Embora os gigantes de gás do nosso Sistema Solar variem amplamente em tamanho e massa, eles têm algo em comum. À medida que essas luas cresciam, as sobras de gás diminuíam a velocidade e caíam no planeta para serem consumidas. As luas que vemos hoje foram as últimas a se formarem em torno de seus planetas pais, depois que o gás se dissipou.
Cada um dos planetas gasosos externos do nosso Sistema Solar hospeda um sistema de múltiplos satélites, e esses objetos incluem Io e Europa vulcânicos de Júpiter, com seu oceano sub-superficial, além de Titã, com sua atmosfera densa e rica em orgânicos em Saturno. Embora as propriedades individuais dos satélites variem, todos os sistemas compartilham uma semelhança impressionante: a massa total de cada sistema de satélites em comparação com a massa do planeta hospedeiro é uma proporção quase constante, de aproximadamente 1: 10.000.
Pesquisas realizadas por cientistas do Southwest Research Institute, publicado na edição de 15 de junho da Nature, propõem uma explicação de por que os planetas gasosos exibem essa consistência e por que os satélites dos planetas a gás são muito menores em comparação com o planeta do que os principais satélites de planetas sólidos.
Os quatro satélites galileanos de Júpiter são aproximadamente similares em tamanho, enquanto Saturno tem um satélite grande junto com vários satélites muito menores. Mesmo assim, a massa total nos dois sistemas de satélite é de cerca de um centésimo de um por cento (0,0001) da massa do respectivo planeta. A estrutura do sistema de satélite uraniano é semelhante à de Júpiter e também exibe a mesma proporção de massa. Em contraste, os grandes satélites de planetas sólidos contêm frações muito maiores das massas do planeta, com a Lua contendo 1% (0,01) da massa da Terra e o satélite de Plutão, Caronte, contendo mais de 10% (0,1) de sua massa.
Por que os planetas de gás, cada um com seus próprios históricos de formação, têm sistemas de satélites que contêm uma fração consistente da massa de cada planeta e por que essa fração é tão pequena se comparada aos satélites sólidos do planeta? O Dr. Robin Canup e o Dr. William Ward, do Departamento de Estudos Espaciais da SwRI, propõem que a presença de gás, principalmente hidrogênio, durante a formação desses satélites, limitou seu crescimento e selecionou uma fração de massa comum do sistema de satélites.
À medida que os planetas gasosos se formaram, eles acumularam gás hidrogênio e sólidos, como rochas e gelo. Acredita-se que o estágio final da formação de um planeta gasoso envolva um fluxo de gás e sólidos da órbita solar para a órbita planetária, produzindo um disco de gás e sólidos que orbitam o planeta em seu plano equatorial. É dentro desse disco que se acredita que os satélites tenham se formado.
Canup e Ward consideraram que a gravidade de um satélite em crescimento induz ondas espirais em um disco de gás circundante e que as interações gravitacionais entre essas ondas e o satélite fazem com que a órbita do satélite se contraia. Esse efeito se torna mais forte à medida que o satélite cresce, de modo que, quanto maior o satélite, mais rapidamente sua órbita espirala para dentro em direção ao planeta. A equipe propõe que o equilíbrio de dois processos - o fluxo contínuo de material para os satélites durante seu crescimento e a perda de satélites por colisão com o planeta - implique um tamanho máximo para um satélite de planeta gasoso consistente com as observações.
Usando simulações numéricas e estimativas analíticas do crescimento e perda de satélites, a equipe mostra que várias gerações de satélites eram prováveis, com os satélites de hoje sendo a última geração sobrevivente que se formou quando o crescimento do planeta cessou e o disco de gás se dissipou. Canup e Ward demonstram que, durante vários ciclos de crescimento e perda de satélites, a fração da massa do planeta contida em seus satélites a qualquer momento mantém um valor não muito diferente de 0,0001 em uma ampla variedade de opções de parâmetros de modelo.
As simulações diretas da equipe também são as primeiras a produzir sistemas de satélite semelhantes aos de Júpiter, Saturno e Urano em termos de número de satélites, suas maiores massas e espaçamentos das grandes órbitas dos satélites.
"Acreditamos que nossos resultados apresentam um forte argumento de que os sistemas de satélite de Júpiter e Saturno se formaram em discos produzidos como o próprio planeta estava em seus estágios finais de crescimento", diz Canup. "No entanto, a origem do sistema de satélite uraniano permanece mais incerta, e a probabilidade de nossos resultados serem aplicáveis a esse planeta depende de como Urano alcançou sua inclinação axial de quase 98 graus, que é um tópico de estudo ativo".
Para sistemas extra-solares, esta pesquisa sugere que os maiores satélites de um planeta de massa de Júpiter seriam do tamanho da Lua para Marte, de modo que não seria de esperar que exoplanetas do tamanho de Jovianos hospedassem satélites tão grandes quanto a Terra. Isso é relevante para a potencial habitabilidade de satélites em sistemas extra-solares.
Os programas de Pesquisa em Geologia Planetária e Geofísica e Planetas Externos da NASA financiaram esta pesquisa. O artigo, “Uma escala de massa comum para sistemas de satélites de planetas gasosos”, de Canup e Ward, aparece na edição de 15 de junho da revista Nature.
Fonte original: SwRI News Release
