Astrônomos explicam origens das esquisitices de Urano

O choque com um planeta cuja massa seria até três vezes maior que a da Terra seria o motivo da inusitada inclinação de Urano

Urano é inclinado de maneira única entre os planetas do Sistema Solar. Suas luas e seus anéis também são orientados dessa maneira, sugerindo que eles se formaram durante um impacto cataclísmico que tombou o planeta no início de sua história. Crédito: Lawrence Sromovsky, Universidade de Wisconsin-Madison/Observatório WW Keck/Nasa

Os atributos incomuns do gigante gelado Urano intrigam os cientistas há muito tempo. Todos os planetas do Sistema Solar giram em torno do Sol na mesma direção e no mesmo plano, o que os astrônomos acreditam ser um vestígio de como o sistema se formou a partir de um disco giratório de gás e poeira. A maioria dos planetas também gira na mesma direção, com seus polos orientados perpendicularmente ao plano no qual esses planetas giram. Já Urano é inclinado em cerca de 98 graus.

Em vez de pensar sobre a realidade das estrelas espalhadas em todas as direções e a várias distâncias da Terra, é mais fácil entender imaginando a esfera celeste. Para imaginar o que é essa esfera, olhe para o céu noturno e imagine que todas as estrelas que você vê são pintadas no interior de uma esfera em torno do Sistema Solar. As estrelas então parecem subir e se pôr quando a Terra se move em relação a essa “esfera”.

À medida que Urano gira e orbita o Sol, ele mantém seus polos voltados para pontos fixos em relação a essa esfera, de modo que parece rolar e balançar da perspectiva de um observador da Terra. Urano também tem um sistema de anéis, como o de Saturno, e 27 luas que orbitam em torno de seu equador; assim, eles também são inclinados em relação ao plano da eclíptica.

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Colisão

As origens do conjunto incomum de propriedades de Urano agora foram explicadas por uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Shigeru Ida, do Earth-Life Science Institute (ELSI) do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Japão). Seu estudo, publicado na revista “Nature Astronomy”, sugere que, no início da história do Sistema Solar, Urano foi atingido por um planeta pequeno e gelado, com massa aproximadamente uma a três vezes maior que a da Terra. O choque tombou o jovem planeta e deixou seus sistemas de luas e de anéis como “canos fumegantes” do que ocorreu.

A equipe chegou a essa conclusão ao construir uma nova simulação em computador da formação de luas em torno de planetas gelados. A maioria dos planetas do Sistema Solar tem luas de diferentes tamanhos, órbitas, composições e outras propriedades, que os cientistas acreditam que podem ajudar a explicar como se formaram. Há fortes evidências de que a própria Lua se formou quando um corpo rochoso do tamanho de Marte atingiu a jovem Terra há quase 4,5 bilhões de anos. Essa ideia explica muito sobre a Terra, a composição da Lua e a maneira como nosso satélite orbita o planeta.

Os cientistas consideram que essas colisões maciças eram mais comuns no início do Sistema Solar; de fato, eles são parte da história de como se imagina que todos os planetas se formaram. Mas Urano deve ter experimentado impactos muito diferentes dos que ocorreram na Terra, simplesmente porque esse planeta se formou muito mais longe do Sol.

O eixo de rotação de Urano é inclinado em 98 graus em relação à sua “órbita normal”. As órbitas de suas luas coincidem com o eixo de rotação. Crédito: ELSI
Elementos voláteis

Uma vez que a Terra se formou mais perto do Sol, onde o ambiente era mais quente, ela é composta principalmente do que os cientistas chamam de elementos “não voláteis”, o que significa que eles não formam gases a pressões e temperaturas normais da superfície da Terra; eles são feitos de rochas. Em contraste, os planetas mais externos são em grande parte compostos por elementos voláteis, como água e amônia. Mesmo sendo gases ou líquidos sob as temperaturas e pressões da superfície da Terra, a grandes distâncias do Sol, eles são congelados em gelo sólido.

Segundo o estudo japonês, os impactos gigantes em planetas gelados distantes seriam completamente diferentes daqueles que envolvem planetas rochosos, como o impacto que os cientistas acreditam ter formado a Lua. Como o gelo da água se forma a baixas temperaturas, os detritos do impacto de Urano e o objeto astronômico gelado que se chocou com ele teriam evaporado principalmente durante a colisão. Isso também pode ter sido verdade para o material rochoso envolvido no impacto de formação da Lua, mas, por outro lado, esse material rochoso tinha uma temperatura de condensação muito alta, o que significa que se solidificou rapidamente e, assim, o satélite terrestre conseguiu coletar uma quantidade significativa de detritos criados pela colisão devido à sua própria gravidade.

Configuração reproduzida

No caso de Urano, esse grande objeto gelado foi capaz de inclinar o planeta, dando-lhe um período de rotação rápido (o dia de Urano é atualmente cerca de 17 horas, ainda mais rápido que o da Terra), e o material que sobrou da colisão permaneceu gasoso por mais tempo. O maior corpo de massa, que se tornaria Urano, coletou a maior parte das sobras e, portanto, as luas de Urano são pequenas. A proporção da massa de Urano para as massas de seus satélites é maior que a proporção da massa da Terra para a Lua por um fator de mais de 100. O modelo de Shigeru Ida e colegas reproduz elegantemente a configuração atual dos satélites de Urano.

“Este modelo é o primeiro a explicar a configuração do sistema lunar de Urano, e pode ajudar a explicar as configurações de outros planetas gelados no Sistema Solar, como Netuno”, observou Ida. “Além disso, os astrônomos agora descobriram milhares de planetas ao redor de outras estrelas, os chamados exoplanetas, e observações sugerem que muitos dos planetas recém-descobertos, conhecidos como super-Terras em sistemas exoplanetários, podem consistir em grande parte de gelo d’água, e esse modelo também pode ser aplicado a tais planetas.”

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