Desvendado mistério dos anéis de Saturno

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Uma equipe de pesquisadores apresentou uma nova proposta para explicar a origem dos anéis de Saturno, com base em resultados de simulações por computador. Os resultados das simulações são também aplicáveis a anéis de outros planetas gigantes e explicam as diferenças de composição entre os anéis de Saturno e de Urano.

Os planetas gigantes em nosso sistema solar têm anéis muito diversos. Observações mostram que os anéis de Saturno são feitos de mais de 95% de partículas geladas, enquanto os anéis de Urano e Netuno são mais escuros, e podem ter maior teor de rocha. Desde que os anéis de Saturno foram observados pela primeira vez no século XVII, a pesquisa em torno deles expandiu-se dos telescópios baseados na Terra às espaçonaves tais como a Voyager e a Cassini. No entanto, a origem dos anéis ainda não era clara e os mecanismos que levam aos diversos sistemas de anéis eram desconhecidos.

O estudo, liderado por Hyodo Ryuki, da Universidade de Kobe, no Japão, centrou-se no período chamado Intenso Bombardeio Tardio, que acredita-se ter ocorrido há 4 bilhões de anos no nosso sistema solar, quando os planetas gigantes passaram por uma migração orbital. Acredita-se que vários milhares de objetos do tamanho de Plutão (ou seja, com um quinto do tamanho da Terra) existiam no sistema solar exterior, além de Netuno, neste período. Como resultado das interações gravitacionais com os planetas gigantes, as órbitas desses pequenos corpos tornaram-se instáveis, e muitos deles entraram no sistema solar e colidiram com planetas que já haviam se formado. A maioria das crateras na superfície da lua foram formadas durante este período.

Atraídos e destruídos

Primeiro, os pesquisadores calcularam a probabilidade de que esses objetos passassem perto o suficiente dos planetas gigantes e fossem destruídos por sua força de maré durante o Intenso Bombardeio Tardio. Os resultados mostraram que Saturno, Urano e Netuno experimentaram encontros próximos com estes grandes objetos celestes várias vezes.

Em seguida, o grupo usou simulações de computador para investigar a ruptura desses objetos do Cinturão de Kuiper pela força de maré quando passaram na vizinhança dos planetas gigantes. Os resultados das simulações variaram dependendo das condições iniciais, como a rotação dos objetos de passagem e a distância mínima de aproximação ao planeta. No entanto, eles descobriram que, em muitos casos, fragmentos compreendendo de 0,1 a 10% da massa inicial dos objetos de passagem foram capturados em órbitas ao redor do planeta. Os cientistas descobriram que a massa combinada destes fragmentos capturados seria suficiente para explicar a massa dos anéis atuais ao redor de Saturno e Urano. Em outras palavras, esses anéis planetários foram formados quando objetos suficientemente grandes passaram muito perto dos planetas gigantes e foram destruídos.

Os pesquisadores também simularam a evolução de longo prazo dos fragmentos capturados usando supercomputadores no Observatório Astronômico Nacional do Japão. A partir dessas simulações, eles descobriram que os fragmentos capturados com um tamanho inicial de vários quilômetros sofreram colisões de alta velocidade repetidamente e gradualmente foram quebrados em pequenos pedaços. Tais colisões entre fragmentos também circularam suas órbitas, levando à formação dos anéis observados hoje.

Diferenças de densidade

Este modelo também pode explicar a diferença de composição entre os anéis de Saturno e Urano. Comparado a Saturno, Urano – e também Netuno – tem maior densidade (a densidade média de Urano é de 1,27g cm cúbicos, a de Netuno, 1,64g cm cúbicos, enquanto a de Saturno é de 0,69g cm cúbicos). Isto significa que, nos casos de Urano e Netuno, os objetos podem passar perto do planeta, onde experimentam fortes forças de maré. Saturno tem uma menor densidade e uma grande relação diâmetro-massa, portanto, se os objetos passam muito próximos, eles colidem com o próprio planeta.

Como resultado, se os objetos do Cinturão de Kuiper têm estruturas em camadas, como um núcleo rochoso com um manto gelado, e passam perto de Urano ou Netuno, além do manto gelado, até mesmo o núcleo rochoso será destruído e capturado, formando anéis que incluem composição rochosa. No entanto, se eles passam por Saturno, apenas o manto gelado será destruído, formando anéis gelados. Isto explica as diferentes composições dos anéis.

Estes resultados ilustram que os anéis de planetas gigantes são subprodutos naturais do processo de formação dos planetas em nosso sistema solar. Isto implica que planetas gigantes descobertos em torno de outras estrelas provavelmente têm anéis formados por um processo similar. A descoberta de um sistema de anéis em torno de um exoplaneta foi relatada recentemente, e descobertas adicionais dos anéis e dos satélites em torno dos exoplanetas ajudarão na nossa compreensão de suas origens.

Fontes: HypeScienceScience Daily

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