Cresce o apoio para o retorno aos gigantes de gelo Urano e Netuno

Os dois mundos mais distantes do sistema solar podem estar prontos para abandonar seus segredos

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OS OUTROS PLANETAS AZUIS: Urano (à esquerda) e Netuno (à direita) não são visitados desde a Voyager 2 no final de 1980. Muitos pesquisadores afirmam que é hora de voltar.

Artigo traduzido de Science News. Autor: Christopher Crockett.

Na fria periferia do Sistema Solar, dois sentinelas enigmáticos passeiam ao redor do Sol. Uma volta ao longo das suas grandes órbitas leva na faixa de um século. Estações são medidos em décadas. Em tais grandes distâncias da Terra, esses mundos abandonam seus segredos lentamente. Enquanto todos os outros planetas do nosso sistema solar tem sido repetidamente vasculhados e exibidos por sondas orbitais e em solo, Netuno e Urano, salvo uma breve turnê na década de 1980, continuam largamente inexplorados.

Trinta anos atrás, a sonda Voyager 2 passou voando por Urano, em seguida, passou por Netuno menos de quatro anos depois. Estas jornadas rápidas introduziram os cientistas a dois planetas que eram meras manchas azuis em seus telescópios. Nos anos seguintes, instrumentos maiores e melhores recolheram mais informações e revelaram algumas surpresas.

Mas há um limite no que os cientistas planetários podem aprender com bilhões de quilômetros de distância. É por isso que os pesquisadores, tanto nos Estados Unidos e na Europa, acham que é hora de voltar a Urano e Netuno os “gigantes de gelo” do sistema solar. Ao contrário do sobrevoo que nos mostrou Plutão em 2015, uma nova missão para um dos mundos azuis teria que ter mais tempo para apreciar a vista.

Em agosto, Jim Green, da NASA, deu aos engenheiros do Jet Propulsion Laboratory, em Pasadena, Califórnia, um ano para descobrir o que seria necessário para colocar uma nave espacial em órbita ao redor de Urano ou Netuno. Estes mundos são uma fronteira importante”, diz Green, diretor da Divisão de Ciência Planetária, na sede da NASA em Washington, DC. “Nós realmente não sabemos muito sobre eles“. Novos projetos de foguetes e descobertas recentes de exoplanetas tornaram os gigantes de gelo mais acessíveis e mais relevantes do que nunca. “Este é um momento muito emocionante para sermos capazes de estudá-los“, diz ele.

Os gigantes de gelo não são esferas congeladas; eles realmente são gasoso. Mas Urano e Netuno têm uma grande quantidade de água, amônia e metano, que os astrônomos chamam de gelos, e os compostos podem estar congelados ou não. Júpiter e Saturno, em comparação, são compostos principalmente de hidrogênio e hélio, que permanecem gases em quase qualquer temperatura. A parte interna dos planetas são pequenas bolas de rocha.

Os astrônomos aprenderam muito nas três décadas desde a Voyager. Os investigadores sabem agora que, pelo fato dos planetas gigantes terem brigado pelas suas posições a mais de 4 bilhões de anos atrás, Urano e Netuno ajudaram a criar o cinturão de Kuiper, o anel de detritos gelados que é o lar de muitos cometas. E quando a Voyager 2 partiu de Netuno, em 1989, os astrônomos só conheciam os planetas que orbitam o Sol. Desde então, os pesquisadores catalogaram cerca de 2000 planetas em torno de outras estrelas, e o telescópio espacial Kepler mostrou que o tipo mais comum, do tamanho de Urano e Netuno, gigantes de gelo, ou algo parecido com eles, poderia ser o tipo de planeta mais comum na galáxia.

Nós mal compreendemos os dois em nosso próprio quintal, e estamos encontrando muitos em torno de outras estrelas“, diz Candice Hansen, cientista planetária do Instituto de Ciência Planetária em Tucson, Arizona. “Como podemos interpretar esses planetas em torno de outras estrelas se nós mal conhecemos os nossos?“.

Um olhar mais atento

Urano e Netuno foram os únicos planetas (desculpe por isso Plutão) no sistema solar descobertos com a invenção do telescópio; os outros são conhecidos desde a antiguidade. William Herschel avistou Urano em 1781; o astrônomo Johann Galle viu Netuno em 1846, quase exatamente onde os matemáticos Urbain Le Verrier e John Couch Adams previram que um oitavo planeta deveria estar.

Em 1977, as Voyagers 1 e 2 embarcaram em uma viagem que as levou perto de Júpiter e Saturno. Voyager 1 partiu para o espaço interestelar, enquanto a Voyager 2 virou para Urano e, em seguida, Netuno.
Em 1977, as Voyagers 1 e 2 embarcaram em uma viagem que as levou perto de Júpiter e Saturno. Voyager 1 partiu para o espaço interestelar, enquanto a Voyager 2 virou para Urano e, em seguida, Netuno.

Antes da Voyager alcança-los, os pesquisadores sabiam pouco sobre os dois. “Eles mantêm os seus segredos muito bem guardados”, diz Heidi Hammel, cientista planetária no Instituto de Ciência Espacial em Boulder, Colorado. A distâncias de 2,9 bilhões e 4,5 bilhões de quilômetros do Sol, respectivamente, Urano e Netuno “estão bem no limite do que podemos fazer com grandes telescópios”, diz ela.

Mesmo assim, os cientistas descobriram algumas propriedades. Ambos os planetas têm cerca de quatro vezes o tamanho da Terra e cerca de 16 vezes sua massa. Urano leva 84 anos para orbitar o Sol; Netuno precisa de quase o dobro do tempo. Cada um tem uma família de pequenas luas e um conjunto de anéis escuros (os anéis de Netuno foram confirmados pela Voyager 2).

Desde cedo, Urano se destacou como, possivelmente, o planeta mais estranho de todos: provavelmente sofreu alguma colisão, com um intruso interplanetário, deixando-o com estações extremas que perduram por décadas. Com base em observações da Terra, não parecia estar acontecendo muita coisa em Urano. “Parecia com uma bola branca no espaço exterior”, diz Hammel. Netuno, pelo contrário, tem nuvens cintilantes por todo o planeta, mas isso era tudo o que estava disposto a revelar.

O tempo dos gigantes de gelo (desenhados em escala com a Terra). Urano leva 84 anos terrestres para dar uma volta em torno do Sol. O ano novo em Netuno, por sua vez, chega uma vez a cada 164 anos terrestres.
O tempo dos gigantes de gelo (desenhados em escala com a Terra). Urano leva 84 anos terrestres para dar uma volta em torno do Sol. O ano novo em Netuno, por sua vez, chega uma vez a cada 164 anos terrestres.

Dar uma olhada de perto era a única maneira de aprender mais. Quando a Voyager 2 chegou em Urano em 24 de janeiro de 1986, ele foi recebido por um mundo sem graça. As nuvens mostraram muito pouca atividade, dando a Urano o apelido de “o planeta chato”. A Voyager viu um campo magnético excepcionalmente complexo e alguns novos anéis. A nave espacial também deu uma boa olhada em suas luas geladas, incluindo Miranda, um satélite estranho que parece que alguém quebrou e, em seguida, tentou colar às pressas.

Três anos e sete meses mais tarde, a Voyager 2 sobrevoou o polo norte de Netuno, onde encontrou um planeta muito mais vibrante. A atmosfera azul royal estava agitada pelas tempestades, e uma mancha apelidada de Grande Mancha Escura lembrou os cientistas da tempestade vermelha colossal em Júpiter. A Voyager viu nuvens em Netuno se movendo a mais de 2000 quilômetros por hora – os ventos mais rápido do Sistema Solar. Na maior lua de Netuno, Tritão, criovulcões em erupção sobre terrenos lisos insinuavam motores geológicos ativos em seu interior.

Mas muitos mistérios permanecem, e eles são impossíveis de desvendar daqui da Terra. Urano emite muito pouco calor, enquanto Netuno um forno do tamanho de um planeta. Os campos magnéticos que emanam dos dois mundos são diferentes daqueles vistos em outros planetas: são significativamente inclinados a partir dos eixos de rotação e parecem ser gerados longe do núcleo. Os anéis de Netuno se aglutinam em arcos enquanto os de Urano, possivelmente, tocam sua atmosfera. Metade das luas de Urano permanecem inexploradas.

Tempestades (pontos brilhantes) em erupção em 2014 em um Urano normalmente adormecido, visto nestas imagens infravermelhas pelo Observatório Keck.
Tempestades (pontos brilhantes) em erupção em 2014 em um Urano normalmente adormecido, visto nestas imagens infravermelhas pelo Observatório Keck.

As Voyagers transformaram a visão que o cientistas tinham dos gigantes de gelo, e fizeram isso com instrumentos construídos na década de 1970. As Voyager 1 e 2, foram lançadas em 1977, o mesmo ano em que o primeiro computador foi produzido em massa Apple (Apple II) e do sistema de videogame Atari 2600. “Essa é a tecnologia que usamos para explorar os gigantes de gelo”, diz Hammel. “Se colocarmos o meu iPhone em uma nave espacial e envia-lo para lá, teríamos uma melhor qualidade de imagem”.

Desde então, os principais observatórios, como os telescópios Keck, no Havaí, e o Telescópio Espacial Hubble, em órbita baixa da Terra, têm aumentado o legado da Voyager. Eles já viram rumores que Urano parece estar acordando. Conforme o verão foi se afastando do sul de Urano em meados de 2000, as tempestades apareceram e a atmosfera parecia mais a de Netuno. “Nossa ideia de uma bola azul chata provavelmente não estava correta”, diz Amy Simon, cientista planetária da NASA Goddard Space Flight Center em Greenbelt, Maryland.

Mas telescópios sofisticados têm os seus limites. Obter imagens dos planetas está longe de ser suficiente”, diz Leigh Fletcher, cientista planetário da Universidade de Leicester. Para entender a física e a química, você precisa estar lá“.

Tudo ou Nada

Em 2010, pesquisadores europeus tentaram persuadir a Agência Espacial Europeia para enviar uma sonda a Urano como uma missão “de classe média”, a um custo de cerca de 500 milhões de euros. Essa tentativa fracassada foi seguida por uma oportunidade em 2013 para enviar uma missão de “alta classe” – ou 1 bilhão de euros – mais abrangente, e um pedido de 2014 para ideias de missões de classe média. A ESA classificou as propostas para ir aos gigantes de gelo importantes o tempo todo, mas não importantes o suficiente para serem financiadas. A agência irá emitir outra chamada para missões de classe média nesta primavera, mas é uma tarefa difícil, diz Fletcher.

Um problema para a Europa é que ela não tem acesso à energia nuclear necessária para viagens tão longe do Sol, onde os painéis solares são inúteis. A NASA, no entanto, tem um financiamento para a produção de plutônio-238, um elemento radioativo cujo calor, uma vez transformado em eletricidade, pode alimentar uma nave espacial em locais remotos. “Toda o cenário mudaria se houvesse um forte impulso da NASA para uma dessas missões”, diz Fletcher.

Fletcher e seus colegas europeus podem ter seu desejo realizado. Em 2011, a comunidade de ciência planetária dos EUA classificou Marte, Europa e Urano como as principais prioridades para a próxima década em um carro-chefe da NASA, a maior (e mais cara) missão. Planos para Marte e Europa estão em andamento. Em setembro, a JPL apresentará à NASA algumas ideias para os gigante de gelo, incluindo detalhes sobre o que a agência espacial precisa investir para cumprir seus objetivos científicos.

A ciência depende do que as naves espaciais fariam nas visitas aos gigante de gelo. Cada planeta tem um apelo. As estações extremas de Urano; os polos que mostram trechos de luz solar contínua por 42 anos, seguida de igualmente longos períodos de escuridão. Isso faz de Urano um grande campo de testes para ideias sobre como os planetas funcionam, diz Fletcher, por ver como essas teorias funcionam em um planeta deitado. Ponto para Urano.

Os anéis e luas de Urano (à esquerda) brilham em uma imagem de 2002 do Very Large Telescope. Uma horda de satélites orbitam Netuno (à direita) em uma ilustração baseada em imagens do Telescópio Espacial Hubble tiradas um ano netuniano (164 anos terrestres) após a descoberta do planeta.
Os anéis e luas de Urano (à esquerda) brilham em uma imagem de 2002 do Very Large Telescope. Uma horda de satélites orbitam Netuno (à direita) em uma ilustração baseada em imagens do Telescópio Espacial Hubble tiradas um ano netuniano (164 anos terrestres) após a descoberta do planeta.

Por outro lado, talvez Urano seja um pouco estranho. Netuno pode ser o melhor alvo para a compreensão de como um gigante de gelo típica se comporta, o que é importante para a compreensão de muitos dos planetas que orbitam outras estrelas. A Voyager 2 já mostrou que a atmosfera de Netuno está agitada com tempestades, oferecendo uma abundância de detalhes fascinantes para a pesquisa. Urano, embora esteja começando a se agitar, é relativamente calmo. Ponto para Netuno.

Quando se trata de as luas, a situação é inversa. “Se formos para Netuno, veremos um planeta normal, mas satélites anormais”, diz Mark Hofstadter, cientista planetário no JPL. “Se formos para Urano, veremos um planeta excêntrico, mas satélites normais”.

Urano tem cinco grandes luas e 22 pequenas. Os investigadores suspeitam que estes são os satélites originais do planeta e podem ser um bom exemplo do que se forma em torno de um gigante de gelo. A Voyager 2 foi capaz de ver apenas um hemisfério e suas luas. Toda uma metade do sistema permanece escondido. “Os satélites são realmente um incógnita”, diz Fletcher. Ponto para Urano.

Mas Netuno tem Tritão, a joia da coroa do sistema solar exterior. “É um paraíso congelado fascinante”, diz Hansen. Como a lua de Saturno Enceladus, Tritão tem em gêiseres em erupção, possivelmente ligados a um oceano subsuperficial. A superfície foi remodelada nos últimos 10 milhões de anos ou mais, o que é bastante recente para os padrões do Sistema Solar e fornece pistas de uma geologia ativa. Ponto para Netuno.

A maior lua de Netuno, Tritão (em cima) é um mundo em constante mudança de forma ativa e um primo distante de Plutão. Miranda (inferior), um satélite de Urano, abriga uma miscelânea de terrenos e o mais alto do penhasco conhecido - cerca de 20 km - no sistema solar.
A maior lua de Netuno, Tritão (em cima) é um mundo em constante mudança de forma ativa e um primo distante de Plutão. Miranda (inferior), um satélite de Urano, abriga uma miscelânea de terrenos e o mais alto do penhasco conhecido – cerca de 20 km – no sistema solar.

Tritão não é nativo de Netuno. A lua, que orbita no sentido contrário da rotação de Netuno, provavelmente foi roubada do cinturão de Kuiper, o campo de fósseis congelados onde Plutão vive. “É um primo de Plutão”, diz Hammel. “Plutão e Tritão são um par maravilhoso para fazer estudos comparativos”. Ponto duplo para Netuno.

Ambos os planetas possuem enigmas que ensinarão muito aos cientistas planetários. “A maioria das pessoas ficaria feliz em ir para qualquer um”, diz Simon. A decisão provavelmente será logística: “Qual missão renderá mais ciência por dólar investido?”.

Chegar aos gigantes de gelo não será fácil. A nave espacial precisa de cerca de uma década apenas para chegar ao seu destino. Há maneiras de encurtar a viagem, como obter um pontapé da gravidade de Júpiter ou Saturno, mas isso depende dos planetas estarem no lugar certo na hora certa.

Todas as coisas são iguais, Urano está mais próximo e, portanto, mais fácil (e mais barato) para chegar. Mas se há uma trajetória que compreende uma assistência de Júpiter ou Saturno, Netuno pode ser a melhor aposta. O Sistema de Lançamento Espacial da NASA, um foguete poderoso programado para o final de 2018, poderia agitar as coisas. “É o maior foguete que este mundo já produziu”, diz Green. “Tem uma potência incrível para alcançar qualquer coisa no espaço muito rápido”. A nave espacial lançada por ele pode precisar de apenas alguns anos para chegar a um gigante de gelo.

Encurtar a viagem interplanetária economiza tempo e dinheiro, mas quanto mais rápido a nave espacial vai, mais difícil será freiar no final da viagem. “Você tem que abrir mão de um de seus instrumentos científicos para transportar o combustível extra para desacelerar”, diz Hofstadter. Uma solução é uma manobra audaciosa conhecido como “Aerocapture”, onde a atmosfera do planeta faz a maioria do trabalho. A nave espacial tem que entrar na atmosfera numa profundidade suficiente para desacelerar, mas não tão profunda para entrar em combustão. Algumas missões mais próximas usaram uma versão mais delicada da Aerocapture para ajustar suas trajetórias. Mas ninguém a usou para a inserção orbital.

A tarefa do JPL este ano será avaliar esses riscos e explorar opções de missão para cada planeta. “Ambos têm histórias para contar”, diz Hansen. “Não vai ter arrependimento – qualquer um seria revolucionário”.

A missão New Horizons a Plutão mostrou o que uma nave espacial do século 21 passando por um mundo inexplorado pode nos ensinar. Os pesquisadores tinham uma boa ideia do que poderia estar esperando por eles, mas a realidade superou as expectativas. “Plutão é um fabuloso exemplo de que onde quer que olhemos, encontraremos surpreendentes coisas novas”, diz Fletcher. “A fronteira está agora nos gigantes de gelo”.

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