O planeta anão Plutão e seu sistema de cinco luas são tão misteriosos quanto o submundo da antiguidade que inspirou seus nomes. Uma média de cerca de 3, 7 bilhões de milhas da Terra, Plutão é o único dos nove planetas originais que ainda não foi observado de perto - embora isso mude quando a sonda New Horizons realizar um sobrevôo em meados de julho. Ele também tem um número não confirmado de luas, o que aumenta as complicações do cálculo das trajetórias orbitais.
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“Se você consultou minha equipe científica, tenho certeza de que a maioria ficaria surpresa em não encontrar mais luas”, diz Alan Stern, investigador principal da missão New Horizons. “A questão é se vamos encontrar 2 ou 10 ou 20? Eu não colocaria minhas apostas no zero.
Um novo estudo publicado esta semana na Nature nos ajuda a entender melhor as órbitas das luas conhecidas de Plutão, que por sua vez podem oferecer pistas para a mecânica dos exoplanetas que orbitam estrelas gêmeas. Mas o trabalho também aponta para algumas inconsistências que sugerem que a formação dessas luas ainda é um enigma.
Plutão e sua maior lua, Charon, estão presos em uma dança binária, orbitando um centro comum de massa devido à influência gravitacional um do outro. Os outros quatro satélites conhecidos neste sistema - Styx, Nix, Kerberos e Hydra - também orbitam esse centro comum em vez do próprio Plutão. Isso significa que eles têm estranhas oscilações em suas órbitas quase circulares e se comportam de maneira diferente das outras luas do sistema solar.
Esta complexa relação orbital, juntamente com a dificuldade de observar o sistema distante, tornou difícil descobrir como Plutão e sua família se formaram. A principal teoria é que, como o impacto gigante que formou a lua da Terra, Charon nasceu quando um grande objeto colidiu com Plutão durante a formação violenta do sistema solar, e as outras pequenas luas se juntaram dos detritos que sobraram.
Imagens da New Horizons, tiradas em abril, mostram Plutão e Caronte orbitando um centro comum de massa. (Gif animado da NASA / Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins / Southwest Research Institute) "Ainda estamos perplexos com a forma como o sistema se formou", diz Mark Showalter, co-autor do estudo, pesquisador sênior do Instituto de Pesquisa por Inteligência Extraterrestre (SETI). “Eu acho que todo mundo acredita que, em algum ponto no passado distante, um grande objeto bateu em 'proto-Plutão' e as luas se formaram fora da nuvem de detritos. No entanto, depois desse ponto na história, os detalhes ficam muito incompletos ”.
Agora, a análise dos dados coletados pelo Telescópio Espacial Hubble, após as descobertas de Kerberos e Styx, sugere que Styx está preso a uma ressonância orbital com Nix e Hydra, apoiando a teoria do impacto. A ressonância orbital ocorre quando múltiplos corpos exercem influência gravitacional periódica sobre um ao outro, de modo que completam suas órbitas em um padrão previsível. O exemplo mais conhecido é a ressonância de Laplace das três luas de Júpiter, Io, Europa e Ganimedes, que possuem uma ressonância orbital de 1: 2: 4. Isso significa que Io orbita Júpiter quatro vezes para cada uma das rotações de Ganimedes, enquanto Europa orbita duas vezes nesse mesmo tempo.
Modelos matemáticos de Showalter mostram que as ressonâncias de todas as cinco luas de Plutão poderiam ter sido travadas em uma relação de 1: 3: 4: 5: 6 após o impacto de formação de Charon, muito próximo da proporção atual de períodos orbitais para as luas de Plutão. Esta teoria também explica a ressonância remanescente de Styx, Nix e Hydra. Mas há um fator complicador: os outros corpos no sistema de Plutão injetam o caos na configuração estável das outras luas.
Styx, Nix e Hydra parecem estar trancados em ressonância a maior parte do tempo, mas Nix e Hydra são periodicamente jogados no caos, e tem sido difícil convencer a causa. As órbitas caóticas ocorrem quando o eixo de rotação de um objeto não-esférico oscila significativamente, impedindo-o de cair em órbita síncrona. A lua de “esponja” de Saturno, Hyperion, gira caoticamente, por exemplo, e os astrônomos acreditam que seu movimento vacilante é causado pela ressonância orbital 3: 4 de Hyperion com a maior lua Titã. Mas a nova fotometria e os modelos dinâmicos executados por Showalter sugerem que um sistema binário como Plutão e Caronte também pode fazer com que as luas não-esféricas rodem caoticamente, portanto, mesmo com as órbitas caóticas de Nix e Hydra, o cenário de impacto ainda parece plausível.
Uma imagem do Hubble 2012 captura Pluto com suas cinco luas conhecidas. (NASA, ESA e M. Showalter (Instituto SETI)) Kerberos, no entanto, lança uma grande chave na teoria do impacto. Com base nos dados observacionais do Hubble, Nix e Hydra parecem ser objetos brilhantes, semelhantes a Charon. Mas o Kerberos parece muito mais sombrio. Com uma massa que é aproximadamente um terço da de Nix e Hydra, o Kerberos reflete apenas cerca de 5% da quantidade de luz solar. Se as luas menores de Plutão fossem formadas a partir do material agregado de uma única grande colisão, elas teriam uma relação direta entre tamanho e brilho. Um sistema de satélites heterogêneo, como o de Plutão parece ser, permanece um enigma.
"Esta pesquisa é um pouco como arqueologia", diz Showalter. "Acabamos de desenterrar algumas peças de cerâmica antiga, mas ainda não sabemos como elas se encaixam."
O voo New Horizons do sistema de Plutão em 14 de julho ajudará a responder muitas das questões levantadas no artigo da Nature . Os instrumentos do New Horizons serão capazes de determinar se o Kerberos é verdadeiramente mais escuro que as outras luas, e eles farão medições precisas das formas de todas as luas de Plutão. Talvez mais excitante, o sobrevôo irá revelar se existem outras luas ou anéis que influenciam a complexa mecânica orbital do sistema de Plutão.
“Cada sistema planetário tem uma história de formação para contar”, explica Showalter. “Compreender suas histórias nos ajuda a entender outros tipos de discos astrofísicos, incluindo galáxias e sistemas exoplanetários. Há muitos planetas circumbinares conhecidos que orbitam duas estrelas em vez de uma - pense em Luke Skywalker ao pôr do sol em Tatooine. Eu acho que o sistema de Plutão está nos mostrando novos detalhes sobre como esses sistemas dinâmicos muito maiores operam. ”
