A importância de Plutão

Plutão foi descoberto em 1930 por Clyde Thombaugh em base às anomalias na órbita de Netuno observadas por Percival Lowell, quem sugeriu que seriam causadas por um nono planeta no Sistema Solar. Lembramos que 5 planetas, Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno, eram conhecidos desde tempos remotos. Urano foi descoberto por W. Herschell em 1781, entanto que Netuno foi observado pela primeira vez em 1846 por Johann Galle, baseado nas predições de Urbain Le Verrier (ao mesmo tempo,de forma independente, John Couch Adams também previa a existência de Netuno).

A possibilidade de que outros planetas façam parte do Sistema Solar sempre motivou pesquisas de astrónomos teóricos e observacionais. O milionário Percival Lowel fundou um observatório em Flagstaff (Arizona, EUA) para conduzir a busca do chamado "Planeta X". Faleceu em 1916 sem sucesso (embora parece que sem perceber, em algumas placas fotográficas que ele mesmo tomou encontra-se Plutão). Em 1929 e depois de uma batalha legal pela herança do observatório, a busca foi continuada por Clyde Thombaugh quem encontrou um pequeno objeto orbitando em torno do Sol em 18 de febrero de 1930. O nome de Plutão lhe foi dado por uma menina de 11 anos chamada Venetia Burney (11/07/1918 - 30/04/2009), quem o comentou com seu tio, bibliotecário de Oxford, quem por sua vez o sugeriu ao astrônomo Herbert H. Turner, quem o transmitiu finalmente a Tombaugh. Plutão é o nome alternativo de Hades e Efestos, Deus do Inferno, escuro e frio para os gregos. Dada a distância de Plutão ao Sol, sua escuridão o convertiria num bom exemplo do Mundo das Trevas onde reina o Deus Plutão.

Hoje sabemos que Tombaugh encontrou Plutão por pura sorte, já que as anomalias observadas por Lowell eram na verdade erros astrométricos, ou seja, erros de medição. Mas Plutão se convirtiu no nono planeta do Sistema Solar a partir de 24 de março de 1930. Estudos do planeta mais distante, a 40 Unidades Astronómicas (1 UA = distância Tierra - Sol) foram muito escassos dado seu pequeno tamanho e o baixo albedo (percentagem de luz refletida). Por muitos motivos Plutão é um planeta muito estranho. Quando foi observado que possui um satélite (Caronte) pôde-se determinar com precisão sua massa e determinou-se que não apenas é o menor planeta de todos, mas também menor que muitas luas, dentre elas nosso próprio satélite natural. Em 2005, mais dois satélites de plutão foram achados (Nix e Hydra). Finalmente, em 24 de agosto de 2006, durante uma famosa Assembléia Geral da União Astronômica Internacional na cidade de Praga (Rep. Tcheca), propôs-se classificar Plutão como Planeta Menor, classe hoje em dia rebatizada de plutoide. A decisão levantou muita controvérsia, principalmente dos colegas dos EUA, que parecem se sentir lesados ao perder o único planeta 100% americano. Resulta interessante comentar que o Cinturão de Asteróides também começou com uma polêmica semelhante quando Giuseppe Piazzi descobriu em 1801 Ceres, acreditando que tratava-se de um planeta entre Marte e Júpiter.

Qual é a importância de Plutão? É o objeto mais próximo do Cinturão de Kuiper, um grupo de objetos que está em ressonância 3:2 até 1:2 com Netuno. A ressonância entre órbitas de objetos acontece quando os períodos orbitais têm uma relação fracionária simples como 3:2, 1:2, etc. O significado da ressonância é que existe uma influência gravitatória muito intensa entre ambos, pudendo produzir colisões. (No caso particular de Plutão - Netuno, por motivos diversos, nunca acontecerá um choque entre ambos.) O Cinturão recebeu o nome do astrônomo Gerard Kuiper quem sugeriu sua existência a partir dos cometas de curto período, menor a 200 anos, que deveriam surgir de um lugar próximo ao Sistema Solar. (Oort sugeriu que cometas de longo período provêem de uma nuvem a mais de 10.000 UA.)

Além de Plutão existe uma dúzia de outros objetos con um diâmetro similar (~ 1000 km) no cinturão e milhares com diâmetros menores, as vezes também chamados Transnetunianos. Dada sua remotíssima posição, nunca receberam a visita de uma sonda, até o 14 de julho de 2015 quando a missão da NASA New Horizons, faça sua maior aproximação do sistema Plutão - Caron.

Distribução de asteróides no Sistema Solar. Em verde, o Cinturão de Kuiper. Figura obtida da Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Pluto.

O estudo do Cinturão de Kuiper é importante porque nos leva à origem do Sistema Solar, e porque pode dar pistas sobre os cometas e asteróides que, eventualmente, cruzan os céus próximos. Plutão não é um planeta, mas isso não tira sua importância dentro do conjunto de objetos do Sistema Solar.

Nasceu a Lua de uma Colisão Gigante?

Existe amplo consenso de que 4,567 bilhões de anos atrás uma nuvem molecular interestelar colapsou começando a formação do Sistema Solar. A maioria dos astrônomos também acredita que a Lua se formou umas dezenas de milhões de anos depois como produto da colisão de um asteróide com uma massa entre um 11% e um 14% da massa da Terra. Eis a teoria da Colisião Gigante. A Terra, recentemente formada, já era ameaçada por uma colisão con um objeto do tamanho de Marte. Em aqueles anos iniciais do Sistema Solar as colisões eram bastante comuns, algo que pode ser comprovado na superficie da Lua analisando a idade dos impactos.

Um dos motivos para aceitar a hipótese da Colisão Gigante é que assim o sistema Terra - Lua obteve uma grande quantidade de momento angular: básicamente relacionado com a energia de rotação. O momento angular do sistema Terra - Lua é maior que o de Vênus, Marte ou o da Terra isolada. Por exemplo: se toda a massa da Lua estivesse dentro da Terra, nossos dias seriam de apenas 4 horas! Se um gigantesco asteróide impactou sobre a Terra, lhe transferiu seu próprio momento angular. As simulações estimam que por meio da colisão poderia se obter até 120% do momento angular atual, que foi perdendo-se depois por causa das marés. (A força de marés produz o movimento planetário de matéria, sendo as águas dos océanos os mais observados. Essa materia dissipa energia por atrito.)

A colisão teria lançado uma quantidade imensa de material ao espaço, 50% do mesmo teria sido rápidamente agregado a altíssima temperatura (milhares de graus) formando a Lua em poucos dias. essa alta temperatura teria facilitado a formação de um mar de magma na superfície lunar.

A hipótese da Colisão Gigante foi proposta há 30 anos por Hartman e Davis. É interessante ver que o geólogo Harrison Hagan "Jack" Schmitt, piloto do Módulo Lunar Eagle da Missão Apollo 17 (Dezembro de 1972) e último ser humano a pisar a Lua, é hoje em dia um dos maiores críticos. Schmitt observa que recentes descobrimentos sobre o interior lunar mostran que se formou a uma temperatura menor que os milhares de graus mencionados antes. Está comprovada também a existência de materiais volátis em uma proporção inadequada para uma origen tão quente. Mesmo as terras raras e outros materiais refratários encontram-se em uma proporção muito alta considerando os milhares de graus da origem lunar. Em suma, Schmitt ressalta o valor do impacto como solução ao problema do momento angular, mas destaca os problemas geológicos derivados desta hipótese. Sua proposta recupera a ideia original de Alfvén e Arrhenius dos anos 50: a Lua foi capturada pela Terra en seu estado inicial de planetessimal.

Não entramos aquí nos detalhes das condições necessárias para que a captura possa existir, mesmo porque o própio Schmitt reconhece que deve buscar-se uma solução completa, por enquanto apenas esboçada. Mas ele está convicto de que a Academia e a Mídia converteram uma hipótese numa Teoria. E como já mencionamos antes no caso de Tunguska, quando todos pensam igual, ninguém pensa.

Referências
O material do presente Blog foi obtido de Moon's Origin and Evolution, alternatives and implications, por H. Schmitt. Capítulo do livro Solar System Update, editado por Blondel e Mason e publicado por Springer.

Sunshine: O Sol agonizante (ST)

Vamos falar novamente de cinema: desta vez um filme que tem o Sol como tema central. Danny Boyle pode ganhar esse ano o Oscar, que lhe escapou com Trainspotting, por Slumdog Millionaire. Mas não é deles que vamos falar aqui. Esse autor multifacetado estreou em 2007 um filme que passou quase despercibido: Sunshine. No protagônico está Capa: um joven físico estrelado por Cillian Murphy (que também participou de Batman Begins). Sunshine é uma opera prima que mistura o gênero de ficção científica com o suspense, uma simbiose entre 2001 Odisseia no Espaço e Alien. Mas, muito mais que isto, é um filme poético, com uma fotografia soberba e um relato contado a um ritmo cadencioso que permite a reflexão.

O que mais me chamou a atenção de Sunshine é o tema: o Sol está apagando, como um velho veterano perde sua força interior e assim seu brilho diminue. Na Terra os invernos são cada vez mais rudos, o Sol é cada vez mais opaco. A solução: enviar uma nave carregada de explossivos e joga-los no Sol para que a energia liberada nas explosões dispare um novo ciclo de atividade solar.

Numa época em que a preocupação maior é com o aumento das temperaturas médias do planeta (embora já nos alertam de que o termo correto é Câmbio Global), falar em esfriamento parece una heresia. É obvio que a solução proposta por D. Boyle é rídicula, não existe neste momento, nenhuma forma de produzir na Terra uma energia que possa ser comparavel à Solar. É fácil ver por que: uma explosão solar libera 100 milhões de vezes mais energia que a que liberaria o arsenal nuclear atual inteiro. Não apenas isto, depositar qualquer forma de energia sobre a superfície solar demoraria em torno de 1 mihão de anos para gerar algúm efeito sobre seu núcleo interno, ali aonde é produzida a fusão nuclear, origem última de sua fabulosa produção energética.

Mas podemos fazer uma concessão ao autor e diretor do filme, porque o resto é de grande qualidade. Os detalhes científicos estão bem cuidados, a fotografia é de grande beleza e ressalta as imágens do Sol observado com câmeras ultravioletas (provavelmente das missões SoHO e Trace). As atuações são muito boas e os conflitos que se representam muito humanos, incluindo a locura produzida pela exposição a um evento de extraordinária magnitude e carregada de simbolismo como é o resgate do Sol, fonte de nossa vida.

Ao final o filme pode ser una desculpa para discutir o papel do Astro Rei, cuja importância é quase esquecida por nossa sociedade atual. Poderia se dizer que não é o Sol que se apaga, mas o homem que lhe deu as costas... Sunshine nos chama a recobrar nosso fervor solar.

Poluição Espacial (de volta a São Paulo)

Depois de um breve período de férias e uma mais longa estadia a serviço em París, voltamos ao nosso Blog para comentar uma notícia que deu a volta ao mundo esta semana. Dois satélites se chocaram no espaço. Ambos eram satélites comerciais de comunicações, um americano (da firma Iridium Satellite LLC) o outro russo (Cosmos 2251) fora de serviço há uma década pelo menos. Trinta anos atrás esse evento teria produzido, no mínimo, um epissódio diplomático. Com a Guerra Fria concluída, a atenção girou agora sobre as causas e consecuências da colisão.

O choque aconteceu a 790 km de altitude sobre as estepas siberianas russas. Ambos os satélites pesavam uns 700 kg, e se deslocavam a uns 8 km/s. Não existe perigo para a vida na Terra: os mais de 600 pedaços que sobraram da colisão, se entrassem na atmosfera, se calcinariam imediatamente. O perigo é para os outros equipamentos no espaço, e para as tripulações. Neste momento tem três astronautas na Estação Espacial Internacional a 354 km de altitude. Em princípio dada a diferença de alturas não parece existir um perigo iminente, mas a NASA diz estar monitorando a situação com atenção.

Isto nos leva ao problema da poluição espacial. Não existe control do que é colocado no espaço. Vinte anos atrás participei de um seminário de um conselheiro da NASA que mostrava o caos em que tinha se convertido a faixa espacial entre 100 a 200 km e propunha uma legislação internacional para evitar futuros problemas a alturas maiores. Não sei o que é que se avanzou neste tema, vamos a intentar descobrir, mas chama a atenção que aconteça uma colisão a 800 km. Para mim é uma demostração de que o caos deslocou-se a alturas maiores.

O problema da colisão não é apenas a perda dos dois satélites (um não funcionava já), mas os pedacinhos (debris em inglês) seguirão por séculos sua órbita. Cada um deles é capaz de produzir sérios danos a um satélite operacional. Imaginen o que um destes estilhaços poderia fazer num astronauta!

As vezes preocupamo-nos muito com os perigos do além e esquecemos de fazer, literalmente, ordem na casa.

Desviando uma locomotiva com uma bolinha de ping-pong

Num post anterior falamos de Dom Quixote, um projeto da Agência Espacial Européia para evitar a colisão de um NEO contra a Terra. O projeto é mais sofisticado que o da Fundação B612 já que pretende enviar primeiro uma sonda, Sancho Pança, a estudar o asteróide, de forma a obter informação sobre o melhor lugar onde impactar. Além do mais o projeto é mais sofisticado porque planeja desviar o asteróide de sua rota em direção a um keyhole, um olho da fechadura pelo qual o objeto entraria em ressonância e em um futuro cairia sobre a Terra.

O Grupo de Conceitos Avançados de ESTEC, criador do projeto Dom Quixote, calculou a deflecção impulsiva ótima de Apophis, e achou várias possibilidades para que o pequeno Hidalgo (impactor) de 500 kg de massa, a uma velocidade relativa de entre 7 y 11 km/s seja capaz de desviar o NEO em mais de 4 km e até quase 90 km. Qualquer destas soluções seria suficiente para que Apophis não entre dentro do keyhole em sua passagem próxima em 2029 e assim evitaríamos sua colisão contra a Terra na seguinte aproximação em 2036.

Parece incrível que a colisão de um pequeno objeto de meia tonelada contra um gigante de mais de 20 milhões de toneladas possa causar algum efeito, mas deve se entender que o que se pretende é afasta-lo uma quantidade insignificante de sua trajetória. Esse efeito perturbativo terá, no entanto, conseqüências perceptíveis anos após, porque pouco a pouco terá se afastado da trajetória original. O êxito da missão depende assim da precocidade da operação de deflecção. Se a colisão de Fidalgo com o asteróide acontecesse em 2011, o desvio em 2029 seria de 88 km, outra boa oportunidade é em 2018, consiguindo um desvio total de 57 km. Se a operação se demora até 2028, o desvio será menor que 1 km e por tanto ainda poderia passar dentro do keyhole. Entenda-se porém, que não é só a antecipação o que importa para obter o maior efeito, mas também a forma em que o impacto é realizado.

Em definitiva trata-se de desviar uma locomotiva com uma bolinha de ping pong. Parece impossível e de fato em comentário anterior mostramos por quê os cálculos de Nico Marquardt parecem não ser plausíveis. No entanto trata-se aqui de produzir um câmbio só perceptível 10 o mais anos depois. Enquanto os cálculos de Nico precisam de mudanças mais radicais em escalas de tempo menores e dependem de que a sorte produza uma colisão com máxima transferência de energia. Algo assim como lançar desde o 9no andar um relógio que não funciona e esperar que depois da queda volte a funcionar!! (Dou os créditos desta parábola a Isaac Asimov.)

Como já dissemos anteriormente, ESA y ESTEC estão preparando a missão Dom Quixote com o fim de comprovar a correção dos cálculos e conhecer os problemas técnicos a enfrentar. O importante desta missão é que além de criar uma técnica defensiva, teremos aprendido muito sobre os asteróides que são a fonte de nosso conhecimento sobre a origem do Sistema Solar.

Armagedon

Em 1998 Hollywood decidiu dar atenção para a ameaça de uma colisão contra um asteróide e lançou dois filmes de alto custo de produção, dois blockbusters que deram um grande retorno de bilheteria. Deep Impact dirigida por Mimi Leder e estrelada por um grupo de notáveis dentre os quais estavam Robert Duvall, Vanessa Redgrave e Morgan Freeman e incluia a Frodo Elija Wood foi estreada em maio de 1998. O filme relata a colisão contra um pequeno cometa e como a humanidade intenta reduzir os danos.

Mais espetacular foi Armageddon, lançada em agosto de 1998 e sobre este filme que eu vou a me referir neste post. Armageddon foi dirigida por Michael Bay (The Rock, Pearl harbor) e no rol protagônico tem a Duro de Matar Bruce Willis, o elenco conta ainda com a para mim ainda desconhecida elfa Liv Arwen Tyler vivendo um namoro com Ben Afleck lembrado por sua passagem posterior em Pearl Harbor. O tema musical do filme é I don't want to miss a thing, da banda Aerosmith cujo vocalista é Steven Tyler, pai da Liv. Embora não quero entrar na crítica cinematográfica que não é da minha competência, como espectador posso opinar que o filme é aborrecível, quase insuportável, cheio de lugares comuns, exagerações e um ritmo extenuante que une primeiríssimos planos numa montagem de brevíssimas cenas, diálogos monossilábicos gritados, pessoas correndo sem sentido, chauvinismo norte-americano e uma trama previsível e cheia de situações contraditórias e/ou inverossiméis. Resumindo: Trash!

Por quê dedicar tanto espaço a um filme assim? Porque foi um sucesso e milhares de pessoas assistiram! Como no O dia depois de amanhã uma grande quantidade de pessoas extrairam conclusões a partir de uma trama confusa e evidentemente falsa. Estes filmes formam a opinião de grandes quantidades de pessoas, o que provavelmente criou um inconsciente coletivo. É importante então explicar claramente porquê e onde os filmes estão errados. O argumento de que eles servem para sensibilizar as pessoas é falacioso: uma coisa é sensibilizar, outra é aterrar.

A intriga de Armageddon é simples, um asteróide do tamanho de Texas se aproxima da Terra, e é descoberto quando faltam apenas 18 dias para o impacto. Sem tempo para atuar, os EUA decidem enviar uma missão tripulada para colocar no seu interior uma bomba nuclear que o partirá em dois, os pedaços irão por caminhos ligeiramente opostos, diametralmente separados da Terra, sem toca-la. O grupo que irá perfurar a dura rocha do asteróide é formado pela empresa mais importante de perfurações do mundo, liderada por Bruce Willis e seu genro (Ben Afleck) que serão transportados em uma versão mais moderna e poderosa do Space Shuttle.

Vejamos um pouco os problemas do filme. Um asteróide do tamanho de Texas ( ~ 1000 km) é um planeta anão segundo a nova classificação da IAU. Ceres, por exemplo, é o primeiro membro do Cinturão de Asteróides (entre Marte y Júpiter) a ser descoberto em 1801. Mede 500 km de raio, e tem forma esférica (vide foto abaixo). Sua gravidade é umas 35 vezes menor que a da Terra assim que uma pessoa de 80 kg sentiria um peso próprio equivalente a apenas 2 kg aproximadamente. É obvio, por outra parte, que una bomba nuclear (ou mesmo termonuclear) não consegue partir o planeta em dois, e que não temos motivos para enviar uma missão tripulada a fazer o que boas sondas teleguiadas poderiam fazer muito bem.

Fotografia de Ceres tomada pelo Hubble Space telescope.

1. O asteróide de Armageddon é completamente deforme, mais parecido com os pequenos asteróides de dezenas ou centenas de metros que orbitam próximos da Terra.
2. Os astronautas do filme caminham sobre ele melhor que sobre a Lua.
3. Numa cena completamente contraditória, para passar por cima do que parece ser um grande cânion enquanto avançam sobre um trator que leva os equipamentos de perfuração, ligam uns foguetes que os elevam da superfície e quase saem em órbita. A idéia é correta porque a velocidade de escape do planetóide é de 500 m/s mais ou menos e um pequeno impulso os pode elevar muito. Mas isto contradiz o resto das cenas onde os astronautas andam como si estivessem na Terra.
4. O asteróide é precedido e circundado por uma nuvem de pequenos asteróides (que de fato são os que anunciam sua presença). Até donde eu sei, asteróides grandes ou pequenos costumam estar isolados ou formando pequenos grupos. Mas não uma nuvem. Este rasto de pequenos objetos se parece com os traços que deixam os cometas e que dão origem às chuvas de meteoros, e se originam na cauda do cometa. Os asteróides não possuem cauda.
5. Ceres foi descoberto em 1801 usando um telescópio bastante modesto (dezenas de cm de diâmetro) para nossa tecnologia atual, e a uma distância superior aos 300 milhões de km. Por quê razão não iriamos detecta-lo hoje em dia com telescópios de mais de 8 m de diâmetro? Segundo o filme o asteróide viaja a 35.000 km/h e é detectado 18 dias antes da colisão, quer dizer a uma distância de 15 milhões de km. No filme, o diretor da NASA afirma que apenas 8 telescópios são capazes de observa-lo a essa distância!!??
6. Como já temos falado em uma entrada anterior, é imprevisível o que pode acontecer se partimos um asteróide utilizando bombas. Embora os militares amam esta solução, os especialistas em mecânica celeste e asteróides em geral, a descartam por ser altamente arriscada.

Segundo a revista Sky & Telescope, o filme teve vários assessores científicos... Provavelmente fizeram seu trabalho conscientemente, mas Hollywood tem suas próprias e poderosas razões. Se eu fosse eles, pediria anonimato...

Evitando colisões

Na entrada anterior comentamos que é muito perigoso destruir um asteróide para evitar que colisione com a Terra porque os milhares de pedaços continuarão sua trajetória quase inalterada. Se o asteróide é grande, alguns pedaços serão também de tamanho considerável e o perigo não terá sido eliminado. A solução passa por desviar sua órbita. No entanto isto não é simples toda vez que a energia de um asteróide é muito grande e portanto precissaria-se de uma energia muito grande para realizar a deflecção.

Mas pode se aplicar uma pequena pressão sobre o objeto durante um tempo suficientemente prolongado, vários anos, para conseguir o efeito desejado. Essa é a proposta da gente da Fundação B612 da que falamos em uma entrada anterior. A ideia é simples: um pequeno rebocador aplicaria uma força de só 250 gramas durante uns 10 anos. O pequeno empurrão seria suficiente para que a órbita se alterasse de 6700 km, ou seja, o raio da Terra. Desta forma a colisão seria evitada. Resulta interessante ve-lo desde um ponto de vista temporal: a órbita do asteróide deve ser alterada de forma tal a lhe produczir um adiantamento (ou atrasso, segum seja mais conveniente) de apenas 215 segundos, que é o tempo da Terra se deslocar os 6700 km de seu raio. Por outro lado podemos nos perguntar por que uma pressão tão pequena? Os membros de B612 temem que uma força maior possa desarmar a frágil estrutura do asteróide, da qual conhecemos muito poco.

Como pode-se perceber é necessário antecipar em 10 anos pelo menos o asteróide destrutor. Mas isso é justamente o que programas do tipo spaceguard estão fazendo. É necessário também construir um rebocador espacial capaz de exercer a pequena força durante um tempo muito prolongado. Algúm tipo de motor de plasma ou iónico deveria ser usado. Esse tipo de motores não serve para partir do solo terrestre, onde é necessário o contrário: um forte impulso em tempo breve que é fornecido por motores químicos. Motores iónicos já foram provados com sucesso (na nave Deep Space I, por exemplo), embora ainda não chegam na duração necessária para desviar a órbita do asteróide.

Os membros da Fundação B612 acreditam que já possuimos a teconologia para realizar a operação, embora devemos otimizar algúns equipamentos e pensar na melhor forma de realizar a manobra. E por isso buscam financiamento para a realização de um teste até 2015 que demonstre a viabilidade do projeto e além de evidenciar os seus problemas. Precisam de um bilhão de dólares, o que representam um 0,5% do que a NASA pretende gastar em 10 anos. De qualquer maneira o projeto terá interesse científico: acoplar uma sonda ao asteróide durante tanto tempo permitirá conhecer mais sobre o mesmo, o que significa conhecer mais sobre a matéria original que formou o Sistema Solar.