A hipótese de que o sistema solar se originou de uma nuvem gigantesca de gás e poeira foi levantada pela primeira vez na segunda metade do século 18 pelo filósofo alemão Immanuel Kant e posteriormente desenvolvida pelo matemático francês Pierre-Simon de Laplace. Agora é um consenso entre os astrônomos. Graças à enorme quantidade de dados observacionais, dados teóricos e recursos computacionais agora disponíveis, foi continuamente refinado, mas este não é um processo linear.

Também não é sem controvérsias. Até recentemente, o sistema solar teria adquirido suas características atuais como resultado de um período de turbulência que ocorreu cerca de 700 milhões de anos após sua formação. Contudo, algumas das pesquisas mais recentes sugerem que ela tomou forma em um passado mais remoto, em algum estágio durante os primeiros 100 milhões de anos.

Um estudo conduzido por três pesquisadores brasileiros oferece evidências robustas dessa estruturação anterior. Relatado em artigo publicado na revista Icaro , o estudo foi financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP. Os autores são todos filiados à Escola de Engenharia da Universidade do Estado de São Paulo (FEG-UNESP) em Guaratinguetá (Brasil).

O autor principal é Rafael Ribeiro de Sousa. Os outros dois autores são André Izidoro Ferreira da Costa e Ernesto Vieira Neto, investigador principal do estudo.

“A grande quantidade de dados adquiridos da observação detalhada do sistema solar nos permite definir com precisão as trajetórias dos muitos corpos que orbitam o sol, "Disse Ribeiro." Essa estrutura orbital nos permite escrever a história da formação do sistema solar. Emergindo da nuvem de gás e poeira que cercou o Sol há cerca de 4,6 bilhões de anos, os planetas gigantes formados em órbitas mais próximas uns dos outros e também mais perto do sol. As órbitas também eram mais coplanares e circulares do que são agora, e mais interconectados em sistemas dinâmicos ressonantes. Esses sistemas estáveis ​​são o resultado mais provável da dinâmica gravitacional da formação do planeta a partir de discos protoplanetários gasosos. "

Izidoro ofereceu mais detalhes:"Os quatro planetas gigantes - Júpiter, Saturno, Urano e Netuno - emergiram da nuvem de gás e poeira em órbitas mais compactas, "disse ele." Seus movimentos eram fortemente sincronizados devido às correntes ressonantes, com Júpiter completando três revoluções ao redor do Sol, enquanto Saturno completou duas. Todos os planetas estavam envolvidos nesta sincronicidade produzida pela dinâmica do disco de gás primordial e a dinâmica gravitacional dos planetas. "

Contudo, em toda a região de formação do sistema solar externo, que inclui a zona localizada além das órbitas atuais de Urano e Netuno, o sistema solar tinha uma grande população de planetesimais, pequenos corpos de rocha e gelo considerados os blocos de construção de planetas e precursores de asteróides, cometas e satélites.

O disco planetesimal externo começou a perturbar o equilíbrio gravitacional do sistema. As ressonâncias foram interrompidas após a fase gasosa, e o sistema entrou em um período de caos no qual os planetas gigantes interagiram violentamente e ejetaram matéria para o espaço.

"Plutão e seus vizinhos gelados foram empurrados para o Cinturão de Kuiper, onde eles estão localizados agora, e todo o grupo de planetas migrou para órbitas mais distantes do sol, "Disse Ribeiro.

O Cinturão Kuiper, cuja existência foi proposta em 1951 pelo astrônomo holandês Gerard Kuiper e posteriormente confirmada por observações astronômicas, é uma estrutura toroidal (em forma de donut) composta por milhares de pequenos corpos orbitando o sol.

A diversidade de suas órbitas não é vista em nenhuma outra parte do sistema solar. A borda interna do Cinturão de Kuiper começa na órbita de Netuno, a cerca de 30 unidades astronômicas (UAs) do sol. A borda externa está a cerca de 50 UAs do sol. Uma UA é aproximadamente igual à distância média da Terra ao sol.

Voltando à interrupção da sincronicidade e ao início do estágio caótico, a questão é quando isso aconteceu - bem no início da vida do sistema solar, quando tinha 100 milhões de anos ou menos, ou muito mais tarde, provavelmente cerca de 700 milhões de anos após a formação dos planetas?

"Até recentemente, a hipótese de instabilidade tardia predominou, - disse Ribeiro. - A datação das rochas lunares trazidas pelos astronautas da Apollo sugere que elas foram criadas por asteróides e cometas que caíram na superfície lunar ao mesmo tempo. Este cataclismo é conhecido como o "Bombardeio Pesado Tardio" da lua. Se aconteceu na lua, presumivelmente, também aconteceu na Terra e em outros planetas terrestres do sistema solar. Como uma grande quantidade de matéria na forma de asteróides e cometas foi projetada em todas as direções do sistema solar durante o período de instabilidade planetária, deduziu-se das rochas lunares que este período caótico ocorreu tarde, mas nos últimos anos, a ideia de um "Bombardeio Tardio" da lua caiu em desuso ".

Segundo Ribeiro, se a catástrofe caótica tardia tivesse ocorrido, teria destruído a Terra e os outros planetas terrestres, ou pelo menos causou distúrbios que os teriam colocado em órbitas totalmente diferentes das que observamos agora.

Além disso, descobriu-se que as rochas lunares trazidas pelos astronautas da Apollo foram produzidas por um único impacto. Se eles tivessem se originado na instabilidade do planeta gigante tardio, haveria evidências de vários impactos, dada a dispersão dos planetesimais pelos planetas gigantes.

“O ponto de partida do nosso estudo foi a ideia de que a instabilidade deveria ser datada dinamicamente. A instabilidade só pode ter acontecido mais tarde se houvesse uma distância relativamente grande entre a borda interna do disco dos planetesimais e a órbita de Netuno quando o gás foi exaurido. Esta distância relativamente grande se mostrou insustentável em nossa simulação, "Disse Ribeiro.

O argumento é baseado em uma premissa simples:quanto menor a distância entre Netuno e o disco planetesimal, quanto maior a influência gravitacional, e, portanto, quanto mais cedo o período de instabilidade. Por outro lado, a instabilidade posterior requer uma distância maior.

"O que fizemos foi esculpir o disco planetesimal primordial pela primeira vez. Para isso, tivemos que voltar à formação dos gigantes de gelo Urano e Netuno. Simulações computacionais baseadas em um modelo construído pelo professor Izidoro [Ferreira da Costa] em 2015 mostraram que a formação de Urano e Netuno pode ter se originado em embriões planetários com várias massas terrestres. Colisões massivas dessas super-Terras explicariam, por exemplo, porque Urano gira de lado, “Ribeiro disse, referindo-se à "inclinação de Urano, "com os pólos norte e sul localizados nas laterais, em vez de superior e inferior.

Estudos anteriores haviam apontado para a importância da distância entre a órbita de Netuno e o limite interno do disco planetesimal, mas eles usaram um modelo no qual os quatro planetas gigantes já estavam formados.

"A novidade deste último estudo é que o modelo não começa com planetas completamente formados. Em vez disso, Urano e Netuno ainda estão em fase de crescimento, e o fator de crescimento é duas ou três colisões envolvendo objetos com até cinco massas terrestres, "Disse Izidoro.

"Imagine uma situação em que Júpiter e Saturno são formados, mas temos de cinco a dez superterras em vez de Urano e Netuno. As super-Terras são forçadas pelo gás a se sincronizar com Júpiter e Saturno, mas sendo numeroso, sua sincronicidade flutua, e eles acabam colidindo. As colisões reduzem seu número, tornando possível a sincronicidade. Eventualmente, Urano e Netuno são deixados. Enquanto os dois gigantes de gelo estavam se formando no gás, o disco planetesimal estava sendo consumido. Parte da questão foi atribuída a Urano e Netuno, e parte foi impulsionada para a periferia do sistema solar. O crescimento de Urano e Netuno, portanto, definiu a posição do limite interno do disco planetesimal. O que restou do disco agora é o Cinturão de Kuiper. O Cinturão de Kuiper é basicamente uma relíquia do disco planetesimal primordial, que já foi muito mais massivo. "

O modelo proposto é consistente com as órbitas atuais dos planetas gigantes e com a estrutura observada no Cinturão de Kuiper. Também é consistente com o movimento dos Trojans, um grande grupo de asteróides que compartilham a órbita de Júpiter e foram presumivelmente capturados durante a interrupção da sincronicidade.

De acordo com um artigo publicado pela Izidoro em 2017, Júpiter e Saturno ainda estavam em formação, com seu crescimento contribuindo para o deslocamento do cinturão de asteróides. O último artigo é uma espécie de continuação, começando de um estágio em que Júpiter e Saturno estavam totalmente formados, mas ainda sincronizados, e descrevendo a evolução do sistema solar a partir daí.

"A interação gravitacional entre os planetas gigantes e o disco planetesimal produziu distúrbios no disco de gás que se espalharam na forma de ondas. As ondas produziram sistemas planetários compactos e síncronos. Quando o gás acabou, a interação entre os planetas e o disco planetesimal interrompeu a sincronicidade e deu origem à fase caótica. Levando tudo isso em consideração, descobrimos que simplesmente não existiam condições para que a distância entre a órbita de Netuno e o limite interno do disco planetesimal se tornasse grande o suficiente para sustentar a hipótese de instabilidade tardia. Esta é a principal contribuição do nosso estudo, o que mostra que a instabilidade ocorreu nos primeiros 100 milhões de anos, e pode ter ocorrido, por exemplo, antes da formação da Terra e da lua, "Disse Ribeiro.