Sonda de Plutão encontra um mundo intocado nos subúrbios do Sistema Solar | Scientific American Brasil | Nastari Editores
Sonda de Plutão encontra um mundo intocado nos subúrbios do Sistema Solar
Ultima Thule, o objeto mais distante já visitado por uma espaçonave, está revelando a história mais profunda do nosso Sistema Solar - e, talvez, revolucionando a ciência planetária
Ilustração de Ultima Thule
A história do Sistema Solar é um prato mais agradável quando servido frio. E faz bastante frio em Ultima Thule. Essa é a mensagem que chega até a Terra vinda da sonda New Horizons da NASA, agora que ela completou sua exploração histórica de um pequeno corpo no Cinturão de Kuiper, a população crescente de planetas anões e objetos semelhantes a cometas que fica para além de Netuno. Quando a New Horizons fez o sobrevoo às 15:33, horário de Brasília, em 1º de janeiro, Ultima estava a mais de 6 bilhões de quilômetros do Sol. É, de longe, o objeto mais distante já visitado por naves espaciais, e consequentemente um dos mais frios: cerca de 35 graus Kelvin, ou quase 240 graus abaixo de zero Celsius.
Em temperaturas tão baixas, Ultima (mais formalmente conhecida por sua designação científica, 2014 MU69) pode preservar sua antiga composição inicial. Ultima também é frio em um outro sentido, mais especializado e intrigante. Ele é dinamicamente frio, pois é parte do que é conhecido como "frio clássico" do Cinturão de Kuiper, o que significa que ele circunda o Sol seguindo uma órbita estabelecida que não foi perturbada por todos os eventos caóticos que atingiram a Terra e outros planetas à medida que eles foram se agrupando há quatro bilhões de anos.
Antes do sobrevoo, a grande expectativa da equipe da New Horizons era conseguir observar um sobrevivente intacto da época do nascimento do Sistema Solar. As primeiras imagens de Ultima, mostrando sua forma de "boneco de neve" delicadamente empilhada, justificaram plenamente essas esperanças. Ele se encaixa exatamente nos modelos que descrevem como nuvens de gás e poeira ao redor de estrelas jovens se agrupam em objetos cada vez maiores - um processo que foi bem estudado na teoria, mas nunca observado na realidade até agora. "Estamos olhando para um dos primeiros blocos de construção que se juntaram para formar os planetas e as luas", diz Jeffrey Moore, pesquisador do Centro de Pesquisa Ames, da NASA. "Parece que alguém o deixou na parte de trás do freezer de Deus nos últimos quatro bilhões e meio de anos."
UM LONGO CAMINHO ATÉ O CINTURÃO DE KUIPER
Ser deixado de fora, no frio, é um sentimento bastante familiar para Alan Stern, o pesquisador principal da New Horizons. Ele começou a fazer campanha para a NASA montar uma missão como a de Ultima nos anos 1980, muito antes que alguém soubesse que Ultima existia. Seu objetivo original era visitar Plutão, completando a exploração dos então nove planetas, mas os planos não deram em nada. Em consonância com seu status de outsider, Stern e outros fãs do sistema solar exterior começaram a chamar a si mesmos de "resistência de Plutão".
O interesse científico por Plutão explodiu nos anos 1990, quando os astrônomos descobriram que ele era apenas uma parte do grandioso Cinturão de Kuiper. Mesmo assim, Stern observou três propostas diferentes de missão definharem e morrerem. Foi preciso mais uma década, um cancelamento e uma rara ressurreição antes que fosse lançada a New Horizons, em 19 de janeiro de 2006.
O objetivo nominal da sonda era apenas visitar Plutão e suas luas, mas desde o início Stern tinha um segundo ato em mente. "A New Horizons é uma espaçonave muito saudável e tem o poder de operar por mais 15 ou 20 anos", diz ele. Por que desperdiçar uma oportunidade única na vida para explorar mais o cinturão de Kuiper? Um sobrevôo de 2015 revelou Plutão como um mundo excitantemente dinâmico, mas em alguns aspectos, dinâmico demais: sua geologia (ou seria `plutologia`?) ativa apagou grande parte de sua história inicial. Uma visita a um alvo muito menor e mais intocado preencheria uma enorme peça que faltava no reconhecimento do Sistema Solar.
O grande problema era que não havia um alvo adequado nos catálogos dos astrônomos; a própria equipe da New Horizons teria que encontrar um, algo que a espaçonave pudesse alcançar com seus estoques cada vez menores de combustível. Isso significava organizar os telescópios mais poderosos do mundo, procurar por um ponto fraco de luz que se movesse lentamente entre um emaranhado de estrelas de fundo e localizar exatamente no ponto certo para uma interceptação fácil. Marc Buie, do Southwest Research Institute (SwRI), descreve seu trabalho liderando essa busca. "Eu passei 10 anos procurando por um objeto para a New Horizons visitar", diz ele com admirável sangue-frio. "Vou contar um pequeno segredo: quando você tira fotos através de um telescópio, elas não vêm com setas para dizer a você o que observar."
Finalmente, Buie viu algo. O sinal revelador consistia em apenas 144 fótons em uma imagem de pesquisa do Telescópio Espacial Hubble, "mas no instante em que eu vi, senti um calafrio. Sabia que era o que buscávamos." À medida que o reconhecimento da sua importância crescia, o objeto originalmente catalogado como 1110113Y tornou-se o Potencial Alvo 1, depois o objeto do Cinturão de Kuiper 2014 MU69, e mais recentemente foi informalmente apelidado de Ultima Thule (um nome que gerou algumas infelizes controvérsias).
ENTRA O BONECO-DE-NEVE
Quando as primeiras imagens de alta resolução de Ultima chegaram da New Horizons, todas aquelas agonias do passado desapareceram das mentes dos cientistas, substituídas por sorrisos enormes e inabaláveis.
"É um boneco de neve!" Stern riu ao olhar para a forma icônica de duplo lóbulo da Ultima. Ou, em termos científicos, ele observa, é um "binário de contato", dois objetos que se formaram separadamente, mas agora são mantidos juntos por sua gravidade mútua. O lobo maior é três vezes o tamanho do menor; empilhados juntos, eles medem 33,8 km de comprimento.
Essa estrutura de boneco de neve é precisamente o que a equipe da New Horizons esperava encontrar no Cinturão de Kuiper. "A coisa que eu mais queria dessa missão era a evidência incontestável de que estávamos olhando para um objeto primordial e inalterado", diz Buie. Mais especificamente, ele queria testemunhar um objeto congelado desde o momento em que pequenos corpos no Sistema Solar começaram a se unir e construir corpos maiores.
Nos planetas e luas, todas as evidências desse processo foram apagadas pela atividade geológica subsequente. Mesmo em cometas relativamente primitivos como 67 / P Churyumov-Gerisamenko - o cometa "pato-de-borracha" estudado até 2016 pela sonda Rosetta da European Space Agency - a superfície foi extensivamente cozida e alterada pelo calor do Sol.
No Ultima é como se o nascimento do Sistema Solar tivesse acontecido ontem, com dois planetesimais (os primeiros grandes conglomerados de rocha, poeira e gelo a se aglutinarem em torno de uma jovem estrela) ainda agrupados bem diante dos olhos digitais da New Horizon. "Eu olhei para ele e pensei: estou vendo a acreção acontecendo", diz Buie. "Isso vai revolucionar nossa visão sobre de onde viemos e como todo esse processo funciona."
VOCÊ QUER CONSTRUIR UM PLANETA?
De fato, a revolução já está bem encaminhada. Nos três primeiros dias após o sobrevoo de Ultima, os membros das equipes de análise da New Horizons se aproximaram do controle da missão do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins para entender os primeiros dados coletados. Depois de todas essas décadas de espera, Stern está ansioso para seguir em frente. "Vamos começar a escrever nossos primeiros trabalhos científicos na semana que vem!", ele promete. Mas, na verdade, ninguém estava esperando tanto tempo para começar a aprender as lições de Ultima.
Uma das primeiras tarefas é interpretar como os dois lobos de Ultima se juntaram tão gentilmente, com um pequeno colar de material brilhante no lugar onde se encontram. Bill McKinnon, especialista em dinâmica planetária da Universidade de Washington em Saint Louis, observa que os objetos no Cinturão de Kuiper estão se movendo tão lentamente que velocidades típicas de encontro seriam em torno de 966 km/h, o que limita a quantidade de dano que um impacto pode criar.
Ultima aparentemente se uniu ainda mais levemente do que isso. Muito provavelmente, os dois lóbulos formavam inicialmente corpos separados em órbita um ao redor do outro, que foram espiralando juntos até se tocarem. "Teria sido como uma batidinha num estacionamento, a uma velocidade equivalente à de uma caminhada. Além disso, provavelmente são objetos muito porosos; eles têm amortecedores de absorção de energia neles ", diz McKinnon. Como resultado, os dois lóbulos se uniram em vez de se partirem quando se tocaram.
Os lóbulos ligados de Ultima fornecem a evidência mais direta até agora da teoria hierárquica padrão de como os planetas se formam: os primeiros grãos de poeira se juntam em seixos, que se reúnem em planetesimais. Aqueles se acumulam em protoplanetas, continuando até coisas maiores como a Terra e Júpiter.
Outro detalhe notável é que, salvo a diferença de tamanho, os dois lóbulos de Ultima são extremamente semelhantes em forma e cor. "Isso também é consistente com a formação como resultado da fusão de dois objetos que se formaram juntos no disco protoplanetário", diz Silvia Protopapa, da SwRI. Em tal região quimicamente e dinamicamente fria, dois planetesimais vizinhos devem ter agregado de uma mistura essencialmente idêntica de matérias-primas.
As informações ainda armazenadas a bordo do New Horizons revelarão muito sobre exatamente quais são esses materiais. "Vamos procurar por amônia, água, monóxido de carbono e produtos orgânicos", diz Protopapa. A tonalidade vermelha geral da Ultima já sugere que ela é coberta com tolinas (compostos orgânicos processados por eras de radiação), semelhante ao que é visto em muitos outros objetos do sistema solar externo, incluindo a lua de Plutão, Caronte.
Moore está aliviado, ainda que talvez um pouco desapontado, que nada sobre Ultima tenha confundido diretamente as expectativas - como seria o caso se, digamos, os dois lóbulos tivessem cores totalmente diferentes. "A princípio, nossas idéias de como essas coisas se formaram parecem ser justificadas", diz ele. "Mas há toda uma gama de explicações específicas que as pessoas tinham. É como entrar em um restaurante, você pode escolher entre várias coisas no menu. Agora que vemos Ultima, sabemos quais são as boas escolhas no menu ".
A PRÓXIMA AÇÃO DE ULTIMA
Essas rápidas leituras de Ultima são ainda mais impressionantes, considerando-se que foram feitas por cientistas altamente cafeinados que estavam operando com pouco ou nenhum sono, trabalhando com um download inicial de apenas 1% do total de dados que a New Horizons coletou durante o sobrevoo.
Talvez o mais notório elemento ausente dos dados até agora seja uma visão clara da topografia de Ultima: podemos ver, mas não podemos realmente sentí-la. As melhores imagens liberadas até agora foram feitas com o Sol quase diretamente atrás da espaçonave, dificultando a distinção entre colinas e depressões na paisagem alienígena abaixo. Fotos ainda mais nítidas, incluindo aquelas que mostram sombras profundas, ainda estão nos gravadores de estado sólido da New Horizons. "Levará 20 meses para esvaziar os gravadores de todos os dados que coletamos, incluindo centenas de imagens e espectros", diz Stern. Culpe a largura de banda extremamente limitada de uma nave espacial a seis horas-luz de casa.
À medida que as informações armazenadas chegam, pode-se esperar muito mais lições de história. Uma grande questão pendente para os cientistas planetários é como os próprios lobos individuais de Ultima foram montados. Surpreendentemente, não há evidências inequívocas de crateras. Certamente há coisas que se assemelham a crateras, mas no ambiente calmo onde Ultima moldou essas formações mal resolvidas, na verdade podem ser colinas que foram construídas em vez de poços escavados. "Podemos descobrir que a textura é dominada por processos de acreção em câmera lenta", diz Moore. Se assim for, isso revelaria muito sobre os primeiros estágios da formação planetária.
Com esse pensamento em mente, Cathy Olkin, da SWrRI, uma cientista assistente de projetos da New Horizons, está ansiosa para examinar como a composição de Ultima varia de um lugar para outro. As medições espectrais da New Horizons devem possibilitar a identificação dos vestígios de colisões de impactos antigos que ficaram pela superfície, como moscas no pára-brisa. Então, ela fará um censo desses vestígios de colisões para entender os objetos que os criaram. "Assim, poderemos olhar para as menores partículas no cinturão de Kuiper, uma população que não poderíamos ver de outra maneira", diz ela.
Talvez a surpresa mais sutil, mas mais significativa, de Ultima seja que conseguimos alcançá-la. Estudos recentes de estrelas recém-nascidas usando o observatório Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) no Chile mostram que muitos deles parecem estar formando planetas em uma escala muito maior do que vemos em nosso Sistema Solar, levando suas versões do Cinturão de Kuiper a se formar a distâncias muito maiores. A vasta distância entre nosso Sol e Ultima não parece tão grande em comparação.
McKinnon lança outra possível lição de história: a borda externa do nosso Sistema Solar pode ter sido cortada pela radiação de estrelas vizinhas em um estágio muito precoce, sugere ele, bem antes mesmo que Ultima se formasse. "É provavelmente definido pelas outras estrelas no aglomerado de nascimentos do Sol, seus irmãos e irmãs perdidos", diz ele.
No debate sobre se o nosso Sistema Solar é normal ou uma exceção cósmica, então, Ultima inclina o equilíbrio um pouco mais na direção do esquisito. "Depois consideramos que o Sol é uma estrela única, que não é a norma, e as estrelas do tipo solar não são as estrelas mais comuns", diz McKinnon. "Você soma e pensa: `não somos exatamente um sistema planetário comum`".