O Sol e os planetas do nosso sistema solar formaram-se todos a partir da mesma nuvem de gás e poeira, mas as composições dos planetas’ variam com a massa e a distância da nossa estrela. Esta ilustração mostra os tamanhos relativos dos planetas’ (e Plutão) à escala, mas não as suas distâncias relativas do Sol. Crédito: NASA/Instituto Lunar e Planetário
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Enquanto a composição de gás e poeira em uma
nuvem molecular é bastante uniforme, tudo muda quando uma estrela começa a se
formar.
Se tudo em nosso sistema solar se formou a
partir da mesma nebulosa solar, por que os planetas têm composições diferentes?
Herbert Wich
Titusville, Flórida
Para entender melhor por que os planetas têm
composições variáveis, temos que primeiro entender o processo de como as
estrelas se formam. Enquanto a composição de gás e poeira em uma nuvem
molecular precursora é bastante uniforme antes da formação estelar, tudo muda
quando um núcleo de nuvem começa a colapsar gravitacionalmente.
O colapso de um núcleo de nuvem pode ser
desencadeado por muitos fatores. Uma teoria é que nossa formação de Sunilitis
foi iniciada por uma explosão de supernova próxima. Durante este colapso, o gás
central e a poeira tornaram-se cada vez mais densos, e o gás circundante
achatou-se em um disco à medida que girava com o momento angular do sistema. A
temperatura do núcleo central aumentou à medida que se tornou cada vez mais
densa e opaca, e eventualmente tornou-se quente e densa o suficiente para que a
fusão nuclear começasse. O proto-sol foi incendiado.
Durante o início da vida de uma protoestrela,
a poeira no disco circundante permanece fria. Mas uma vez que a estrela se
inflama, as camadas internas de poeira aquecem dramaticamente. À medida que
nosso Sol crescia, a estrutura do disco evoluiu com gradientes decrescentes de
densidade e temperatura movendo-se radialmente para fora do proto-Sol e com o
aumento da densidade em direção ao plano médio do disco. Esta heterogeneidade
é, em última análise, o que levou a diferenças nas composições dos planets’.
Elementos e moléculas que são voláteis (o que significa que requerem
temperaturas mais frias para solidificar ou condensar) permaneceram como gás
perto do Sol, onde estava quente, enquanto apenas os elementos menos voláteis,
como cálcio, alumínio, ferro e silício, poderiam solidificar em poeira e
detritos rochosos. Esses pedaços rochosos eventualmente se fundiram para formar
os planetas terrestres.
No entanto, a uma distância de cerca de 4
unidades astronômicas do Sol (AU; 1 AU é a distância média Sol-Terra de 93
milhões de milhas [150 milhões de quilômetros]), a temperatura no disco era
fria o suficiente para o vapor de água congelar em gelo sólido, no que é
chamado de linha de neve. Após essa distância, os protoplanetas rapidamente
acumularam grandes volumes de gelo de água e outros voláteis, como amônia e
metano, além de poeira e rocha. Eles rapidamente se tornaram massivos o
suficiente para também prender gravitacionalmente gases como hidrogênio e hélio
do disco. Este crescimento descontrolado levou à formação dos gigantes de gás e
gelo no sistema solar exterior.
Este modelo de primeira ordem de crescimento
planetário na nebulosa solar é impulsionado principalmente pela variação de
temperatura e densidade, mas há muitos outros fatores que contribuíram também,
como migração de planetas, transporte de materiais, colisões e desgaseificação.
Além disso, muitas questões em aberto permanecem sobre os estágios iniciais da
formação do planeta — nós somos até mesmo certos da origem da água na Terra —,
mas os cientistas continuamente descobrem e debatem teorias emocionantes que
melhoram nossa compreensão.
Christie Jilly
Cientista de Pesquisa e Gerente de Laboratório, Departamento de Ciências da
Terra e Planetárias, Universidade de Stanford, Stanford, Califórnia