Durante anos, os astrónomos suspeitaram que o nosso sistema solar pode ter perdido pelo menos um mundo em algum momento da sua história de 4,5 mil milhões de anos. E agora, uma nova investigação sugere que as luas de Júpiter e Urano podem de facto sugerir que a nossa vizinhança planetária já teve um terceiro gigante de gelo.
As evidências mostram que entre 3 mil milhões e 4 mil milhões de anos atrás, o sistema solaros maiores planetas provavelmente orbitavam muito mais perto de o sol (e entre si) do que fazem hoje. Também é sugerido que nossos quatro planetas gigantes — Júpiter, Urano, Saturno e Netuno – mudaram gradualmente para suas órbitas atuais devido a uma série de interações entre si gravidade.
Com isto em mente, os investigadores realizaram algumas simulações para explorar como toda aquela disputa por posição pode ter afetado as luas de Júpiter e Urano em particular – e os resultados sugerem que as luas destes dois planetas só sobreviveram a esse período tumultuado por causa de um planeta gigante que não sobreviveu.
Histórias potenciais do sistema solar
Clement e os seus colegas realizaram simulações computacionais de 122 versões possíveis do início do Sistema Solar exterior, utilizando diferentes combinações iniciais de planetas e diferentes cenários para os padrões de migração dos mundos. Eles executaram cada versão simulada da história do sistema solar várias vezes, anotando quais versões tinham maior probabilidade de produzir algo que se parecesse com o sistema solar exterior como o conhecemos hoje. Em particular, os pesquisadores estavam interessados nas luas do gigante gasoso Júpiter e do gigante gelado Urano.
“Acredita-se que os encontros planetários, e as (mudanças na órbita) que deles resultam, tenham desempenhado um papel fundamental na escultura de muitas pequenas populações de corpos em todo o sistema solar”, escreveram Clement e os seus colegas no seu artigo recente.
Outras equipes de astrônomos procuraram pistas sobre os movimentos de planetas gigantes nas órbitas de asteróides e outros pequenos objetos, estudando-os como pegadas para reconstruir como podem ter sido empurrados ou puxados para as suas órbitas atuais pela gravidade de planetas gigantes em movimento. As luas de Júpiter e Urano oferecem um conjunto de pistas especialmente bom, porque é provável que tenham estado mais ou menos nas suas órbitas atuais em torno dos seus planetas durante a maior parte da história do nosso sistema solar. As luas de Júpiter estão numa cadeia de ressonâncias orbitais que só poderiam ter sido formadas pelas luas puxando-se suavemente umas sobre as outras ao passarem durante um longo período de tempo, e os registos de crateras também sugerem que as luas de Júpiter são muito, muito antigas.
Vivemos em um sistema solar improvável
Acontece que Júpiter e Urano têm sorte de ter suas comitivas de luas.
As luas de Júpiter só passaram pela era dos gigantes migratórios em menos de 15% das simulações; As luas de Urano sobreviveram apenas cerca de 9% do tempo.
Na verdade, os cenários que funcionaram bem para um conjunto de luas tenderam a ser maus para o outro: as luas de Júpiter tiveram melhores probabilidades em simulações que começaram com dois gigantes de gelo adicionais, enquanto as luas de Urano sobreviveram com mais frequência quando havia um único gigante de gelo, mas maior. A probabilidade de que as luas de ambos os gigantes sobrevivam ao mesmo cenário é de apenas cerca de 1%.
Clement e os seus colegas encontraram apenas dois cenários em que as luas de ambos os planetas sobreviveram, e ambos incluíam um gigante de gelo extra no início.
“O sistema solar é o resultado de uma evolução de instabilidade bastante improvável”, escreveram Clement e seus colegas. Em outras palavras, imagine o Dr. Strange segurando dois dedos severamente durante aquela cena do campo de batalha em Vingadores: Guerra Infinita.
O gigante de gelo secreto e há muito perdido do nosso sistema solar
No cenário mais provável, o sistema solar começa com cinco planetas gigantes: os quatro grandes que conhecemos e amamos hoje, mais um gigante de gelo extra – uma espécie de Pete Melhor de planetas. Em algum momento do primeiro bilhão de anos do sistema solar, a migração de Júpiter o leva a cerca de 7 milhões de quilômetros do azarado gigante de gelo, dando a este último um empurrão gravitacional suficiente para atingir a velocidade de escape. Esse gigante de gelo há muito perdido provavelmente ainda está à deriva em algum lugar no espaço interestelar, frio e sozinho.
O gigante de gelo sendo expulso do sistema solar não foi o que poupou as luas de Júpiter e Urano de um destino semelhante. Mas o facto de o gigante gelado ter estado lá alterou o curso das migrações dos outros quatro planetas apenas o suficiente para poupar Úrano de mais do que um contacto moderadamente próximo com a gravidade de outro mundo gigante – e manteve esse período de migração mais curto do que teria sido de outra forma.
O encontro próximo de Júpiter com o gigante de gelo há muito perdido teria sido suficiente para alterar um pouco as órbitas das suas luas, perturbando aquela cadeia organizada de ressonâncias orbitais, mas não o suficiente para as fazer colidir umas com as outras ou atirá-las para o espaço interplanetário (e Clement e os seus colegas argumentam que deveriam ter tido tempo para gradualmente voltarem às suas ressonâncias). Enquanto isso, Urano e suas luas provavelmente sofreram pelo menos duas grandes mudanças: uma quando algo grande se chocou contra o planeta e o derrubou de lado, e novamente durante a migração dos planetas gigantes. Mas embora ambos os incidentes provavelmente tenham causado algumas colisões dramáticas entre as luas, não foram fortes o suficiente para destruir completamente os sistemas.
Talvez nunca saibamos os detalhes
Durante as suas simulações, Clement e os seus colegas testaram várias coisas, variando o número e a massa dos planetas gigantes no sistema solar, as suas órbitas iniciais e a massa total dos objetos na cintura de Kuiper – mas “o parâmetro variado mais relevante é o número inicial do gigante de gelo”, escreveram eles.
Clement e seus colegas, no entanto, observam que as simulações do chamado “modelo de Nice” com o qual trabalharam são estocásticas, o que significa que há um elemento de aleatoriedade envolvido no que acontece quando os objetos em movimento começam a interagir. E isso significa que é muito provável que nenhuma de suas simulações recrie exatamente o que aconteceu – apenas a ideia geral.
“É altamente provável que nenhuma das instabilidades modeladas na literatura contenha a sequência precisa de encontros necessária para reproduzir exatamente todos os aspectos do sistema solar”, escreveram os investigadores. Mas a simulação é um forte indício sobre os traços gerais, como a presença de um outro planeta, agora perdido no vazio.
O cientista planetário da Universidade Johns Hopkins, Matthew Clement, e seus colegas publicaram seu trabalho na revista Ícaro.
