Os grandes mistérios do universo freqüentemente giram em torno de fenômenos invisíveis e distantes. Os cientistas confundem explosões inexplicáveis de ondas de rádio, a natureza elusiva da gravidade e se a energia escura permeia o cosmos. Mas outros enigmas podem ser encontrados em nosso próprio canto da galáxia, nos encarando diretamente - como a Terra se tornou o planeta que é hoje.
Esta questão continua a fascinar os pesquisadores que trabalham para entender como a Terra se formou e por que ela é tão adequada para sediar a vida. Poderia ter sido diferente - basta olhar para o vizinho mais próximo e quase gêmeo, Vénus, que não tem água líquida e cuja superfície é de 870 graus Fahrenheit. "Vênus e a Terra são uma espécie de caso de controle definitivo", diz Sue Smrekar, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. "Nós não entendemos completamente como a Terra acabou tão habitável e Vênus tão inabitável."
Isso é um pouco surpreendente, dado que a Terra é de longe o planeta mais bem estudado do universo. Mas os processos geológicos, como as placas tectônicas, reciclam constantemente evidências do passado, e muitas das informações críticas sobre a composição da Terra estão ocultas em suas vastas e inacessíveis profundezas. "Você está tentando entender um planeta que só pode ser visto na superfície", diz James Badro, geofísico do Instituto de Física da Terra, em Paris. Embora os cientistas tenham adquirido uma riqueza de conhecimento ao estudar o solo sob nossos pés, a história completa da construção e evolução da Terra permanece desconhecida.
Então, os pesquisadores se voltaram para os céus em busca de ajuda. Eles estudaram outros sistemas estelares em busca de pistas e procuraram os blocos de construção da Terra entre os detritos do sistema solar. Agora, um conjunto de missões espaciais planejadas e propostas poderia ajudar os cientistas a preencher mais as peças que faltam.
Desde o estudo de novos aspectos dos corpos protoplanetários até a investigação de onde eles vieram e como eles se misturaram, os pesquisadores esperam definir os processos de formação planetária que criaram a Terra. Para muitos, é tanto uma busca filosófica quanto científica. "É uma questão de nossas origens", diz Badro.
A impressão artística de uma missão proposta a Psique, um asteróide que se pensa ser inteiramente metal. (NASA / JPL-Caltech) A maioria dos pesquisadores agora concorda com a história geral do nosso sistema solar. Começou há 4, 6 bilhões de anos, quando uma vasta nuvem de gás e poeira flutuando no espaço desmoronou sobre si mesma, talvez desencadeada pela onda de choque de uma supernova próxima. A nuvem achatada então se transformou em um disco giratório de onde - cerca de 100 milhões de anos depois - nosso sistema solar emergiu mais ou menos em seu estado atual: o sol cercado por oito planetas e inúmeros corpos menores espalhados por toda parte.
Os detalhes mais sutis de como nossa vizinhança cósmica se formou, no entanto, permanecem contenciosos. Por exemplo, os cientistas ainda debatem sobre o que os planetas são feitos. “Nós sabemos como é o bolo”, diz Lindy Elkins-Tanton, da Arizona State University, “mas gostaríamos de saber como são todos esses ingredientes individuais também”, diz ela.
Os cientistas pensam que os planetas terrestres cresceram engolindo planetesimais menores - objetos de até dezenas de quilômetros de diâmetro que se acumulavam a partir de poeira protoplanetária. Mas a composição e estrutura desses planetesimais tem sido difícil de determinar. Estudar nossa coleção de meteoritos - fragmentos de asteróides que caíram na Terra - é um bom começo, diz Francis Nimmo, cientista planetário da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz. Mas não é o suficiente.
Isso porque não temos necessariamente amostras de tudo o que entrou nos planetas - alguns componentes podem estar faltando ou podem não existir mais. Alguns meteoritos parecem ser uma combinação decente para a Terra, mas os cientistas não podem propor qualquer combinação de tipos de meteoritos que expliquem completamente a composição química da Terra. "Isso é meio desconfortável porque significa que realmente não sabemos como a Terra foi montada", diz Nimmo.
Elkins-Tanton espera que uma futura missão proposta - um dos cinco finalistas do programa Discovery da NASA - possa ajudar. O projeto, liderado por Elkins-Tanton, enviaria uma espaçonave não tripulada para visitar um objeto chamado Psique, que fica no cinturão de asteróides entre Marte e Júpiter. Psique é de aproximadamente 150 milhas de largura e, com base em observações remotas de sua densidade e composição da superfície, parece ser feito de metal sólido. Também pode se assemelhar aos blocos de construção da Terra.
"Este poderia ser o pequeno núcleo de um corpo que foi formado na região terrestre de formação do planeta e acabou de ser atingido por muitas outras coisas e teve seu exterior rochoso arrancado", diz Elkins-Tanton. Na missão Dawn da NASA, os cientistas estudaram o asteróide Vesta, um protoplaneta que também provavelmente se formou perto da Terra e foi expulso para o cinturão de asteróides. No entanto, é a oportunidade única de ver o que está abaixo da superfície de objetos como o Vesta que tem Elkins-Tanton animado.
"Psique é o único corpo no sistema solar que nos permite observar diretamente um núcleo de metal", diz ela. "Esta poderia ser a nossa única chance de olhar para este tipo de ingrediente." Juntamente com os outros finalistas do Discovery, Elkins-Tanton e seus colegas descobrirão em setembro se a missão é uma meta.
Segundo o modelo clássico de formação planetária, quando os planetesimais atingiram o tamanho de Psique - de dezenas a centenas de quilômetros de diâmetro - começaram a canibalizar seus vizinhos, diz Kevin Walsh, cientista planetário do Southwest Research Institute em Boulder, Colorado. "Os maiores crescem muito rápido", diz ele, graças à crescente influência gravitacional.
Esse processo de acreção descontrolada teria peneirado o número de corpos no sistema solar para talvez cem embriões planetários do tamanho da Lua a Marte e um punhado de detritos menores. Com o tempo, esses embriões se combinaram lentamente para formar planetas.
Mas enquanto esta explicação funciona bem para os planetas terrestres, que a evidência geológica sugere formaram-se ao longo de 30 a 100 milhões de anos, ela apresenta um problema para os gigantes gasosos como Júpiter. Os cientistas acham que os núcleos desses corpos tiveram que crescer muito mais rapidamente - rápido o suficiente para capturar suas atmosferas massivas do gás presente no início do sistema solar, que se dissipou em apenas alguns milhões de anos.
Durante a última década, os pesquisadores desenvolveram um mecanismo alternativo para o crescimento de planetas, conhecido como acreção de seixos. Representa uma partida radical do modelo convencional de acreção, no qual os objetos se combinam para formar partículas progressivamente maiores. Ou, como diz Hal Levison, colega de Walsh: “Pedregulhos fazem pedregulhos, e pedregulhos fazem montanhas - até o fim”. Acréscimo de cascalho, por outro lado, prevê que objetos vão de caroços do tamanho de punhos a corpos do tamanho de Plutão. quase imediatamente, e depois continuar a ganhar massa, diz Levison, que ajudou a desenvolver a hipótese.
O processo teria começado logo após a formação do disco protoplanetário, quando pedaços de poeira circulando em órbita do jovem sol começavam a colidir e ficar colados, como patinadores sincronizados juntando as mãos enquanto circulavam uma pista de gelo. Eventualmente, forças aerodinâmicas e gravitacionais teriam puxado grandes aglomerados desses seixos, formando planetesimais. Os planetesimais então continuaram a varrer os seixos restantes ao redor deles, crescendo rapidamente até formarem planetas.
Além de abordar a questão de como os gigantes do gás cresceram tão rápido, o modelo também oferece uma maneira de superar algo chamado barreira do tamanho do metro, que tem afetado os modelos de acréscimo planetário desde que foi esboçado pela primeira vez na década de 1970. Refere-se ao fato de que, uma vez que os objetos atingem cerca de um metro de diâmetro, a fricção gerada pelo gás circundante os teria enviado em espiral para o sol. Acréscimo do seixo ajuda a lançar pequenas partículas sobre o limiar, tornando-as grandes o suficiente para se manterem.
Os cientistas ainda estão tentando entender se esse processo aconteceu em todo o sistema solar e se teria funcionado da mesma maneira para os planetas interno e externo. (Enquanto funciona para os gigantes gasosos, os últimos estágios do crescimento rápido não se encaixam com o que sabemos sobre a formação de planetas terrestres). Mas os pesquisadores podem encontrar algumas pistas ainda este ano, quando a missão Juno da NASA, que chegou a Júpiter com sucesso no mês passado, começa a coletar informações sobre a composição e o núcleo do planeta.
Walsh diz que descobrir quanto material está no centro da gigante do gás ajudará os pesquisadores a restringir modelos diferentes de acreção planetária. Se Júpiter tiver um núcleo pequeno, o acréscimo clássico poderia ter sido capaz de construí-lo rápido o suficiente; se for grande, pode implicar que algo como acúmulo de pedrinhas ocorreu em vez disso, diz ele.
Júpiter e suas luas Io, Europa e Ganimedes, fotografados pela missão Juno logo após a espaçonave entrar em órbita ao redor do gigante gasoso. (NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS) Entender como Júpiter se formou também ajudará os pesquisadores a entender as origens dos outros planetas, incluindo a Terra. Isso porque Júpiter foi acusado de interferir na construção dos planetas rochosos internos, pelo menos de acordo com uma nova idéia desenvolvida por Walsh e outros que ganhou força nos últimos anos.
A hipótese, conhecida como o modelo Grand Tack, sugere que, quando Júpiter acabou de se formar, teria esvaziado todo o material em seu caminho ao redor do Sol, efetivamente esculpindo uma lacuna no disco protoplanetário. O disco, no entanto, ainda continha bastante gás e poeira, que pressionavam em direção ao sol enquanto o disco se estendia e se esticava, diz Walsh.
O fosso de Júpiter efetivamente bloqueou o fluxo desse material, e o planeta ficou “preso nas águas da inundação”, diz Walsh. Ele migrou para a órbita de Marte, com Saturno em seus calcanhares. Mas como Saturno seguiu, ele arrastou material suficiente para reconectar o disco. Isso liberou a pressão que empurrava Júpiter, permitindo que ambos os planetas voltassem a migrar de volta, tudo no espaço de algumas centenas de milhares de anos. O modelo foi inspirado por observações de planetas estranhamente ordenados em outros sistemas solares que sugerem que tais migrações são comuns, diz Walsh.
Para o resto do sistema solar, isso teria sido algo como um par de touros em uma loja de porcelana cósmica. Pedaços de detritos do sistema solar interno teriam sido expulsos, enquanto a desordem do sistema externo teria sido arrastada, diz Walsh. O modelo ajuda a explicar as dimensões do tamanho do nanismo de Marte e o número e a diversidade de corpos encontrados hoje no cinturão de asteróides.
Também fornece uma possível explicação de como os planetas terrestres conseguiram sua água. De acordo com Grand Tack, a migração do planeta de gás teria ocorrido enquanto os planetas terrestres ainda estavam se formando, e poderia ter jogado material rico em água do sistema solar externo na mistura. Walsh e muitos outros cientistas pensam que os asteróides carbonosos, que podem ter se formado além de Júpiter, foram os principais veículos para fornecer água à Terra.
Em setembro, a NASA lançará uma missão para visitar um desses asteróides chamado Bennu. Walsh é um co-investigador do projeto, chamado OSIRIS-REx, que estudará o corpo de longe antes de pegar uma amostra para trazer de volta à Terra. Uma missão semelhante da agência espacial japonesa, chamada Hayabusa 2, está a caminho de provar outro asteróide carbonoso em 2018.
Os cientistas esperam saber mais sobre a origem desses asteróides e se eles são realmente a fonte de uma classe de meteoritos conhecidos como condritos carbonosos. Eles também esperam que o estudo de uma amostra imaculada - em vez de um fragmento de meteorito - ajude a revelar se esses objetos forneceram não apenas água para a Terra, mas também os compostos orgânicos que podem ter servido como precursores para a vida.
Como o OSIRIS-REx está retornando à Terra, ele pode se cruzar com Lucy, outra missão proposta que, como Psique, é finalista no programa Discovery. Liderada por Levison, Lucy pretende explorar a última grande mudança que abalou o nosso sistema solar - um tango planetário que começou cerca de 500 milhões de anos após o Grand Tack. Foi quando, segundo uma hipótese de Levison e outros, Plutão desencadeou uma instabilidade que fez com que Netuno amarrasse fora de Urano e os gigantes gasosos externos migrassem do sol para suas posições atuais.
Essa perturbação, conhecida como modelo Nice, teria enviado uma chuva de destroços para o interior do sistema solar, possivelmente explicando um conjunto de impactos formados durante um período conhecido como o Bombardeio Pesado Tardio. Os planetas terrestres, como a Terra, formaram-se na maior parte por este ponto, portanto o evento não afetou significativamente a sua composição. Mas pode ter jogado uma bola curva em cientistas tentando entender como o sistema solar evoluiu. A ruptura pode ter jogado objetos no sistema solar interno que não tinham conexão com os materiais que compõem a maior parte dos planetas terrestres, diz Walsh.
Lucy poderia ajudar os cientistas a descobrir o que realmente aconteceu e permitir que eles desvendassem o que foi misturado onde. Isso seria conseguido investigando um grupo de asteróides trancados na órbita de Júpiter. Esses objetos, conhecidos como troianos jovianos, são uma mistura de corpos que se formaram em todo o sistema solar externo e depois foram jogados juntos durante a migração.
Em meados da década de 2020, quando a missão chegar até eles, os troianos serão orientados na configuração certa para uma espaçonave fazer uma grande turnê de seis corpos. "Venho adorando os deuses da mecânica celestial em toda a minha carreira", diz Levison, um dinamista planetário. "Eles decidiram me pagar de volta, porque os planetas estão literalmente alinhados."
Levison diz que estudar os Troianos de perto dará aos pesquisadores uma idéia mais clara de como a mistura do modelo de Nice ocorreu, e também pode fornecer um teste de acreção de pedrinhas. A hipótese prevê que qualquer coisa menor do que 60 milhas de diâmetro deveria ser um fragmento de um corpo maior. É uma previsão que Lucy deveria ser capaz de testar.
Uma impressão artística da superfície de Vênus, onde as temperaturas são de 870 graus Fahrenheit. (ESA / AOES Medialab) Juntas, essas missões parecem estar prontas para aprofundar o entendimento dos cientistas sobre as origens da Terra, provavelmente de maneiras que os pesquisadores ainda não podem imaginar. Afinal, construir uma imagem robusta da formação planetária requer a combinação de dados de muitas fontes diferentes, diz David Stevenson, cientista planetário da Caltech.
No entanto, ainda temos um longo caminho a percorrer antes de entendermos o que torna a Terra e Vênus tão diferentes. “É uma vergonha, quase, que aqui estamos nós, sentados na Terra, e nós temos esse grande planeta mais perto de nós do qual somos tão ignorantes”, diz Stevenson. "A razão pela qual somos tão ignorantes é que é muito quente!"
De fato, as condições infernais na superfície de Vênus têm frustrado os esforços para estudar o planeta em detalhes. A Rússia conseguiu pousar uma série de espaçonaves na superfície entre os anos 1960 e 80. Eles só sobreviveram por algumas horas e transmitiram breves flashes de dados antes de sucumbirem ao calor. Mas essas e outras missões, como a Pioneer e a Magellan, da Nasa, que estudavam o planeta de longe, forneceram vislumbres do funcionamento do planeta.
Sabemos, por exemplo, que Vênus tem uma atmosfera de estufa intensa feita quase inteiramente de dióxido de carbono e que parece ter perdido a maior parte de suas águas superficiais. Isso pode ser o que impede que ocorra tectônica de placas lá - a água é pensada para lubrificar as rodas de placas subdutoras. Também pode explicar por que Vênus não possui um campo geomagnético, que muitos cientistas consideram uma necessidade para a vida porque protege o planeta dos estragos do vento solar. Os campos geomagnéticos são produzidos por convecção no núcleo de um corpo, diz Nimmo, e dependem da circulação do manto - muitas vezes ligada à tectônica de placas - para transportar o calor embora.
O que os cientistas querem, mais que tudo, são amostras das rochas de superfície de Vênus, mas isso continua sendo um objetivo distante. No futuro previsível, os pesquisadores terão que se contentar com observações mais remotas, como as de uma missão japonesa atual. No início deste ano, a espaçonave da Akatsuki finalmente começou a transmitir dados de sua órbita em torno de Vênus após um desvio não planejado de cinco anos em torno do sol.
Além disso, a NASA está considerando mais duas missões centradas em Vênus que também são finalistas do Discovery. Um projeto, chamado VERITAS, é liderado por Smrekar e envolveria um orbitador capaz de estudar a geologia do planeta em alta definição. A segunda missão proposta, liderada por Lori Glaze do Goddard Space Flight Center, analisaria a atmosfera única de Vênus usando uma sonda chamada DAVINCI.
A esperança é que esses esforços revelem por que Vênus evoluiu da maneira que o fez e, portanto, o que torna a Terra diferente. No momento, muitos pesquisadores acreditam que a Terra e Vênus provavelmente se formaram a partir de aproximadamente o mesmo material e divergiram ao longo do tempo graças a vários fatores. Estes incluem sua proximidade diferente do Sol e o fato de que a Terra sofreu uma grande colisão relativamente tarde em sua história - o impacto que formou a Lua - que teria derretido a maior parte do planeta e potencialmente alterado sua dinâmica.
Mas até que saibamos mais sobre como os planetas do nosso sistema solar se formaram e que processos moldaram sua evolução, não saberemos o que diferencia um planeta hospitaleiro de um planeta estéril, diz Walsh. "Temos telescópios no espaço que estão caçando planetas do tamanho da Terra em torno de outras estrelas, mas não temos idéia se um planeta vai evoluir para uma Vênus ou para uma Terra", diz ele. "E esse é todo o jogo de bola, em algum nível."
