Começa Com Um Estrondo

Entendemos os planetas melhor do que nunca, e é por isso que Plutão ainda não é um

Em 2006, Plutão foi rebaixado em uma decisão muito controversa. A menos que você ignore quase toda a ciência planetária, nunca mais será uma.

Embora agora acreditemos que entendemos como o Sol e nosso sistema solar se formaram, essa visão inicial é apenas uma ilustração. Quando se trata do que vemos hoje, tudo o que nos resta são os sobreviventes. O que existia nos estágios iniciais era muito mais abundante do que o que sobrevive hoje, um fato que provavelmente é verdade para todos os sistemas estelares bem-sucedidos e também para todos os sistemas estelares fracassados do Universo. (Crédito: JHUAPL/SwRI)

Principais conclusões

Descoberto em 1929, Plutão era conhecido como o nono planeta do nosso sistema solar por quase 80 anos.
Em 2006, a União Astronômica Internacional definiu controversamente a palavra planeta, excluindo Plutão para sempre.
Hoje, sabemos muito mais sobre mundos próximos e distantes, e Plutão simplesmente não se compara em todos os aspectos, exceto em um.

De 1929 a 2006, Plutão viveu na imaginação de crianças e adultos como o nono e mais externo planeta do nosso sistema solar. Até 1978, com a descoberta de sua lua gigante, Caronte, era o único objeto grande conhecido em nosso sistema solar que orbitava além do alcance de Netuno. E, no entanto, ao longo das décadas de 1990 e 2000, um grande número de objetos foi descoberto – incluindo planetas orbitando outras estrelas além do nosso Sol e uma grande variedade de objetos do cinturão de Kuiper, grandes e pequenos – que nos obrigaram a repensar o que significava para um objeto. ser considerado um planeta.

Em 2006, com apenas uma pequena fração da assembléia geral presente, a União Astronômica Internacional apresentou três critérios que um objeto precisava atender para ser considerado um planeta:

Deve ser massivo o suficiente para entrar em equilíbrio hidrostático, onde a gravitação e a rotação determinam sua forma geral.
Ele deve orbitar o Sol e o Sol sozinho, eliminando quaisquer mundos satélites, como luas.
Ele deve limpar sua órbita, o que significa que, em escalas de tempo semelhantes ao sistema solar, não há outros objetos de massa comparável que compartilhem sua órbita.

Em vez de adicionar planetas adicionais, como Ceres e Eris, esse movimento rebaixou Plutão, tirando-o de seu status planetário. Esta definição permanece controversa até hoje, mas as alternativas que traçam uma linha divisória com Plutão do outro lado são todas cientificamente indefensáveis. Aqui está o porquê.

Regiões de formação de estrelas, como esta na Nebulosa Carina, podem formar uma enorme variedade de massas estelares se puderem entrar em colapso com rapidez suficiente. Dentro da 'lagarta' há uma proto-estrela, mas está nos estágios finais de formação, pois a radiação externa evapora o gás mais rapidamente do que a estrela recém-formada pode acumulá-lo. Também deve haver muitos protoplanetas jovens dentro. ( Crédito : NASA, ESA, N. Smith, UC Berkeley e Hubble Heritage Team (STScI/AURA))

Normalmente, as discussões sobre o que é ou não é um planeta começam do lugar totalmente errado: uma definição arbitrária baseada em alguma ideia do que é uma característica planetária definidora. Em vez de pensar que sabemos algo sobre planetas desde o início – e eu sei quando vejo esse tipo de definição – deveríamos começar com o que ocorre fisicamente quando estrelas, planetas e todos os outros tipos de objetos se formam. Para descobrir isso, temos que olhar dentro das regiões onde esse tipo de formação realmente ocorre: nas nebulosas onde ativas, novas estrelas estão se formando ativamente.

Dentro dessas regiões maciças, poeirentas e ricas em gás, a mesma série de eventos sempre ocorre. Primeiro, uma enorme nuvem de matéria começa a desmoronar sob o peso de sua própria gravitação. À medida que o colapso gravitacional ocorre, as regiões que atraem mais matéria para elas começam a crescer cada vez mais rapidamente. Como a gravitação é um processo descontrolado, são os locais de maior densidade que coletam mais matéria e crescem mais rapidamente e, portanto, serão os primeiros locais a desencadear a formação de novas estrelas. Por causa de quão grandes são essas regiões e quanto momento angular está contido dentro delas, não formamos simplesmente uma estrela ultramassiva, mas centenas, milhares ou até mesmo um número maior de estrelas de uma só vez.

A imagem mostra a região central da Nebulosa da Tarântula na Grande Nuvem de Magalhães. O jovem e denso aglomerado estelar R136 pode ser visto no canto inferior direito da imagem. Este aglomerado contém centenas de milhares de novas estrelas, incluindo centenas de estrelas jovens, azuis e massivas, entre elas as mais pesadas já detectadas no universo até agora. Essas estrelas nasceram em um período de tempo muito curto: dentro de 1-2 milhões de anos uma da outra, no máximo. ( Crédito : NASA, ESA e P. Crowther (Universidade de Sheffield))

Por muito tempo, só conhecíamos partes dessa história. Pudemos ver as nebulosas escuras onde esta matéria neutra estava localizada e onde as estrelas se formarão em um futuro cósmico relativamente próximo. Pudemos ver, durante os estágios ativos da formação estelar, o gás ionizado circundante (principalmente hidrogênio) que emite luz quando há uma quantidade suficiente de radiação ultravioleta no interior de estrelas novas e jovens. E, finalmente, quando uma quantidade suficiente desse material evapora, podemos ver as novas estrelas expostas de dentro: esses aglomerados de estrelas abertos cheios de centenas, milhares ou até mesmo um número maior de novas estrelas.

Com o advento da astronomia de alta resolução e vários comprimentos de onda, no entanto, conseguimos espiar dentro dessas regiões outrora obscuras para esclarecer o que está ocorrendo nesses ambientes. Hoje, uma rica história foi revelada. Cada região de formação de estrelas não só tem aglomerados massivos e crescentes que se tornarão estrelas com seus próprios sistemas solares, mas também um tremendo número de estrelas e sistemas solares fracassados: regiões onde o objeto mais massivo nunca se torna pesado o suficiente para iniciar a fusão nuclear em seu interior. próprio núcleo. Em meio a todas as novas estrelas, há um número ainda maior de anãs marrons e também de objetos menos massivos, do tamanho físico de Júpiter (e menores), que simplesmente não cresceram o suficiente com rapidez suficiente para se tornarem estrelas por conta própria.

Os famosos Pilares da Criação dentro da Nebulosa da Águia são um local onde novas estrelas estão se formando em uma corrida contra o gás em evaporação. Na visão de luz visível, à esquerda, as novas estrelas estão em grande parte obscurecidas, enquanto a luz infravermelha nos permite espiar através da poeira para as estrelas recém-formadas e proto-estrelas no interior. ( Crédito : NASA, ESA e Hubble Heritage Team (STScI/AURA))

Em torno de cada um desses sistemas - tanto as estrelas bem-sucedidas quanto as fracassadas - uma grande quantidade de material da nebulosa circundante se acumula em um disco ou em uma série de discos: chamamos esses discos protoplanetários. Como acontece com a maioria dos sistemas de grande número de partículas, eles rapidamente desenvolvem instabilidades, que dão origem aos primeiros aglomerados de matéria: os planetesimais. Esses planetesimais interagem, colidem, esmagam uns aos outros e/ou ficam grudados, e gravitacionalmente puxam uns aos outros.

Durante períodos de tempo relativamente mais longos, alguns grupos emergirão como vencedores, onde aspiram toda a matéria que os cerca, e outros emergirão como perdedores, onde:

ser ejetado do sistema
ser consumido por outro grupo
ser atirado em (uma das) massa(s) central(is)
ser dilacerado por uma colisão ou um encontro gravitacional

Com o tempo, tanto a massa central quanto a luz energética das estrelas circundantes irão soprar a maior parte do material protoplanetário. Quando tudo estiver dito e feito, teremos um grande número de novos sistemas.

Esta imagem mostra as Nuvens Moleculares de Órion, alvo do levantamento VANDAM. Os pontos amarelos são as localizações das protoestrelas observadas em uma imagem de fundo azul feita por Herschel. Os painéis laterais mostram nove jovens protoestrelas fotografadas pelo ALMA (azul) e pelo VLA (laranja). ( Crédito : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; Herschel / ESA)

Como são esses sistemas? Um grande número deles terá uma ou mais estrelas neles, onde você precisa reunir massa suficiente (cerca de 8% da massa do Sol) para iniciar a fusão nuclear no núcleo. Cerca de metade dos sistemas que contêm estrelas são como os nossos, com uma única estrela e vários planetas, enquanto cerca de metade tem vários membros estelares neles, também com – até onde sabemos – sistemas planetários que orbitam uma ou mais estrelas.

Os objetos não estelares que existem nesses sistemas podem ser como Júpiter: maciços e ricos em voláteis, e exibindo autocompressão. Eles podem ser um pouco menos massivos: ainda ricos em gases voláteis, mas sem autocompressão, como Netuno. Ou eles não podem ter voláteis, nesse caso são terrestres, como a Terra.

Para cada estrela que se forma, existem várias estrelas falhadas que também se formam, cada uma das quais pode possuir sua própria órbita, massas menores também. Isso inclui anãs marrons e seus sistemas, estrelas L e T Tauri, e o que poderíamos chamar de planetas órfãos, ou massas que surgiram sem nunca terem tido estrelas-mãe.

Em um sistema dominado por uma única protoestrela, haverá grandes regiões definidas por várias linhas, incluindo a linha de fuligem e a linha de geada. Além do planeta grande e massivo final, uma linha adicional também pode ser desenhada, com todos os objetos exteriores a ele tendo mais em comum entre si do que com qualquer outra classe de objeto. ( Crédito : NASA/JPL-Caltech/Invader Xan)

Se olharmos apenas para os sistemas que contêm pelo menos uma estrela completa dentro deles, descobrimos que existem três linhas separadas que existem em cada sistema.

A linha de fuligem . A região mais interna de qualquer sistema solar, mais próxima da estrela-mãe, será extremamente quente e sujeita a grandes quantidades de radiação. Não importa quão grande você seja, você não pode segurar nenhum volátil; todos eles serão fervidos. No interior da linha Fuligem, apenas núcleos planetários expostos podem existir.
A linha Frost . Quando os planetas de um sistema solar se formavam, havia uma linha: dentro dele, o gelo de água seria sublimado na fase de vapor, enquanto fora dele, você poderia formar gelo sólido e estável. Esta linha corresponde a onde os asteróides estão presentes em nosso sistema solar: corpos que são em grande parte rochosos, mas também contêm gelo.
A linha Kuiper . Ok, vou confessar: ninguém chama isso. Mas além do corpo grande e maciço final que se forma - o último a varrer todos os outros objetos que compartilham sua órbita - há um grande número de corpos principalmente gelados de várias massas. Esses objetos são compostos quase exclusivamente por vários gelos e voláteis, e em nosso sistema solar incluem o cinturão de Kuiper e, além disso, a nuvem de Oort. Eles podem ser tão massivos quanto o Tritão de Netuno ou tão pequenos quanto objetos do tamanho de grãos de poeira.

Uma imagem feita pelo telescópio ALMA, à esquerda, mostra a estrutura em anel do disco GW Ori, com o anel mais interno separado do resto do disco. As observações do SPHERE, à direita, mostram a sombra deste anel mais interno no resto do disco. Recursos em discos protoplanetários como esses só foram resolvidos em anos muito recentes. ( Crédito : ESO / L. Estrada; Exeter/Kraus et al.)

Há um pouco mais para manter em mente, também. Quando olhamos para sistemas solares recém-formados – aqueles que ainda têm seus discos protoplanetários ao seu redor – vemos que existem lacunas nesses discos e reconhecemos que essas lacunas correspondem a planetas recém-formados, provavelmente bastante massivos.

Sabemos que, se você quiser que seu objeto se puxe para o equilíbrio hidrostático, de modo que sua forma seja governada pela gravidade e pelo momento angular, um objeto central exposto que se forma dentro da linha de Fuligem deve ser aproximadamente 10 vezes mais massivo que um objeto que se forma fora da linha Kuiper e é composto exclusivamente de voláteis.

Também sabemos que um objeto de uma massa específica só limpará sua órbita se estiver perto o suficiente de sua estrela-mãe. A Lua teria limpado nossa órbita atual se tirássemos a Terra e deixássemos nossa Lua para trás; é grande o suficiente. Mas Marte e Mercúrio deixariam de fazê-lo se os mudássemos para a localização de Eris. Da mesma forma, Ceres poderia ter sido um planeta, mas apenas se orbitasse a ~ 5% ou menos da distância Mercúrio-Sol. Quando se trata de observar o que esses objetos de diferentes massas podem fazer em relação a seus ambientes, bem como suas propriedades físicas internas, ignoramos o fato de sua localização - incluindo onde eles se formaram - por nossa conta e risco.

Sob um corte de tamanho de 10.000 quilômetros, existem dois planetas, 18 ou 19 luas, 1 ou 2 asteróides e 87 objetos transnetunianos, a maioria dos quais ainda não tem nomes. Todos são mostrados em escala, tendo em mente que para a maioria dos objetos transnetunianos, seus tamanhos são apenas aproximadamente conhecidos. Plutão, até onde sabemos, seria o décimo maior desses mundos. ( Crédito : Emily Lakdawalla; dados da NASA/JPL, JHUAPL/SwRI, SSI e UCLA/MPS/DLR/IDA)

Se tivermos tudo isso em mente – toda a diversidade dos fatores que levam à formação de um objeto e as propriedades que ele possui – onde é útil traçar a linha divisória entre planeta e não-planeta?

Alguns, como Kirby Runyon, Phil Metzger e Alan Stern, defenderam o que chamam de definição puramente geofísica: a característica do equilíbrio hidrostático por si só determina sua planetidade. Essa é uma definição possível, mas ignora a grande variedade de propriedades intrínsecas e extrínsecas que diferenciam, digamos, Haumea de Mercúrio de Titã de Netuno. Cada um desses quatro mundos tem as propriedades que tem por causa de onde e como se formou, um fato que ignoramos por nossa conta e risco.

No entanto, também não podemos usar a definição da União Astronômica Internacional. Essa definição tem uma falha terrível: ela só se aplica a objetos que orbitam o Sol , o que significa que todo exoplaneta em torno de todas as outras estrelas do Universo não é um planeta. Felizmente, o astrofísico Jean-Luc Margot, de volta em 2015 , estendeu a definição da União Astronômica Internacional para planetas fora do nosso sistema solar, mesmo usando vários proxies mensuráveis para estimar com precisão o que não pode ser medido diretamente: se um objeto limpou sua órbita ou não.

A linha científica entre o status planetário (acima) e não planetário (abaixo), para três definições potenciais de um fenômeno de limpeza de órbita e uma estrela igual à massa do nosso Sol. Essa definição pode ser estendida a todos os sistemas exoplanetários que podemos imaginar para determinar se um corpo candidato atende aos critérios, como os definimos, para ser classificado como um planeta verdadeiro ou não. ( Crédito : J-L. Margot, Astron. J., 2015)

O que provavelmente é mais importante do que traçar outra linha diferente e igualmente arbitrária entre planeta e não-planeta, no entanto, é entender as diferentes características que objetos com histórias muito diferentes possuem.

Objetos que se formaram no interior da linha de fuligem serão mais densos e livres de voláteis.
Objetos que se formaram entre as linhas de fuligem e geada serão menos densos, terão a capacidade de possuir voláteis e podem ter uma grande variedade de massas.
Objetos entre as linhas de gelo e Kuiper serão ainda menos densos, serão ricos em gelo e voláteis e, novamente, poderão ter uma grande variedade de massas.
Objetos além da linha de Kuiper serão feitos principalmente de gelos voláteis, e todos esses voláteis provavelmente evaporariam em pouco tempo se fossem trazidos para dentro da linha de gelo.

Enquanto isso, objetos ejetados de um sistema solar em formação ou totalmente formado terão composições e densidades diferentes de objetos que se formaram em um local que nunca teve uma estrela-mãe. Objetos que se formaram a partir de um disco circumplanetário, como Júpiter ou as grandes luas de Saturno, são diferentes de objetos que migram e são capturados gravitacionalmente, como a grande lua de Netuno, Tritão. Quando se trata de todos os objetos menos massivos que as estrelas, a localização e o histórico de formação – não apenas massa e tamanho – são fatores vitais para entender o que torna um objeto importante ou não importante em qualquer tipo de contexto científico.

Apenas 15 minutos depois de passar por Plutão em 14 de julho de 2015, a espaçonave New Horizons capturou esta imagem olhando para o fraco crescente de Plutão iluminado pelo Sol. As características geladas, incluindo várias camadas de névoas atmosféricas, são de tirar o fôlego e fascinantes, mas o mundo inteiro tem pouco em comum com o que comumente conhecemos e reconhecemos como um planeta. ( Crédito : NASA/JHUAPL/SwRI)

Sempre será irracional exigir que um esquema de classificação seja universalmente aplicável e, portanto, sempre haverá dissidentes e críticos de qualquer tentativa de criar um. No entanto, é uma ofensa muito pior diluir uma definição anteriormente útil ao ponto da inutilidade universal do que excluir um subconjunto de objetos favoritos de uma designação que lhes foi previamente atribuída.

Ainda assim, com base no que podemos observar no Universo, o fato é que Plutão é completamente normal, no que diz respeito aos objetos encontrados além da linha de Kuiper do seu sistema solar. Ele tem massa, raio, composição e história de formação perfeitamente normais e é membro de uma população de objetos que tem muito pouco em comum com objetos como planetas terrestres como Vênus, planetas gigantes de gelo como Netuno e planetas gigantes gasosos como Júpiter. . Pode haver até ~10¹⁷objetos redondos e gelados apenas na Via Láctea, a maioria dos quais não está ligada a uma estrela-mãe e nunca esteve. A menos que se possa fazer um argumento convincente sobre por que todos esses objetos devem ser classificados como planetas – apesar de serem notavelmente diferentes do que chamamos de planeta hoje – Plutão como planeta, com base nos méritos científicos, nem deveria estar de pé. por consideração.

Neste artigo Espaço e Astrofísica