O sistema solar adquiriu sua configuração atual logo após sua formação

Olá leitor! Meu nome é Irina, estou conduzindo um canal de telegrama sobre astrofísica e mecânica quântica "Quant" . Desta vez, preparei para você uma tradução de um artigo sobre o processo de configuração do Sistema Solar para o estado que estamos observando agora (e mais importante, quando aconteceu!)
Aprecie a leitura.



Um modelo desenvolvido por pesquisadores brasileiros mostra uma fase caótica que coloca objetos nas órbitas atuais.

A hipótese de que o sistema solar surgiu de uma gigantesca nuvem de gás e poeira foi apresentada pela primeira vez na segunda metade do século XVIII pelo filósofo alemão Immanuel Kant e posteriormente desenvolvida pelo matemático francês Pierre-Simon de Laplace. Atualmente, os astrônomos são unânimes nesse assunto.

Mas não foi sem controvérsia. Até recentemente, acreditava-se que o sistema solar adquirisse suas características atuais como resultado de um período de turbulência que ocorreu aproximadamente 700 milhões de anos após a sua formação. No entanto, alguns dos estudos mais recentes mostram que ele se formou no passado mais distante, em algum momento dos primeiros 100 milhões de anos.

Um estudo realizado por três pesquisadores brasileiros fornece fortes evidências para essa estruturação anterior. Segundo artigo publicado na revista Icarus, o estudo foi financiado pela Fundação de Pesquisa de São Paulo - FAPESP. Todos os autores são afiliados à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, em Guaratingueta (Brasil).

O autor principal é Rafael Ribeiro de Souza. Os outros dois autores são Andre Isidoro Ferreira Da Costa e Ernesto Vieira Neto, pesquisador principal deste estudo.

"Uma grande quantidade de dados obtidos como resultado de observação detalhada do sistema solar nos permite determinar com precisão as trajetórias de muitos corpos que orbitam o sol", disse Ribeiro. - Essa estrutura orbital nos permite escrever a história da formação do sistema solar. Deixando a nuvem de poeira de gás em torno do Sol cerca de 4,6 bilhões de anos atrás, planetas gigantes se formaram em órbitas localizadas mais próximas umas das outras, bem como mais perto do Sol. As órbitas também eram mais coplanares e mais circulares do que agora, e mais interconectadas em sistemas dinâmicos ressonantes. "Esses sistemas estáveis ​​são o resultado mais provável da dinâmica gravitacional da formação de planetas a partir de discos protoplanetários gasosos".

"Os quatro planetas gigantes - Júpiter, Saturno, Urano e Netuno - emergiram da nuvem de poeira de gás em órbitas mais compactas", continua Isidoro. “Seus movimentos eram muito sincronizados devido aos circuitos ressonantes, com Júpiter fazendo três órbitas ao redor do Sol e Saturno duas. Todos os planetas estavam envolvidos nesse sincronismo, gerado pela dinâmica do disco de gás primário e pela dinâmica gravitacional dos planetas. ”

No entanto, em toda a área da formação do sistema solar externo, incluindo a zona localizada fora das órbitas atuais de Urano e Netuno, o sistema solar possuía um grande número de planetesimais, pequenos corpos de pedra e gelo eram considerados blocos de construção de planetas e os precursores de asteróides, cometas e satélites.

O disco planetesimal externo começou a perturbar o equilíbrio gravitacional do sistema. As ressonâncias foram quebradas após a fase gasosa, e o sistema entrou em um período de caos, no qual planetas gigantes interagiam violentamente e jogavam matéria no espaço.

"Plutão e seus vizinhos gelados foram empurrados para o cinturão de Kuiper, onde estão agora, e todo o grupo de planetas migrou para órbitas mais distantes do Sol", disse Ribeiro.

O Cinturão de Kuiper, cuja existência foi proposta em 1951 pelo astrônomo holandês Gerard Kuiper e posteriormente confirmada por observações astronômicas, é uma estrutura toroidal composta por milhares de pequenos corpos que orbitam o Sol.

A diversidade de suas órbitas não é observada em nenhuma outra parte do sistema solar. A borda interna do cinturão de Kuiper começa na órbita de Netuno a cerca de 30 unidades astronômicas do Sol. A borda externa é de aproximadamente 50 unidades astronômicas do sol. Um A.E. igual à distância da terra ao sol.

Voltando à violação do sincronismo e ao início do estágio caótico, surge a questão: quando isso aconteceu - muito cedo na vida do sistema solar, quando ele tinha 100 milhões de anos ou menos, ou muito mais tarde, provavelmente cerca de 700 milhões de anos após a formação dos planetas?

"Até recentemente, a hipótese de instabilidade tardia prevalecia", afirmou Ribeiro. - O namoro das pedras da lua trazidas pelos astronautas da Apollo sugere que elas foram criadas por asteróides e cometas que colidiram com a superfície lunar ao mesmo tempo. Esse cataclismo é conhecido como o "bombardeio pesado tardio" da lua. Se isso aconteceu na lua, provavelmente também aconteceu na Terra e em outros planetas do sistema solar. Como uma grande quantidade de matéria na forma de asteróides e cometas foi projetada em todas as direções do sistema solar durante o período de instabilidade planetária, deduziu-se das rochas lunares que esse período caótico estava atrasado, mas nos últimos anos a idéia de um "bombardeio tardio" da lua saiu de moda. "

Segundo Ribeiro, se uma catástrofe caótica tardia ocorresse, destruiria a Terra e outros planetas próximos à Terra, ou pelo menos causaria distúrbios que os colocariam em órbitas completamente diferentes das que estamos observando agora.

Além disso, descobriu-se que as pedras da lua trazidas pelos astronautas da Apollo foram disparadas de uma só vez. Se eles surgissem no final da instabilidade de planetas gigantes, haveria evidências de várias colisões, dada a dispersão de planetesimais por planetas gigantes.

“O ponto de partida para o nosso estudo foi a ideia de que a instabilidade deveria ser datada dinamicamente. A instabilidade poderia ocorrer mais tarde se houvesse uma distância relativamente grande entre a borda interna do disco planetesimal e a órbita de Netuno quando o gás estivesse esgotado. Essa distância relativamente grande era inaceitável em nossa simulação ”, disse Ribeiro.

Esse argumento é baseado em uma suposição simples: quanto menor a distância entre Netuno e o disco planetesimal, mais forte é o efeito gravitacional e, portanto, quanto mais cedo o período de instabilidade. Por outro lado, a instabilidade posterior requer maior distância.

“Criamos um modelo do disco planetesimal primário. Para fazer isso, tivemos que voltar à formação dos gigantes do gelo Urano e Netuno. Simulações em computador, baseadas em um modelo construído pelo professor Isidoro [Ferreira Da Costa] em 2015, mostraram que a formação de Urano e Netuno pode ter ocorrido em núcleos planetários com várias massas terrestres. As colisões maciças desses SuperEarths explicam, por exemplo, por que Urano gira de lado ", disse Ribeiro, referindo-se à" inclinação "de Urano, com os pólos norte e sul localizados nos lados, e não acima e abaixo.

Estudos anteriores apontaram a importância da distância entre a órbita de Netuno e os limites internos do disco planetesimal, mas eles usaram um modelo no qual quatro planetas gigantes já estavam formados.

“A novidade deste último estudo é que o modelo não começa com planetas totalmente formados. Em vez disso, Urano e Netuno ainda estão em estágio de crescimento, e duas ou três colisões com objetos de até cinco massas de terra são a força motriz do crescimento ”, disse Isidoro.

“Imagine uma situação em que Júpiter e Saturno são formados, mas, em vez de Urano e Netuno, temos cinco a dez SuperEarths. As super-terras são forçadas pelo gás a se sincronizarem com Júpiter e Saturno, mas como existem muitas, o sincronismo delas flutua e, eventualmente, colidem. As colisões reduzem seu número, possibilitando a sincronização. No final, Urano e Netuno permaneceram. Enquanto dois gigantes de gelo se formavam no gás, o disco planetesimal foi absorvido. Parte do assunto foi incluída em Urano e Netuno e parte foi transferida para os arredores do sistema solar. Assim, o crescimento de Urano e Netuno determinou a posição do limite interno do disco planetesimal. O que resta do disco agora é chamado de cinto Kuiper. O Cinturão de Kuiper é basicamente uma relíquia do disco planetesimal original,que já foi muito mais massivo. "

O modelo proposto é consistente com as órbitas atuais dos planetas gigantes e com a estrutura observada no cinturão de Kuiper. Isso também é consistente com o movimento dos Trojans, um grande grupo de asteróides que compartilham a órbita de Júpiter e, aparentemente, foram capturados durante a violação da sincronização.

Segundo um artigo publicado por Isidoro em 2017, Júpiter e Saturno ainda estavam em estágio formativo, e seu crescimento contribuiu para o deslocamento do cinturão de asteróides. O último artigo é uma espécie de continuação, a partir do estágio em que Júpiter e Saturno foram totalmente formados, mas ainda sincronizados, e descreve a evolução do sistema solar a partir deste ponto.

“A interação gravitacional entre os planetas gigantes e o disco planetesimal causou distúrbios no disco de gás, que se propagaram na forma de ondas. Waves criou sistemas planetários compactos e síncronos. Quando o gás terminou, a interação entre os planetas e o disco planetesimal interrompeu o sincronismo e gerou uma fase caótica. Levando tudo isso em consideração, descobrimos que simplesmente não há condições para que a distância entre a órbita de Netuno e os limites internos do disco planetesimal se torne grande o suficiente para suportar a hipótese de instabilidade tardia. Essa é a principal contribuição do nosso estudo, que mostra que a instabilidade ocorreu nos primeiros 100 milhões de anos e pode ter ocorrido, por exemplo, antes da formação da Terra e da Lua ”, afirmou Ribeiro.