Astrônomos acabam de encontrar “superestradas” cósmicas para viagens rápidas pelo sistema solar

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Um mapa da estrutura global em forma de arco das variedades do Sistema Solar. (Créditos: Todorovic et al., SciAdv, 2020)

Traduzido por Julio Batista 
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

Estruturas invisíveis geradas por interações gravitacionais no Sistema Solar criaram uma rede de “superestradas espaciais”, descobriram os astrônomos.

Esses canais permitem a viagem rápida de objetos pelo espaço e podem ser aproveitados para nossos próprios fins de exploração espacial, bem como para o estudo de cometas e asteroides.

Ao aplicar análises a dados observacionais e de simulação, uma equipe de pesquisadores liderada por Nataša Todorović, do Observatório Astronômico de Belgrado, na Sérvia, observou que essas superestradas consistem em uma série de arcos conectados dentro dessas estruturas invisíveis, chamadas de variedades espaciais – e cada planeta gera suas próprias variedades, juntas criando o que os pesquisadores chamaram de “uma verdadeira autobahn celestial”.

Essa rede pode transportar objetos de Júpiter a Netuno em questão de décadas, em vez de escalas de tempo muito mais longas, da ordem de centenas de milhares a milhões de anos, normalmente encontradas no Sistema Solar.

Encontrar estruturas ocultas no espaço nem sempre é fácil, mas observar a maneira como as coisas se movem pode fornecer pistas úteis. Em particular, cometas e asteroides.

Existem vários grupos de corpos rochosos em diferentes distâncias do sol. Existem a família de cometas de Júpiter (JFCs, na sigla em inglês), aqueles com órbitas de menos de 20 anos, que não vão além dos percursos orbitais de Júpiter.

Centauros são pedaços de rochas geladas que ficam entre Júpiter e Netuno. E os objetos transnetunianos (OTNs) são aqueles localizados nos confins do Sistema Solar, com órbitas maiores do que a de Netuno.

Para modelar os caminhos que conectam essas zonas, à medida que os OTNs passam pela categoria de Centauro e terminam como JFCs, as escalas de tempo podem variar de 10.000 a um bilhão de anos. Mas um paper recente identificou um portal orbital conectado a Júpiter que parece muito mais rápido, orientando os caminhos dos JFCs e dos Centauros.

Embora aquele paper não mencionasse os pontos de Lagrange, sabe-se que essas regiões de relativa estabilidade gravitacional, criadas pela interação entre dois corpos orbitais (neste caso, Júpiter e o Sol), podem gerar variedades. Então Todorović e sua equipe começaram a investigar.

Eles empregaram uma ferramenta chamada indicador rápido de Lyapunov (FLI, na sigla em inglês), geralmente usada para detectar o caos. Uma vez que o caos no Sistema Solar está ligado à existência de variedades estáveis ​​e instáveis, em escalas de tempo curtas, o FLI pode capturar traços de variedades, estáveis ​​e instáveis, do modelo dinâmico ao qual é aplicado.

“Nesse trabalho”, escreveram os pesquisadores em seu paper, “usamos o FLI para detectar a presença e a estrutura global de variedades espaciais e capturar instabilidades que atuam em escalas de tempo orbitais; isto é, usamos esta ferramenta numérica sensível e bem estabelecida para definir de forma mais geral regiões de transporte rápido dentro do Sistema Solar.”

Eles coletaram dados numéricos em milhões de órbitas no Sistema Solar e calcularam como essas órbitas se ajustam a variedades conhecidas, modelando as perturbações geradas pelos sete planetas principais, de Vênus a Netuno.

E eles descobriram que os arcos mais proeminentes, em distâncias heliocêntricas crescentes, estavam ligados a Júpiter; e mais fortemente com suas variedades de pontos de Lagrange. Todos os encontros próximos de Júpiter, modelados usando partículas de teste simulacional, visitaram a vizinhança do primeiro e segundo pontos de Lagrange de Júpiter.

Algumas dezenas ou mais partículas foram lançadas no planeta em rota de colisão; mas um grande número bem maior, cerca de 2.000, foram desacopladas de suas órbitas ao redor do Sol para entrar em órbitas de escape hiperbólicas. Em média, essas partículas chegaram em Urano e Netuno 38 e 46 anos depois, respectivamente, com a mais rápida alcançando Netuno em menos de uma década.

A maioria – cerca de 70 por cento – atingiu uma distância de 100 unidades astronômicas (a distância orbital média de Plutão é de 39,5 unidades astronômicas) em menos de um século.

A grande influência de Júpiter não é uma grande surpresa. Júpiter é, além do Sol, o objeto de maior massa do Sistema Solar. Mas as mesmas estruturas seriam geradas por todos os planetas, em escalas de tempo proporcionais aos seus períodos orbitais, descobriram os pesquisadores.

Essa nova compreensão pode nos ajudar a entender melhor como os cometas e asteroides se movem no interior do Sistema Solar e sua ameaça potencial à Terra. E, é claro, há o benefício mencionado para futuras missões de exploração do Sistema Solar.

Mas podemos precisar de uma solução melhor para lidar com a forma que esses portais funcionam, para evitar esses cursos de colisão; e não será fácil.

“Estudos quantitativos mais detalhados das estruturas descobertas do espaço fásico… podem fornecer uma visão mais profunda do transporte entre os dois cinturões de corpos menores e a região do planeta terrestre”, escreveram os pesquisadores em seu paper.

“Combinar observações, teoria e simulação irá melhorar nossa compreensão atual deste mecanismo de curto prazo agindo sobre as populações de OTNs, Centauros, cometas e asteroides e mesclar este conhecimento com a imagem tradicional da difusão caótica de longo prazo por meio de ressonâncias orbitais; uma tarefa formidável para a ampla gama de energias que temos de considerar.”

A pesquisa foi publicada na Science Advances.