Em 1874, James Nasmyth e James Carpenter publicaram um livro extraordinário: A Lua: Considerada como um Planeta, um Mundo e um Satélite. Ricamente ilustrado com imagens espetaculares de características lunares, baseadas em suas próprias observações e em modelos de gesso meticulosamente elaborados, a obra serviu como uma plataforma para os autores defenderem suas ideias sobre a natureza e a evolução da superfície lunar.
Em uma resenha publicada no mesmo ano, o astrônomo britânico Sir Joseph Norman Lockyer escreveu:
"As ilustrações deste livro são tão admiráveis, tão superiores às que costumamos ver de um fenômeno celeste, que somos tentados a mencioná-las primeiro. Nunca um estudioso da Ciência apresentou aos seus leitores representações mais fiéis ou impressionantes de objetos naturais do que as que estão aqui; e posso acrescentar que raramente — ou nunca — se dedicou tanto esforço para garantir tal precisão."
Novos modelos
James Nasmyth usou seu telescópio Cassegrain-Newton de 20 polegadas para muitas de suas ilustrações pessoais e para criar seus modelos de gesso. (Crédito: Wikimedia Commons)
Carpenter era um astrônomo britânico do Observatório Real em Greenwich, Inglaterra. Nasmyth, por sua vez, era um proeminente engenheiro e inventor escocês, além de astrônomo amador, filósofo e artista. Entre suas contribuições, ele inventou o martelo a vapor e o design do telescópio Nasmyth-Cassegrain. Ambos foram homenageados posteriormente com crateras lunares batizadas em seus nomes.
Mas o que tornou o livro tão notável? Na época, uma grande questão científica girava em torno da natureza e da origem das crateras da Lua. Os autores eram fortes defensores da teoria amplamente aceita de que as crateras haviam se formado por vulcanismo, traçando paralelos com o arco vulcânico Campano, que inclui o Monte Vesúvio, no Golfo de Nápoles. Essa teoria havia sido proposta em Micrographia (1665), de Robert Hooke, como uma das duas possíveis explicações para a formação das crateras lunares. A outra era a teoria do impacto, que só foi formalizada em 1892 pelo geólogo Grove Karl Gilbert — e não foi universalmente aceita até meados do século XX. Ela só ganhou força definitiva em 1960, quando Eugene Shoemaker demonstrou que, em contraste marcante com o terreno vulcânico ao redor, a famosa Cratera Meteorito (ou Cratera Barringer), no norte do Arizona, havia sido criada por um grande impacto extraterrestre.
Trabalhando juntos, Nasmyth e Carpenter propuseram um mecanismo engenhoso para a suposta formação de crateras por vulcanismo, chamado modelo da fonte eruptiva. Ele explicava como muitas das crateras lunares mais proeminentes e relativamente jovens — como Tycho e Copernicus — haviam formado suas paredes elevadas e picos centrais. Teoricamente, esse modelo poderia abranger crateras de quase qualquer tamanho, incluindo aquelas preenchidas por lava.
Eles sugeriram que, à medida que a Lua gradualmente esfriava e se contraía após sua formação, sua camada externa se rompia, e o magma subjacente era ejetado através da superfície, de modo semelhante aos vulcões terrestres. Além disso, como a Lua não tem atmosfera nem oceanos, esse fenômeno teria de ser global para criar a superfície amplamente craterizada que vemos hoje. Nas palavras dos autores:
"Quando o substrato fundido rompia seus limites, ejetava o material excedente e produzia as estruturas vulcânicas resultantes, ele — após a solidificação final — retomava o processo normal de contração devido ao resfriamento."
Por fim, "a 'pele' — para chamar assim a camada externa de matéria sólida — enrugava-se, formando elevações e depressões alternadas, como vincos."
Nasmyth criou este modelo de gesso de uma cratera lunar (inferior). O modelo de fonte vulcânica retratado à esquerda tenta explicar sua formação através da ejeção de lava de uma fissura central em um contorno semelhante a um guarda-chuva. Crédito: James Nasmyth e James CarpenterRe-criando a Lua
Além de promover suas teorias sobre a formação da superfície lunar, Nasmyth e Carpenter também estavam ansiosos para produzir mapas da Lua mais precisos do que os até então desenhados à mão, além de oferecer um nível de realismo tridimensional que os mapas existentes não possuíam. A fotografia, embora útil, ainda estava em seus primórdios e não era capaz de capturar os detalhes mais finos da superfície, facilmente visíveis em telescópios de tamanho moderado.
Por isso, Nasmyth embarcou em um método ambicioso, porém atraente, para produzir representações muito superiores de regiões selecionadas da Lua. Com base em sua extensa coleção de desenhos refinados feitos no telescópio, ele criou modelos em gesso e os iluminou obliquamente, combinando os ângulos de sombra do nascer e do pôr do Sol correspondentes às suas observações. Esses modelos foram então fotografados e reproduzidos como xilogravuras para o livro. Os resultados, nas palavras de Lockyer, "eram perfeitos; muito mais perfeitos do que qualquer ampliação de fotografias poderia ser."
Embora fossem obras de arte refinadas, as imagens de Nasmyth não eram perfeitas em um aspecto crucial: sua elevação vertical era muito superestimada. Em seu livro Epic Moon, William Sheehan e Thomas Dobbins observam que, como Nasmyth usou seus modelos — e não medições reais dos ângulos das sombras — para quantificar as elevações, eles retratam as formações lunares mais altas e irregulares do que realmente são.
Mas esse erro não diminui o aspecto realista e a precisão posicional de seus modelos. Para demonstrar isso, comparamos diretamente alguns deles com imagens digitais telescópicas das mesmas regiões, obtidas sob ângulos de iluminação semelhantes. Todas as imagens digitais foram capturadas com um telescópio Celestron 14 polegadas (C14) (exceto onde indicado) e várias câmeras, e processadas por Leo Aerts.
Contando uma história
Uma das imagens mais impressionantes do livro é o grupo de crateras Teófilo, Cirilo e Catarina. Suas diferenças de idade ficam evidentes pelo desgaste progressivo de suas paredes e picos centrais.
Teófilo, a cratera mais ao norte, exibe paredes em degraus, um fundo plano e um pico central alto, características que a marcam como a mais jovem do trio. A sudoeste dela está Cirilo, de aparência semelhante, porém menos preservada, sendo apenas um pouco mais antiga que Teófilo. Nasmyth e Carpenter consideraram essas duas crateras exemplos perfeitos para seu modelo de formação por "fonte" (fountain model). Por outro lado, Catarina (a sudoeste de Cirilo), a maior e mais plana do trio, não se encaixava em sua teoria de formação de crateras. Hoje, sabe-se que Catarina foi modificada por vários impactos posteriores, especialmente sua borda antiga destruída, o que a torna a mais velha das três.
Outro trio exemplar, do mais jovem ao mais antigo, é composto por Arzachel, Alphonsus e Ptolemaeus. Nasmyth e Carpenter viram nesse agrupamento um exemplo quase claro da progressão de seu modelo de formação por fonte. A parede circular proeminente e o pico central de Arzachel indicavam um estágio inicial de atividade pós-vulcânica, enquanto Alphonsus representava um estágio intermediário, e Ptolemaeus, o estágio final, com paredes mais baixas e um pico central completamente recoberto por uma camada lisa de lava. No entanto, este último representou um desafio para eles.
Como Ptolemaeus não possuía um pico vulcânico central (ou "cone", como o chamavam), e com seu diâmetro de 95 milhas (154 km), ele não se encaixava facilmente no intervalo teórico do modelo de fonte. Assim como a cratera Petavius (que na época do livro era medida em 78 milhas [125 km], mas hoje sabe-se ter 110 milhas [177 km] de diâmetro), Ptolemaeus "não tinha um cone central" e, portanto, "não era manifestamente vulcânico como aqueles que possuem essa característica."
Nasmyth e Carpenter concluíram que o único método viável para explicar por que bacias enigmáticas como a Mare Crisium tinham fundos tão extensos e lisos era uma força de levantamento esférico abaixo da superfície lunar:
"[V]emos que uma explosão intensa, mas extremamente confinada... sob a crosta lunar deve perturbar uma área circular de sua superfície, se o material interveniente for homogêneo."
Curiosamente, apesar de serem tão defensores do vulcanismo em larga escala na Lua, os autores não consideraram o extenso derramamento de lava em bacias como Ptolemaeus como o mecanismo mais provável para sua formação. Evidências abundantes de antigos derrames de lava podem ser vistas em seus modelos das regiões de Arquimedes e Aristillus, assim como no complexo Plato-Montes Alpes. Ambas as regiões ficam próximas à Mare Imbrium, formada pelo impacto de um grande objeto há cerca de 3,9 bilhões de anos e posteriormente inundada por lava basáltica. Isso criou a superfície vulcânica lisa visível hoje, que ainda exibe picos montanhosos salientes e longas cristas enrugadas.
Avançado para sua época
Nasmyth e Carpenter estavam bastante equivocados em sua teoria vulcânica sobre a formação das crateras lunares. No entanto, demonstraram notável visão ao sugerir que a superfície da Lua se contraía à medida que esfriava e encolhia gradualmente desde sua formação.
Com base em dados de atividade sísmica lunar registrados pelos sismômetros deixados pelos astronautas da Apollo e em informações mais recentes da sonda Lunar Reconnaissance Orbiter, cientistas da NASA concluíram que, embora o exterior da Lua esteja frio e sólido, seu interior ainda está em processo de resfriamento e contração. Essa contração interna tem um efeito global, forçando a redução da área superficial total e enrugando a crosta lunar.
Em retrospecto, é fácil entender por que The Moon: Considered as a Planet, a World, and a Satellite atraiu tanta atenção na época. A obra não foi universalmente aceita; como Sheehan e Dobbins destacam em Epic Moon:
"Embora a teoria vulcânica tenha florescido nos anos seguintes à publicação da teoria da 'fonte' por Nasmyth e Carpenter, ela não ficou totalmente incontestada."
Com o tempo, os cientistas perceberam que a Lua e os planetas se formaram por um processo de acreção, que deixou nosso satélite sem atmosfera exposto a intensos bombardeios, resultando na superfície craterizada e marcada por bacias de lava solidificada que vemos hoje.
Ainda que suas teorias tenham se mostrado inexatas, Nasmyth e Carpenter estavam entre os primeiros a propor mecanismos plausíveis para explicar a topografia caótica da Lua — e fizeram isso com ilustrações inovadoras e únicas, que permanecem um marco na história da astronomia.
