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De onde vem tudo isso?

por em 10/08/2018 em Ciência, Naelton Araujo | Nenhum comentário

De onde vem tudo isso?

Cada povo teve seu mito fundador sobre a origem do mundo e isso determinou a sua cosmovisão. Às suas maneiras, as comunidades humanas contaram suas lendas sobre início de tudo: da Terra, do Sol e da Lua. Estas narrativas começaram religiosas e míticas. Vejamos um breve histórico das teorias científicas sobre formação do Sistema Solar.

Era da Razão

Com o avanço da razão sobre a crença, chegou a vez do método científico explicar a origem do Universo. O termo “cosmogonia” é mais usado hoje em dia pelos cientistas planetários para descrever a origem do Sistema Solar mais do que para explicar a origem do Universo.

No alto a esquerda: Descartes. No alto a direita: Kant. Abaixo a esquerda: Maxwell. Abaixo e a direita: Laplace.

Por outro lado, contar a origem do Sistema Solar a partir do Big Bang seria como tentar explicar os resultados das últimas eleições municipais a partir da saída das caravelas de Cabral de Portugal. Tem relação causal? Sim, podemos dizer que sim, mas forçando bastante. Estes fatos estão tão distantes do ponto de vista temporal que qualquer relação causa-efeito praticamente se perde.

O Vórtex

O francês René Descartes (1596-1650) foi primeiro a tentar uma explicação científica para origem do Sistema Solar. A sua Teoria do Vórtex (1644) imaginava que o Sol e os planetas vieram do éter (estado da matéria que se acreditava existir na época) e matéria em turbulência. Através do atrito, haveria concentrações de matéria em que as “correntes” se encontravam. Este teoria não explicava por que as órbitas estão tão próximas de um plano.

No alto a esquerda: frontíspicio do livro de Laplace. Abaixo a esquerda: retrato de Laplace. Abaixo e a direita: etapas da hipótese nebular de Laplace.

Hipótese Nebular de Kant e Laplace

O filósofo prussiano Immanuel Kant (1724-1804) foi o primeiro a idealizar a teoria da Nebulosa Primitiva, em 1755. O matemático, astrônomo e físico Pierre Simon,  marquês de Laplace (1749-1827),a desenvolveu em seu livro Exposition du Systéme du Monde (França, 1796). Segundo esta visão, a nebulosa original contraiu sob ação da gravidade e a velocidade de rotação aumentou até formar um disco. Após esta fase, formaram-se discos de gás que foram se destacando. Mais tarde formaram planetas e satélites. 

O físico e matemático escocês James Clerk Maxwell (1831-1879), entre 1856 e 1860 lecionava no Marischal College. Nesta época, desvendou a física dos anéis de Saturno. Até então se cogitava que os anéis eram sólidos ou gasosos. Maxwell provou matematicamente que os anéis de Saturno só seriam estáveis se fossem compostos de milhões de partículas. Aplicando os mesmos métodos à Teoria Nebular, concluiu que o modelo não explicava a acresção de matéria de um anel gasoso até chegar a um planeta. Seria necessária a presença de poeira.  Mesmo havendo algumas objeções ao modelo, a teoria foi muito bem recebida pelos intelectuais iluministas. O escritor Jules Verne incluiu uma descrição em seu livro Da Terra a Lua de 1865.

Entretanto, havia uma objeção à teoria nebular ainda sem resposta.

A questão do momento angular

Definindo momento angular: a propriedade que se conserva nos corpos em rotação. Seu valor é proporcional à velocidade angular, à massa e ao raio de giro (do eixo de rotação até a extremidade do objeto). Essa propriedade preserva a orientação espacial do eixo de rotação do corpo e regula a velocidade em que o corpo gira. Uma maneira de visualizar esta grandeza é a figura da patinadora girando sobre o seu próprio eixo. Quanto mais encolher os braços, mais rápido gira e ao estendê-los vai diminuindo a velocidade de rotação.

No caso do Sistema Solar, a maior parte do momento angular se concentra nos planetas (60% em Júpiter e 25% em Saturno). O Sol, apesar de ter 99.8% da massa do Sistema Solar, gira em 25 dias, pelo modelo de Laplace deveria girar em 12 horas. Não havia como explicar essa transferência de momento angular do Sol para os planetas.

Hipóteses Catastróficas ou de Maré

Devido a essa objeção ao modelo nebular, surgiram propostas alternativas. As principais teorias alternativas diziam que os planetas surgiram de um evento catastrófico. Assim um objeto teria feito uma passagem rasante no Sol e arrancado um filamento de matéria devido ao efeito de maré.

O primeiro a pensar sobre isso foi o naturalista francês Georges-Louis Leclerc, Conde de Buffon (1707-1788). Em seu livro Les époques de la nature (1778), Buffon imaginou que um cometa teria colidido com o Sol e liberado um filamento de matéria dando origem aos planetas. Claro que não se tinha noção exata da massa de um cometa naqueles dias. Mais tarde, o teóricos das idéias catastrofistas substituíram o cometa por uma estrela [Bickerton (1880), Chamberlain (1901) e Moulton (1905)]. O modelo não resistiu a um exame mais detalhado. Uma origem super aquecida como esta não produziria as condensações de matéria nem a composição química observada no Sistema Solar.

Por muito tempo as teorias cosmogônicas se debateraram entre essas duas questões:

  • O Sol e os planetas se formaram ao mesmo tempo ou não?

  • Os planetas se formaram de matéria interestelar inalterada (mais fria) ou a partir de matéria estelar a alta temperatura?

Resgate da Teoria Nebular

Como as teorias modernas tentaram resolver impasses na teoria nebular original? O que explica essa transferência de momento angular do Sol para os planetas?

Em 1976, Hannes Alfvén (1908-1995), pioneiro da magneto-hidrodinâmica, sugeriu um meio de transferência de momento angular através das linhas de campo magnético contidas no plasma da nebulosa original e nos discos protoplanetários que transferiram momento angular do Sol para os planetas durante a formação dos mesmos. Comparações de modelagens posteriores com os discos protoplanetários observados concluíram que este efeito sozinho não é suficiente para explicar toda a transferência de momento angular.

Estrelas do tipo T Tauri (estrela variáveis) foram consideradas um bom exemplo da etapa posterior à nebulosa primitiva. Nesta fase as nuvens se dissipam. A estrela está mais próxima do equilíbrio dinâmico entre o colapso gravitacional e a pressão de radiação, porém, a fusão nuclear ainda não é estável. Nessa etapa se formam os anéis protoplanetários.

O material ejetado na fase de T Tauri do Sol foi mais intenso que o da corrente do vento solar. Essas ejeções teriam transferido seu momento angular para os objetos jovens na formação da nebulosa. O arrasto entre o Sol e o material ejetado produziu a transferência de momento e a posterior migração planetária.

Hoje em dia ninguém mais descarta a ideia de uma nebulosa original. Várias teorias derivaram desta ideia tão antiga. Para citar somente uma temos o Modelo de Nice.

Modelo de Nice

Modelo de Nice

Modelagem computacional da evolução dos planetas (vermelho) e asteróides (verde) do Sistema Solar durante 50 milhões de anos mostrando a expulsão de um planeta.

Por volta de 2004 astrônomos planetários do Observatoire de la Côte d’ Azur (Nice, França) desenvolveram um modelo para explicar o chamado intenso bombardeamento tardio que marcou o sistema solar após a formação dos primeiros planetas. Através de extensa simulação numérica da dinâmica planetária de bilhões de anos chegou-se a conceitos atuais como a migração planetária. O modelo de Nice se consolidou em 2005 através três artigos que saíram na famosa revista Nature. Entre os quatro autores dos artigos encontramos um cientista planetário um brasileiro: o Dr. Rodney da Silva Gomes, pesquisador do Observatório Nacional (RJ).

https://owlcation.com/stem/What-Is-The-Nice-Model

https://pt.wikipedia.org/wiki/Modelo_de_Nice

https://www.nature.com/articles/nature03539

https://www.nature.com/articles/nature03676