao seu afastamento relativamente ao Sol. Esta actividade teria, por sua vez, perturbado os corpos na CEK, muitos dos quais se precipitaram em direcção ao Sistema Solar interior, provocando o chamado “Grande Bombardeamento Tardio”, largamente responsável pelas abundantes crateras de impacto que observamos na Lua.

A simulação que se segue mostra a evolução do Sistema Solar exterior com base em duas variantes deste modelo.

Crédito: Sky&Telescope.

Notem em particular a primeira simulação. De início, nada de especial parece acontecer. Por volta dos 875 milhões de anos, Júpiter e Saturno desenvolvem uma ressonância 2:1 que altera significativamente a evolução do sistema. Reparem no que acontece às órbitas de Neptuno e de Urano a partir desse momento e a perturbação por eles introduzida na CEK. Na segunda simulação, a ordem inicial dos planetas gigantes é a mesma da actual, mas as distâncias originais ao Sol é bem menor. Mais uma vez Júpiter e Saturno são os grandes desestabilizadores do sistema e provocam a migração de Urano e Neptuno para órbitas mais exteriores e a consequente perturbação da CEK.

O Modelo de Nice consegue reproduzir em traços gerais a configuração actual do Sistema Solar, incluindo as características dos planetas gigantes e a causa e cronologia de eventos como o “Grande Bombardeamento Tardio”. Se continuar a ser favorecida pelas observações, ela mostra também que os sistemas planetários são altamente dinâmicos, com perturbações seculares mútuas entre os planetas capazes de alterar substancialmente a sua configuração.

Uma versão deste artigo foi publicado no blog AstroPT.

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