Desde tempos imemoriais, os seres humanos têm procurado a resposta de como o Universo surgiu. No entanto, somente nos últimos séculos, com a Revolução Científica, as teorias predominantes foram de natureza empírica. Foi durante esse período, dos séculos XVI a XVIII, que astrônomos e físicos começaram a formular explicações baseadas em evidências de como nosso Sol, os planetas e o Universo começaram.
Quando se trata da formação de nosso Sistema Solar, a visão mais amplamente aceita é conhecida como Hipótese Nebular. Em essência, essa teoria afirma que o Sol, os planetas e todos os outros objetos no Sistema Solar se formaram a partir de material nebuloso bilhões de anos atrás. Originalmente proposta para explicar a origem do Sistema Solar, essa teoria se tornou uma visão amplamente aceita de como todos os sistemas estelares surgiram.
Hipótese nebular:
De acordo com essa teoria, o Sol e todos os planetas do nosso Sistema Solar começaram como uma nuvem gigante de gás molecular e poeira. Então, cerca de 4,57 bilhões de anos atrás, aconteceu algo que causou o colapso da nuvem. Isso poderia ter sido o resultado de uma estrela passageira ou ondas de choque de uma supernova, mas o resultado final foi um colapso gravitacional no centro da nuvem.
A partir desse colapso, bolsões de poeira e gás começaram a se acumular em regiões mais densas. À medida que as regiões mais densas atraem cada vez mais matéria, a conservação do momento faz com que ele comece a girar, enquanto o aumento da pressão faz com que ele aqueça. A maior parte do material terminou em uma bola no centro, enquanto o resto da matéria achatou-se em um disco que circulava em torno dele. Enquanto a bola no centro formava o Sol, o restante do material se formava no disco protoplanetário.
Os planetas formados pela acumulação deste disco, no qual poeira e gás gravitavam juntos e coalesciam para formar corpos cada vez maiores. Devido a seus pontos de ebulição mais altos, apenas metais e silicatos poderiam existir em forma sólida, mais próximos do Sol, e estes formariam os planetas terrestres de Mercúrio, Vênus, Terra e Marte. Como os elementos metálicos compreendiam apenas uma fração muito pequena da nebulosa solar, os planetas terrestres não podiam crescer muito.
Em contraste, os planetas gigantes (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno) se formaram além do ponto entre as órbitas de Marte e Júpiter, onde o material é frio o suficiente para que os compostos gelados voláteis permaneçam sólidos (ou seja, a Linha de Gelo). Os gelados que formaram esses planetas eram mais abundantes do que os metais e silicatos que formaram os planetas internos terrestres, o que lhes permitiu crescer em massa o suficiente para capturar grandes atmosferas de hidrogênio e hélio. Restos de detritos que nunca se tornaram planetas se reuniram em regiões como o Cinturão de Asteróides, o Cinturão de Kuiper e a Nuvem de Oort.
Em 50 milhões de anos, a pressão e a densidade do hidrogênio no centro da protoestrela se tornaram grandes o suficiente para iniciar a fusão termonuclear. A temperatura, taxa de reação, pressão e densidade aumentaram até o equilíbrio hidrostático ser alcançado. Nesse ponto, o Sol se tornou uma estrela da sequência principal. O vento solar do Sol criou a heliosfera e varreu o gás e a poeira restantes do disco protoplanetário para o espaço interestelar, encerrando o processo de formação planetária.
História da hipótese nebular:
A idéia de que o Sistema Solar se originou de uma nebulosa foi proposta pela primeira vez em 1734 pelo cientista e teólogo sueco Emanual Swedenborg. Immanuel Kant, que estava familiarizado com o trabalho de Swedenborg, aprofundou a teoria e a publicou em seu História Natural Universal e Teoria dos Céus(1755) Neste tratado, ele argumentou que as nuvens gasosas (nebulosas) giram lentamente, gradualmente entrando em colapso e achatando devido à gravidade e formando estrelas e planetas.
Um modelo semelhante, porém menor e mais detalhado, foi proposto por Pierre-Simon Laplace em seu tratado Exposição do sistema monde (Exposição do sistema do mundo), que ele lançou em 1796. Laplace teorizou que o Sol originalmente tinha uma atmosfera quente estendida por todo o Sistema Solar, e que essa "nuvem protostar" esfriava e contraía. À medida que a nuvem girava mais rapidamente, ela jogou fora o material que acabou se condensando para formar os planetas.
O modelo nebular laplaciano foi amplamente aceito durante o século 19, mas teve algumas dificuldades bastante pronunciadas. A questão principal era a distribuição angular do momento entre o Sol e os planetas, que o modelo nebular não conseguiu explicar. Além disso, o cientista escocês James Clerk Maxwell (1831 - 1879) afirmou que diferentes velocidades de rotação entre as partes interna e externa de um anel não podiam permitir a condensação do material.
Também foi rejeitado pelo astrônomo Sir David Brewster (1781 - 1868), que afirmou que:
“Aqueles que acreditam na teoria nebular consideram certo que nossa Terra derivou sua matéria sólida e sua atmosfera de um anel lançado da atmosfera solar, que depois se contraiu em uma sólida esfera terrestre, da qual a Lua foi lançada pela mesma processo ... [Sob essa visão] a Lua deve necessariamente levar água e ar das partes aquosas e aéreas da Terra e deve ter uma atmosfera. ”
No início do século XX, o modelo laplaciano havia caído em desuso, levando os cientistas a procurar novas teorias. No entanto, não foi até a década de 1970 que emergiu a variante moderna e mais amplamente aceita da hipótese nebular - o modelo de disco nebular solar (SNDM). O crédito é para o astrônomo soviético Victor Safronov e seu livro Evolução da nuvem protoplanetária e formação da Terra e dos planetas (1972). Neste livro, quase todos os principais problemas do processo de formação planetária foram formulados e muitos foram resolvidos.
Por exemplo, o modelo SNDM conseguiu explicar a aparência de discos de acreção em torno de objetos estelares jovens. Várias simulações também demonstraram que o acúmulo de material nesses discos leva à formação de alguns corpos do tamanho da Terra. Assim, a origem dos planetas terrestres é agora considerada um problema quase resolvido.
Embora originalmente aplicado apenas ao Sistema Solar, o SNDM foi subseqüentemente considerado pelos teóricos como trabalhando em todo o Universo, e tem sido usado para explicar a formação de muitos dos exoplanetas que foram descobertos em toda a nossa galáxia.
Problemas:
Embora a teoria nebular seja amplamente aceita, ainda existem problemas que os astrônomos não foram capazes de resolver. Por exemplo, há o problema de eixos inclinados. De acordo com a teoria nebular, todos os planetas ao redor de uma estrela devem ser inclinados da mesma maneira em relação à eclíptica. Mas, como aprendemos, os planetas internos e externos têm inclinações axiais radicalmente diferentes.
Enquanto os planetas internos variam de quase 0 graus de inclinação, outros (como Terra e Marte) são inclinados significativamente (23,4 ° e 25 °, respectivamente), os planetas externos têm inclinações que variam da menor inclinação de Júpiter, de 3,13 °, a Saturno e Netuno. inclinações pronunciadas (26,73 ° e 28,32 °), até a inclinação extrema de Urano de 97,77 °, na qual seus pólos estão sempre voltados para o sol.
Além disso, o estudo de planetas extra-solares permitiu que os cientistas notassem irregularidades que lançavam dúvidas sobre a hipótese nebular. Algumas dessas irregularidades têm a ver com a existência de "Júpiteres quentes" que orbitam perto de suas estrelas com períodos de apenas alguns dias. Os astrônomos ajustaram a hipótese nebular para dar conta de alguns desses problemas, mas ainda precisam resolver todas as questões externas.
Infelizmente, parece que as questões relacionadas às origens são as mais difíceis de responder. Apenas quando achamos que temos uma explicação satisfatória, ainda existem aqueles problemas problemáticos que eles simplesmente não conseguem explicar. No entanto, entre nossos modelos atuais de formação de estrelas e planetas e o nascimento de nosso Universo, percorremos um longo caminho. À medida que aprendemos mais sobre os sistemas estelares vizinhos e exploramos mais do cosmos, nossos modelos provavelmente amadurecerão ainda mais.
Escrevemos muitos artigos sobre o Sistema Solar aqui na Space Magazine. Aqui está o sistema solar, nosso sistema solar começou com um pequeno estrondo? E o que havia antes do sistema solar?
Para mais informações, verifique a origem do Sistema Solar e como o Sol e os planetas se formaram.
Astronomy Cast também tem um episódio sobre o assunto - Episódio 12: De onde vêm as estrelas do bebê?
