1292: TRABALHO DE DETECTIVE CÓSMICO: A IMPORTÂNCIA DAS ROCHAS ESPACIAIS

Os mundos pequenos do nosso Sistema Solar ajudam-nos a traçar a sua história e evolução, incluindo os cometas. Esta pequena animação foi compilada com imagens obtidas pela missão EPOXI da NASA durante a sua passagem pelo cometa Hartley 2 no no dia 4 de Novembro de 2010.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/UMD

Toda a história da existência humana é um pequeno ponto na cronologia com 4,5 mil milhões de anos do nosso Sistema Solar. Ainda ninguém existia para poder ver a formação dos planetas e para ver as mudanças dramáticas por que passaram antes de se estabelecerem na sua configuração actual. A fim de entendermos o que se passou antes do ser humano – antes da vida na Terra e antes da própria Terra – os cientistas precisam procurar pistas desse misterioso e distante passado.

Estas pistas vêm na forma de asteróides, cometas e outros pequenos objectos. Como detectives que examinam evidências forenses, os cientistas examinam cuidadosamente estes pequenos corpos em busca de informações sobre as nossas origens. Contam-nos mais sobre uma época em que inúmeros meteoros e asteróides choviam nos planetas, morriam no Sol e eram disparados para lá da órbita de Neptuno ou colidiam uns com outros e davam origem a corpos mais pequenos. Desde os distantes e gélidos cometas, até ao asteróide que terminou o reino dos dinossauros, cada rocha espacial contém pistas de eventos épicos que moldaram o Sistema Solar como o conhecemos hoje – incluindo a vida na Terra.

As missões da NASA para estudar esses “não-planetas” ajudam-nos a compreender como os planetas, incluindo a Terra, se formaram, a localizar perigos de objectos vindouros e a pensar sobre o futuro da exploração. Desempenharam papéis importantes na história do nosso Sistema Solar e refletem como continua a mudar ainda hoje.

“Podem não ter vulcões gigantes, oceanos globais ou tempestades de areia, mas os mundos pequenos podem responder a grandes questões que temos sobre as origens do nosso Sistema Solar,” comenta Lori Graze, directora interina da Divisão de Ciência Planetária na sede da NASA em Washington.

A NASA tem uma longa história de exploração de pequenos corpos, começando com a passagem em 1991 da Galileo pelo asteroide Gaspra. A primeira sonda a orbitar um asteróide, a NEAR (Near Earth Asteroid Rendezvous) Shoemaker também aterrou com sucesso no asteroide Eros em 2000 e obteve medições que originalmente não haviam sido planeadas. A missão Deep Impact conduziu uma sonda até ao Cometa Tempel 1 em 2005 e levou os cientistas a repensarem a formação dos cometas. Esforços mais recentes basearam-se nesses sucessos e vão continuar a ensinar-nos mais sobre o nosso Sistema Solar. Aqui fica uma visão geral do que podemos aprender:

Esta representação em cores falsas da Cratera Occator em Ceres mostra diferenças na composição da superfície.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Os Blocos de Construção dos Planetas

O nosso Sistema Solar, como o conhecemos hoje, formou-se a partir de grãos de poeira – partículas pequenas de rocha, metal e gelo – girando num disco em torno do nosso jovem Sol. A maioria do material desse disco caiu na estrela recém-nascida, mas parte evitou esse destino e permaneceu em órbita, aglomerando-se em asteróides, cometas e até planetas. Ainda hoje sobrevivem muitos detritos desse processo. O crescimento dos planetas, a partir de objectos mais pequenos, é uma parte da nossa história que os asteróides e cometas podem ajudar a investigar.

“Os asteróides, cometas e outros corpos pequenos contêm material do nascimento do Sistema Solar. Se quisermos saber de onde viemos, temos que estudar esses objectos,” comenta Glaze.

Dois fósseis antigos que fornecem pistas desta história são Vesta e Ceres, os maiores corpos da cintura de asteróides entre Marte e Júpiter. A sonda Dawn da NASA, que recentemente terminou a sua missão, orbitou os dois e mostrou definitivamente que não fazem parte do típico “clube dos asteróides”. Embora muitos asteróides sejam colecções um tanto ou quanto soltas de entulho, os interiores de Vesta e Ceres estão dispostos em camadas, estando o material mais denso nos núcleos (em termos científicos, dizemos que os seus interiores são “diferenciados”). Isto indica que ambos os corpos estavam a caminho de se tornarem planetas, mas o seu crescimento foi atrófico – nunca tiveram material suficiente para ficarem tão grandes quanto os planetas principais.

Mas enquanto Vesta é em grande parte seco, Ceres é molhado. Pode ter até 25% de água, principalmente ligada a minerais ou sob a forma de gelo, com a possibilidade de água líquida subterrânea. A presença de amónia em Ceres também é interessante, porque normalmente requer temperaturas mais baixas do que a posição actual de Ceres permite. Isto indica que o planeta anão pode ter-se formado para lá de Júpiter e migrado para o interior, ou pelo menos ter incorporado materiais originários de locais mais afastados do Sol. O mistério das origens de Ceres mostra quão complexa pode ser a formação planetária e destaca a história complicada do nosso Sistema Solar.

Esta impressão de artista mostra a nave da missão Psyche da NASA perto do seu alvo, o asteróide metálico Psyche.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/Universidade Estatal do Arizona/Space Systems Loral/Peter Rubin

Embora possamos estudar indirectamente os interiores profundos dos planetas em busca de pistas das suas origens, como a missão InSight da NASA fará em Marte, é impossível perfurar até ao núcleo de qualquer objecto considerável no espaço, incluindo a Terra. No entanto, um objecto raro chamado Psyche pode fornecer a oportunidade de explorar o núcleo de um corpo semelhante a um planeta sem qualquer tipo de perfuração. O asteróide Psyche parece ser o núcleo exposto de ferro-níquel de um protoplaneta – um mundo pequeno que se formou no início da história do nosso Sistema Solar, mas que nunca atingiu o tamanho planetário. Tal como Ceres e Vesta, Psyche viu o seu percurso para planeta igualmente impedido. A missão Psyche da NASA, com lançamento previsto para 2022, vai ajudar a contar a história da formação planetária através do estudo detalhado deste objecto metálico.

Impressão de artista da sonda New Horizons da NASA a encontrar 2014 MU69, um objecto da Cintura de Kuiper que orbita o Sol a 1,6 mil milhões de quilómetros para lá de Plutão, no dia 1 de Janeiro de 2019.
Crédito: NASA/JHUAPL/SwRI

Mais adiante, a nave New Horizons da NASA está actualmente a caminho de um objecto distante de nome 2014 MU69, apelidado “Ultima Thule” pela missão. A mais de mil milhões de quilómetros para lá de Plutão, MU69 é um residente da Cintura de Kuiper, uma região rica em objectos gelados situada para lá da órbita de Neptuno. Objectos como MU69 podem representar o material mais primitivo, mais inalterado, que ainda existe no Sistema Solar. Embora os planetas orbitem em elipses em redor do Sol, MU69 e muitos outros objectos da Cintura de Kuiper têm órbitas bastante circulares, sugerindo que não se moveram dos seus percursos originais em 4,5 mil milhões de anos. Estes objectos podem representar os blocos de construção de Plutão e de outros mundos gelados e distantes. A New Horizons fará a sua maior aproximação a MU69 no dia 1 de Janeiro de 2019 – o “flyby” planetário mais distante da História da Humanidade.

“Ultima Thule é incrivelmente valioso, cientificamente falando, para a compreensão da origem do nosso Sistema Solar e dos seus planetas,” comenta Alan Stern, investigador principal da New Horizons, no SwRI (Southwest Research Institute) em Boulder, no estado norte-americano do Colorado. “É antigo e pristino, não é nada como qualquer objecto que tenhamos visto antes.”

Entrega dos Elementos da Vida

Os mundos pequenos são também provavelmente responsáveis por semear a Terra com os ingredientes da vida. O estudo da sua quantidade de água é evidência de como ajudaram a semear a vida na Terra.

“Os corpos pequenos mudam o jogo. Participam na evolução lenta e constante do nosso Sistema Solar ao longo do tempo e influenciam as atmosferas planetárias e as oportunidades para a vida. A Terra faz parte dessa história, comenta o cientista-chefe da NASA, Jim Green.

Esta imagem em “super-resolução” do asteróide Bennu foi criada com oito exposições obtidas pela sonda OSIRIS-REx da NASA no dia 29 de Outubro de 2018, a uma distância de mais ou menos 330 km.
Crédito: NASA/Goddard/Universidade do Arizona

Um exemplo de um asteróide que contém os blocos de construção da vida é Bennu, o alvo da missão ORISIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer) da NASA. Bennu pode estar carregado com moléculas de carbono e água, ambas necessárias para a vida como a conhecemos. À medida que a Terra se formava – e depois -, objectos como Bennu choveram e entregaram estes materiais ao nosso planeta. Estes objectos não tinham oceanos, mas sim moléculas de água ligadas a minerais. Pensa-se que até 80% da água da Terra tenha vindo de pequenos corpos como Bennu. Ao estudar Bennu, podemos compreender melhor os tipos de objectos que permitiram que uma jovem e estéril Terra florescesse com vida.

Bennu provavelmente teve origem na cintura principal de asteróides entre Marte e Júpiter e pensa-se que tenha sobrevivido a uma colisão catastrófica que ocorreu há 800-2000 milhões de anos. Os cientistas pensam que um grande asteróide, rico em carbono, estilhaçou-se em milhares de fragmentos, e que Bennu é um desses remanescentes. Em vez de um objecto sólido, Bennu é um asteróide “pilha de escombros” – uma colecção solta de rochas mantidas unidas através da gravidade e de outra força que os cientistas chamam de “coesão”. A OSIRIS-REx, que chegará a Bennu no início de Dezembro de 2018, depois de uma viagem de 2 mil milhões de quilómetros, vai recolher e enviar para a Terra uma amostra deste intrigante objecto, com chegada prevista para 2023.

A missão japonesa Hayabusa-2 também está a estudar um asteróide da mesma família de corpos que supostamente entregaram ingredientes da vida na Terra. Actualmente em órbita do asteróide Ryugu, com pequenos robôs saltitantes à superfície, a missão vai recolher amostras e enviá-las numa cápsula para a Terra para análise no final de 2020. Vamos aprender muito pela comparação de Bennu e Ryugu, pela compreensão das semelhanças e diferenças entre as suas amostras.

Indícios da Evolução do Sistema Solar

A maior parte do material que formou o nosso Sistema Solar, incluindo a Terra, não viveu para contar a história. Caiu no Sol ou foi expelido para lá do alcance dos nossos telescópios mais poderosos; apenas uma pequena fracção formou os planetas. Mas existem alguns remanescentes renegados destes primeiros dias, quando o material dos planetas girava com um destino incerto em redor do Sol.

Entre 50 e 500 milhões de anos após a formação do Sol – um tempo particularmente catastrófico para o Sistema Solar. Júpiter e Saturno, os gigantes mais massivos do nosso Sistema Solar reorganizaram os objectos à sua volta à medida que a sua gravidade interagia com mundos menores, como os asteróides. Úrano e Neptuno podem ter tido origem mais perto do Sol e ter sido expulsos para fora à medida que Júpiter e Saturno se moviam. Saturno, de facto, pode ter impedido Júpiter de “comer” alguns planetas terrestres, incluindo a Terra, pois a sua gravidade neutralizou o movimento adicional de Júpiter em direcção ao Sol.

Imagem conceptual da missão Lucy aos asteróides Troianos.
Crédito: NASA/SwRI

Enxames de asteróides chamados Troianos podem ajudar a resolver os detalhes daquele período turbulento. Os Troianos compreendem dois grupos de corpos pequenos que partilham a órbita de Júpiter em redor do Sol, com um grupo à frente de Júpiter e o outro atrás. Mas alguns Troianos parecem ser compostos por materiais diferentes, como indicam as suas cores variadas. Alguns são muito mais avermelhados do que outros e podem ter tido origem para lá da órbita de Neptuno, enquanto os mais cinzentos podem ter-se formado muito mais perto do Sol. A principal teoria é que, à medida que Júpiter se movia há muito tempo atrás, estes objectos ficaram encurralados nos Pontos de Lagrange – locais onde a gravidade de Júpiter e do Sol criam áreas onde os asteróides podem ser capturados. A diversidade dos Troianos, dizem os cientistas, reflete a jornada de Júpiter até à sua posição actual. “São os remanescentes do que estava a acontecer da última vez que Júpiter se mudou,” explica Hal Levison, investigador do SwRI.

A missão Lucy da NASA, com lançamento previsto para Outubro de 2021, enviará uma nave pela primeira vez até aos Troianos, investigando minuciosamente seis Troianos (três asteróides em cada enxame). Para Levison, investigador principal da missão, a sonda testará as ideias que ele e os seus colegas vêm trabalhando há décadas sobre a reformulação do Sistema Solar por Júpiter. “O realmente interessante é aquilo que não esperamos,” acrescenta.

Processos num Sistema Solar em Evolução

Após o pôr-do-Sol, sob as condições certas, podemos notar luz solar espalhada ao longo do plano da eclíptica, a região do céu onde os planetas orbitam. Isto porque a luz solar é dispersada por poeira que sobrou das colisões de pequenos corpos como cometas e asteróides. Os cientistas chamam a este fenómeno “luz zodiacal” e é uma indicação de que o nosso Sistema Solar ainda está activo. A poeira zodiacal em torno de outras estrelas indica que elas podem, também, abrigar sistemas planetários activos.

A poeira de corpos pequenos teve um papel importante, em particular, no nosso planeta. Cerca de 100 toneladas de material meteorítico e poeira caem na Terra todos os dias. Parte vem dos cometas, cuja actividade tem implicações directas para a evolução da Terra. À medida que os cometas se aproximam do Sol e são aquecidos, os gases no interior são libertados e transportam com eles material empoeirado do cometa – incluindo os ingredientes da vida. A nave Stardust da NASA passou pelo Cometa 81P/Wild e descobriu que a poeira cometária contém aminoácidos, os blocos de construção da vida.

Esta imagem mostra o Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko visto pela câmara OSIRIS da sonda Rosetta da ESA no dia 29 de Setembro de 2016, quando se encontrava a uma altitude de 23 km.
Crédito: ESA/Rosetta/MPS para a equipa da OSIRIS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

As explosões ocasionais de gás e poeira observadas em cometas indicam actividade à superfície ou perto, como deslizamentos de terra. A missão Rosetta da ESA, que completou a sua exploração do Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko em 2016, forneceu informações sem precedentes sobre a actividade cometária. Entre as mudanças no cometa, a nave observou um enorme colapso de um penhasco, o crescimento de uma grande fenda e o movimento de um pedregulho. “Nós descobrimos que os pedregulhos do tamanho de um grande camião podem ser movidos através da superfície do cometa até uma distância de campo e meio de futebol,” comentou em 2017 Ramy El-Maarry, membro da equipa científica norte-americana da Rosetta e da Universidade do Colorado em Boulder.

Os cometas também influenciam o movimento planetário de hoje. À medida que Júpiter continua a arremessar cometas para fora, move-se ligeiramente para dentro por causa da dança gravitacional com os corpos gelados. Neptuno, entretanto, lança cometas para o interior e, por sua vez, recebe um pequeno empurrão para longe. Úrano e Saturno também se movem para longe do Sol neste processo muito lento.

“Neste momento estamos a falar de pequenos movimentos porque não resta muita massa,” explica Levison.

Curiosamente, a sonda que mais cometas viu é a SOHO (Solar & Heliospheric Observatory) da NASA, mais famosa pelo seu estudo do Sol. A SOHO viu o Sol “comer” milhares de cometas, o que significa que esses pequenos mundos estavam pulverizando material nas regiões mais internas do Sistema Solar na sua viagem para se tornarem alimento estelar.

Esta animação mostra um cometa à medida que se aproxima do Sistema Solar interior. A luz do Sol aquece o núcleo do cometa, um objecto tão pequeno que não pode ser visto a esta escala.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Perigos para a Terra

Os asteróides ainda podem representar um risco de impacto para os planetas, incluindo o nosso.

Enquanto os Troianos estão presos como “fãs” de Júpiter, Bennu, o alvo da missão OSIRIS-REx, é um dos asteróides potencialmente mais perigosos para a Terra actualmente conhecidos, embora as suas chances de colidir com a Terra ainda sejam relativamente pequenas; os cientistas estimam que Bennu tem uma probabilidade, entre 2700, de colidir com o nosso planeta durante uma das suas aproximações à Terra no final do século XXII. Actualmente, os cientistas podem prever o percurso de Bennu com bastante precisão até ao ano de 2135, quando o asteróide fizer uma das suas passagens mais próximas pela Terra. Observações íntimas pela OSIRIS-REx ajudarão os cientistas a refinar ainda mais a órbita de Bennu, o que só ajudará à protecção do nosso planeta contra asteróides perigosos e a melhor entender o que seria necessário para desviar um deles de uma trajectória de impacto.

“Estamos a desenvolver muitas tecnologias para operar com precisão em torno desses tipos de corpos e a escolher alvos à superfície, bem como a caracterizar as suas propriedades físicas e químicas. Precisamos destas informações se queremos desenhar uma missão de desvio de asteróides,” disse Dante Lauretta, investigador principal da missão OSIRIS-REx, na Universidade do Arizona em Tucson, EUA.

Outra missão que testará uma técnica para defender o planeta de perigos de impacto que ocorrem naturalmente é a missão DART (Double Asteroid Redirection Test) da NASA, que tentará mudar o movimento de um pequeno asteróide. Como? Através de impacto cinético – por outras palavras, fazendo colidir algo contra ele, mas de uma maneira mais precisa e controlada do que a Natureza colide.

O alvo da missão DART é Didymos, um asteróide binário composto por dois objectos em órbita um do outro. O corpo maior tem aproximadamente 800 metros, com uma pequena lua com 150 metros. Um asteróide deste tamanho poderia resultar em danos regionais generalizados caso impactasse a Terra. A DART irá deliberadamente chocar contra a lua e assim mudar ligeiramente a velocidade orbital do pequeno objecto. Os telescópios cá na Terra vão então medir esta alteração em termos de velocidade, observando o novo período orbital da lua em torno do corpo principal, que deverá corresponder a uma variação de menos de uma fracção de 1%. Mas até mesmo essa pequena mudança pode ser suficiente para fazer com que um corpo com impacto previsto falhe a Terra nalgum cenário futuro. A nave, que está a ser construída pelo Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, tem lançamento previsto para a primavera-verão de 2021.

Didymos e Bennu são apenas dois dos quase 19.000 asteróides conhecidos próximos da Terra. Existem mais de 8300 asteróides conhecidos próximos da Terra do tamanho da lua de Dydimos e maior, mas os cientistas estimam que possam existir no espaço próximo à Terra – e nessa gama de tamanhos – aproximadamente 25.000 asteróides. O telescópio espacial que ajuda os cientistas a descobrir e a entender esses tipos de objectos, incluindo potenciais perigos, é chamado NEOWISE (que significa Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer).

“Para a maioria dos asteróides, sabemos pouco sobre eles, excepto a sua órbita e quão brilhantes parecem. Com o NEOWISE, podemos usar o calor emitido pelos objectos para termos uma melhor avaliação dos seus tamanhos,” explica Amy Mainzer, investigadora principal do NEOWISE, no JPL da NASA. “Isto é importante porque os impactos de asteróides podem ser muito perigosos e a quantidade de energia depende fortemente do tamanho do objecto.”

Impressão de artista que mostra a nave WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer), na sua órbita em torno da Terra. A sua missão NEOWISE é encontrar e caracterizar asteróides.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Mundos Pequenos como Paragens, Recursos para a Exploração Futura

Ainda não temos postos de gasolina no espaço, mas os cientistas e os engenheiros estão já a começar a pensar em como os asteróides poderão um dia servir como estações de reabastecimento de espaço-naves a caminho de destinos mais longínquos. Estes mundos pequenos também podem ajudar os astronautas a reabastecer os seus aprovisionamentos. Por exemplo, Bennu provavelmente tem água encapsulada em minerais argilosos, que talvez possa um dia ser colhida para hidratar viajantes espaciais sedentos.

“Além da ciência, o futuro passará certamente pela mineração,” comenta Green. “Os materiais no espaço serão usados, no espaço, para uma maior exploração.”

Como é que os metais ficam em asteróides? À medida que se formavam, os asteróides e outros pequenos mundos recolheram elementos pesados forjados há milhares de milhões de anos. O ferro e o níquel encontrados nos asteróides foram produzidos por gerações anteriores de estrelas e incorporados na formação do nosso Sistema Solar.

Estes corpos pequenos também contêm metais mais pesados forjados em explosões estelares chamadas super-novas. A morte violenta de uma estrela, que pode levar à criação de um buraco negro, espalha elementos mais pesados que o hidrogénio e hélio pelo Universo. Estes incluem metais como o ouro, prata e platina, bem como oxigénio, carbono e outros elementos que precisamos para a nossa sobrevivência. Outro tipo de cataclismo – a colisão de remanescentes de super-nova chamadas estrelas de neutrões – também pode produzir e espalhar metais pesados. Desta maneira, corpos pequenos também são evidências forenses das explosões ou colisões de estrelas mortas há muito tempo.

Graças a coisas grandes, temos agora muitas coisas pequenas. E, de coisas pequenas, obtemos grandes pistas sobre o nosso passado – e possivelmente recursos para o nosso futuro. A exploração destes objectos é importante, mesmo que não sejam planetas.

Pois, afinal, são mundos pequenos.

Astronomia On-line
13 de Novembro de 2018

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