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A DANÇA DAS LUAS DE JÚPITER
26 de maio de 2020

 


Imagem da atmosfera de Júpiter, obtida pela sonda Juno da NASA.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS; processamento por Tanya Oleksuik

 

Há quatrocentos anos atrás, o astrónomo Galileu Galilei anunciou a sua descoberta de quatro luas em órbita do planeta Júpiter, cada uma vista como um ponto esbranquiçado distinto no seu telescópio. No entanto, somente nas últimas quatro décadas os astrónomos puderam estudar as luas jovianas em detalhe a fim de revelar que as quatro - Io, Europa, Ganimedes e Calisto - são mundos fascinantes.

Embora todas sejam de tamanho semelhante - cerca de 1/4 do raio da Terra -, as quatro luas são diversas: Io é violentamente vulcânica, Europa está incrustada em gelo, Ganimedes tem um campo magnético e Calisto está cheia de crateras antigas. Além disso, a gelada Europa é considerada uma forte candidata a hospedar vida no Sistema Solar.

Uma questão em aberto ainda intriga os cientistas planetários: como é que os satélites jovianos se formaram?

Agora, o professor de ciências planetárias do Caltech, Konstantin Batygin e o seu colaborador Alessandro Morbidelli do Observatoire de la Côte d'Azur, França, propuseram uma resposta para esta questão de longa data. Usando cálculos analíticos e simulações em computador em larga escala, propõem uma nova teoria das origens dos satélites jovianos. A investigação foi publicada na edição de 18 de maio da revista The Astrophysical Journal.

Durante os primeiros milhões de anos de vida do nosso Sol, foi cercado por um disco protoplanetário composto de gás e poeira. Júpiter coalesceu a partir deste disco e tornou-se rodeado pelo seu próprio disco de material de construção de satélites. Este chamado disco circum-Joviano foi alimentado por material do disco protoplanetário que choveu para Júpiter nos polos do planeta e retornou à esfera de influência gravitacional de Júpiter ao longo do plano equatorial do planeta. Mas é aqui que as coisas ficam complicadas para a formação dos satélites: como é que este disco em constante mudança acumulou material suficiente para formar luas?

O novo modelo de Batygin e Morbidelli aborda esta questão incorporando a física das interações entre poeira e gás no disco circum-Joviano. Em particular, os investigadores demonstram que, para grãos de poeira gelada de uma gama específica de tamanhos, a força que os arrasta em direção a Júpiter e a força (arrastamento) que os transporta no fluxo externo do gás cancelam-se perfeitamente, permitindo que o disco atue como uma armadilha de poeira gigante. Batygin diz que a inspiração para a ideia surgiu quando saiu para correr.

"Eu estava a subir uma colina, e vi que havia uma garrafa no chão que não estava a rolar ladeira abaixo porque o vento vindo de trás de mim a empurrava para cima e a mantinha em equilíbrio com a gravidade," diz. "Uma analogia simples veio à mente: se uma garrafa de cerveja rolando num plano inclinado é semelhante à deterioração orbital de grãos sólidos devido ao arrasto hidrodinâmico, então partículas de um certo tamanho devem encontrar um equilíbrio equivalente na órbita de Júpiter!"

O modelo dos investigadores propõe que, devido a este equilíbrio entre o arrasto interno e o arrasto externo, o disco em torno de Júpiter tornou-se rico em grãos de poeira gelada, cada um com cerca de um milímetro de tamanho. Eventualmente, este anel de poeira tornou-se tão massivo que se desintegrou sob o seu próprio peso em milhares de "satélitesimais" - objetos gelados parecidos com asteroides com cerca de 100 km de diâmetro. Ao longo de milhares de anos, os satélitesimais coalesceram em luas, uma de cada vez.

De acordo com o modelo, quando a primeira lua (Io) se formou e a sua massa atingiu um certo limite, a sua influência gravitacional começou a criar ondas no disco gasoso de material que rodeava Júpiter. Ao interagir com estas ondas, a lua migrou em direção a Júpiter até que alcançou a orla interior do disco circum-Joviano, perto da sua órbita atual. O processo começou novamente com a próxima lua.

Este processo sequencial de formação e migração interna levou Io, Europa e Ganimedes a fixarem-se numa ressonância orbital - uma configuração onde por cada quatro órbitas de Io em torno de Júpiter, Europa completa duas e Ganimedes uma. Esta denominada ressonância de Laplace é uma das características mais impressionantes e bem conhecidas das órbitas das luas.

Finalmente, o modelo sugere que a radiação do Sol acabou eventualmente por expelir o gás restante no disco em torno de Júpiter, deixando para trás os satélitesimais residuais que formaram a quarta e última lua principal, Calisto. No entanto, sem gás para conduzir a longa migração, Calisto não se juntou às outras luas em ressonância, e ficou presa a completar uma órbita em torno de Júpiter a cada duas semanas.

"O processo que descrevemos para a formação dos satélites de Júpiter pode ser geral," diz Morbidelli. "Agora temos observações do disco em torno de um exoplaneta gigante, PDS 70c, e parece extraordinariamente rico em poeira, como imaginámos para o disco de Júpiter antes da formação dos seus satélites."

Ainda há muito a descobrir sobre a luas jovianas. A missão Europa Clipper da NASA, com lançamento previsto para 2024, vai visitar Europa com o objetivo de descobrir se possui ou não condições favoráveis à vida. A ESA também planeia enviar uma missão, de nome JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), com foco em Ganimedes, a maior das luas jovianas.

 

 


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// Caltech (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)

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Ressonância de Laplace:
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JUICE (JUpiter ICy moons Explorer):
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