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Mistério Resolvido sobre o Surgimento dos Anéis de Saturno

Observações mostram que os anéis de Saturno são feitos de mais de 95% de partículas geladas, enquanto os anéis de Urano e Netuno são mais escuros e podem ter maior teor de rocha.

Uma equipe de pesquisadores apresentou um novo modelo para a origem dos anéis de Saturno baseado em resultados de simulações de computador. Os resultados das simulações são também aplicáveis a anéis de outros planetas gigantes e explicam as diferenças de composição entre os anéis de Saturno e Urano. Os resultados foram publicados em 6 de outubro na versão on-line de Icarus.

O autor principal do artigo é Ryuki Hyodo da Universidade de Kobe, Japão, graduado na School of Science, e os co-autores são o Professor Sébastien Charnoz, do Instituto de Física do Globo da Universidade Paris Diderot, o Professor Keiji Ohtsuki da Universidade de Kobe, Graduado também na School of Science, e o professor Hidenori Genda do Instituto de Ciência Earth-Life no Instituto de Tecnologia de Tóquio.

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Os planetas gigantes em nosso sistema solar têm anéis muito diversos. As observações mostram que os anéis de Saturno são feitos de mais de 95% de partículas geladas, enquanto os anéis de Urano e Netuno são mais escuros e podem ter maior teor de rocha. Desde que os anéis de Saturno foram observados pela primeira vez no século XVII, a investigação dos anéis expandiu-se dos telescópios baseados em terra às espaçonaves tais como Voyagers e Cassini. No entanto, a origem dos anéis ainda não era clara e os mecanismos que levam aos diversos sistemas de anéis eram desconhecidos.

O presente estudo centrou-se no período chamado Late Heavy Bombardment que se acredita ter ocorrido há 4 bilhões de anos no nosso sistema solar, quando os planetas gigantes passaram por migração orbital. Pensa-se que vários milhares de objetos de tamanho Plutão (um quinto do tamanho da Terra) do Cinturão de Kuiper existiam no sistema solar exterior além de Netuno. Primeiro, os pesquisadores calcularam a probabilidade de que esses objetos grandes passassem perto o suficiente dos planetas gigantes para que fossem destruídos por suas forças de maré durante o Late Heavy Bombardment. Os resultados mostraram que Saturno, Urano e Netuno experimentaram encontros próximos com esses grandes objetos celestes várias vezes.

Em seguida, o grupo usou simulações de computador para investigar a ruptura por força de maré desses objetos do Cinturão de Kuiper quando passaram a vizinhança dos planetas gigantes. Os resultados das simulações variaram dependendo das condições iniciais, como a rotação dos objetos de passagem e a distância mínima de aproximação ao planeta. No entanto, eles descobriram que em muitos casos fragmentos compreendendo 0,1 a 10% da massa inicial dos objetos de passagem foram capturados em órbitas ao redor do planeta. A massa combinada destes fragmentos capturados foi considerado suficiente para explicar a massa dos anéis atuais ao redor de Saturno e Urano. Em outras palavras, esses anéis planetários foram formados quando objetos suficientemente grandes passaram muito perto de gigantes e foram destruídos.

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Os pesquisadores também simularam a evolução de longo prazo dos fragmentos capturados usando supercomputadores no Observatório Astronômico Nacional do Japão. A partir dessas simulações, eles descobriram que os fragmentos capturados com um tamanho inicial de vários quilômetros devem sofrer colisões de alta velocidade repetidamente e gradualmente são quebrados em pequenos pedaços. Tais colisões entre fragmentos também devem circularizar suas órbitas e levar à formação dos anéis observados hoje.

Este modelo também pode explicar a diferença de composição entre os anéis de Saturno e Urano. Comparado a Saturno, Urano (e também Netuno) tem maior densidade (a densidade média de Urano é de 1,27g/cm³ e 1,64g/cm³ para Netuno, enquanto a de Saturno é 0,69g/cm³). Isto significa que nos casos de Urano (e Neptuno), os objetos podem passar nas proximidades do planeta, onde experimentam fortes forças de maré. Saturno tem uma menor densidade e uma grande relação diâmetro-massa, portanto, se os objetos passam muito próximos, eles colidirão com o próprio planeta. Como resultado, se os objetos da cinturão de Kuiper têm estruturas em camadas, tal como um núcleo rochoso com um manto gelado, e passam perto de Urano ou Netuno, além do manto gelado, até mesmo o núcleo rochoso será destruído e capturado, formando anéis que incluem composição rochosa. No entanto, se eles passam por Saturno, apenas o manto gelado será destruído, formando anéis gelados. Isto explica as diferentes composições dos anéis.

Estes resultados ilustram que os anéis de planetas gigantes são subprodutos naturais do processo de formação dos planetas em nosso sistema solar. Isto implica que planetas gigantes descobertos em torno de outras estrelas provavelmente têm anéis formados por um processo similar. A descoberta de um sistema de anel em torno de um exoplaneta foi relatada recentemente, e descobertas adicionais dos anéis e dos satélites em torno dos exoplanetas avançarão nossa compreensão de sua origem.

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Notas:

(1) Late Heavy Bombardment: um período de instabilidade orbital que ocorreu em nosso sistema solar há aproximadamente 4 bilhões de anos. É pensado que durante este período houve vários pequenos corpos que não tornaram-se, por fim, planetas além da órbita de Netuno. Como resultado das interações gravitacionais com os planetas gigantes, as órbitas desses pequenos corpos tornaram-se instáveis, e muitos deles entraram no sistema solar e colidiram com planetas que já haviam se formado. Pensa-se que a maioria das crateras na superfície da lua foram formadas durante este período.

(2) Objetos de cinturão de Kuiper: um grande número de pequenos corpos feitos de gelo e rocha que existem além da órbita de Netuno.

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(3) Este artigo foi publicado a partir de materiais fornecidos pela Universidade Kobe, Japão. O material pode ter tido conteúdo editado para comprimento do texto. Para mais informações, entre em contato com a fonte citada.

Paper da pesquisa:

Ryuki Hyodo, Sébastien Charnoz, Keiji Ohtsuki, Hidenori Genda. Ring formation around giant planets by tidal disruption of a single passing large Kuiper belt object. Icarus, 2016; DOI: 10.1016/j.icarus.2016.09.012

Texto traduzido de: The Science Explorer

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Mestrando em Estudos Ambientais pela UCES, Buenos Aires. Graduado em Engenharia Civil e pós-graduado em Gestão Pública e Controladoria Governamental. Com interesse por ciência, tecnologia, filosofia, desenvolvimento sustentável e diversas outras áreas do conhecimento humano.

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