Urano é indiscutivelmente o planeta mais misterioso do sistema solar - sabemos muito pouco sobre ele. Até aqui, nós só visitamos o planeta uma vez, com a espaçonave Voyager 2 em 1986. A coisa mais estranha e óbvia sobre esse gigante de gelo é o fato de que ele está girando de lado.

Ao contrário de todos os outros planetas, que giram aproximadamente "na vertical" com seus eixos de rotação em ângulos retos próximos às suas órbitas ao redor do sol, Urano é inclinado quase em ângulo reto. Então, em seu verão, o pólo norte aponta quase diretamente para o sol. E ao contrário de Saturno, Júpiter e Netuno, que têm conjuntos horizontais de anéis ao redor deles, Urano tem anéis e luas verticais que orbitam em torno de seu equador inclinado.

O gigante do gelo também tem uma temperatura surpreendentemente fria e um campo magnético confuso e fora do centro, ao contrário da forma elegante de ímã de barra da maioria dos outros planetas como a Terra ou Júpiter. Os cientistas, portanto, suspeitam que Urano já foi semelhante aos outros planetas do sistema solar, mas de repente foi virado. Então o que aconteceu? Nossa nova pesquisa, publicado no Astrophysical Journal e apresentado em uma reunião da American Geophysical Union, oferece uma pista.

Colisão cataclísmica

Nosso sistema solar costumava ser um lugar muito mais violento, com protoplanetas (corpos em desenvolvimento para se tornarem planetas) colidindo em violentos impactos gigantes que ajudaram a criar os mundos que vemos hoje. A maioria dos pesquisadores acredita que o giro de Urano é consequência de uma colisão dramática. Decidimos descobrir como isso poderia ter acontecido.

Queríamos estudar os impactos gigantes em Urano para ver exatamente como essa colisão poderia ter afetado a evolução do planeta. Infelizmente, não podemos (ainda) construir dois planetas em um laboratório e esmagá-los para ver o que realmente acontece. Em vez de, rodamos modelos de computador simulando os eventos usando um poderoso supercomputador como a segunda melhor opção.

A ideia básica era modelar os planetas em colisão com milhões de partículas no computador, cada um representando um pedaço de material planetário. Fornecemos à simulação as equações que descrevem como a física, como a gravidade e a pressão do material, funcionam, para que possa calcular como as partículas evoluem com o tempo à medida que colidem umas com as outras. Dessa forma, podemos estudar até os resultados fantasticamente complicados e confusos de um impacto gigante. Outro benefício de usar simulações de computador é que temos controle total. Podemos testar uma ampla variedade de cenários de impacto diferentes e explorar a gama de resultados possíveis.

Nossas simulações (veja acima) mostram que um corpo com pelo menos duas vezes a massa da Terra poderia criar prontamente a estranha rotação que Urano tem hoje ao se chocar e se fundir com um planeta jovem. Para mais colisões de pasto, o material do corpo impactante provavelmente acabaria se espalhando em uma camada fina, concha quente perto da borda da camada de gelo de Urano, sob a atmosfera de hidrogênio e hélio.

Isso poderia inibir a mistura de material dentro de Urano, aprisionando o calor de sua formação bem no fundo. Emocionante, essa ideia parece se encaixar com a observação de que o exterior de Urano é tão frio hoje. A evolução térmica é muito complicada, mas é pelo menos claro como um impacto gigante pode remodelar um planeta por dentro e por fora.

Super computações

A pesquisa também é emocionante do ponto de vista computacional. Muito parecido com o tamanho de um telescópio, o número de partículas em uma simulação limita o que podemos resolver e estudar. Contudo, simplesmente tentar usar mais partículas para permitir novas descobertas é um sério desafio computacional, o que significa que leva muito tempo, mesmo em um computador potente.

Nossas últimas simulações usam partículas de mais de 100m, cerca de 100-1, 000 vezes mais do que a maioria dos outros estudos usam hoje. Além de fazer algumas fotos e animações impressionantes de como o impacto gigante aconteceu, isso abre todos os tipos de novas questões científicas que podemos agora começar a enfrentar.

Essa melhoria é graças ao SWIFT, um novo código de simulação que projetamos para tirar o máximo proveito dos "supercomputadores" contemporâneos. Basicamente, trata-se de muitos computadores normais conectados entre si. Então, a execução de uma grande simulação depende rapidamente da divisão dos cálculos entre todas as partes do supercomputador.

O SWIFT estima quanto tempo levará cada tarefa de computação na simulação e tenta compartilhar o trabalho de maneira cuidadosa e uniforme para obter o máximo de eficiência. Assim como um grande novo telescópio, este salto para 1, A resolução 000 vezes maior revela detalhes que nunca vimos antes.

Exoplanetas e além

Além de aprender mais sobre a história específica de Urano, outra motivação importante é entender a formação do planeta de maneira mais geral. Nos últimos anos, descobrimos que o tipo mais comum de exoplanetas (planetas que orbitam estrelas que não o nosso Sol) são bastante semelhantes a Urano e Netuno. Portanto, tudo o que aprendemos sobre a possível evolução de nossos próprios gigantes de gelo alimenta nossa compreensão de seus primos distantes e da evolução de mundos potencialmente habitáveis.

Um detalhe empolgante que estudamos e muito relevante para a questão da vida extraterrestre é o destino de uma atmosfera após um impacto gigante. Nossas simulações de alta resolução revelam que parte da atmosfera que sobrevive à colisão inicial ainda pode ser removida pelo violento abaulamento subsequente do planeta. A falta de atmosfera torna um planeta muito menos propenso a hospedar vida. Então de novo, talvez a enorme entrada de energia e o material adicionado também possam ajudar a criar produtos químicos úteis para a vida. O material rochoso do núcleo do corpo impactante também pode se misturar à atmosfera externa. Isso significa que podemos procurar certos oligoelementos que podem ser indicadores de impactos semelhantes se os observarmos na atmosfera de um exoplaneta.

Muitas perguntas permanecem sobre Urano, e impactos gigantes em geral. Mesmo que nossas simulações estejam ficando mais detalhadas, ainda temos muito que aprender. Muitas pessoas estão, portanto, convocando uma nova missão para Urano e Netuno para estudar seus estranhos campos magnéticos, suas peculiares famílias de luas e anéis e até mesmo simplesmente do que exatamente eles são feitos.

Eu gostaria muito de ver isso acontecer. A combinação de observações, modelos teóricos e simulações de computador irão nos ajudar a entender não apenas Urano, mas a miríade de planetas que preenchem nosso universo e como eles surgiram.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.