Como Marte foi feito? | Formação de Marte

O planeta marte foi formado, junto com o resto do sistema solar, cerca de 4,6 bilhões de anos atrás. Mas exatamente como os planetas se formaram permanece um assunto de debate. Atualmente, duas teorias disputam o papel de campeão.

A primeira e mais amplamente aceita teoria, acreção de núcleo, funciona bem com a formação de planetas terrestres como Marte, mas tem problemas com planetas gigantes. O segundo, o método de instabilidade de disco, pode ser responsável pela criação desses planetas gigantes.

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Concepção artística da nebulosa solar do nosso sistema solar, a nuvem de gás e poeira a partir da qual os planetas se formaram.(Crédito da imagem: Pintura com direitos autorais William K. Hartmann, Planetary Science Institute, Tucson)

Os cientistas continuam a estudar os planetas dentro e fora do sistema solar em um esforço para entender melhor qual desses métodos é o mais preciso.

O modelo de acreção do núcleo

A principal teoria, conhecida como acréscimo de núcleo, é que o sistema solar começou como uma grande nuvem irregular de gás frio e poeira, chamada de nebulosa solar. A nebulosa entrou em colapso por causa de sua própria gravidade e se achatou em um disco giratório. A matéria foi atraída para o centro do disco, formando o sol.

Outras partículas de matéria grudaram-se para formar aglomerados chamados planetesimais. Alguns deles se combinaram para formar asteróides, cometas, luas e planetas. As partículas carregadas de vento solar fluindo do sol - varreram os elementos mais leves, como hidrogênio e hélio, deixando para trás a maioria mundos rochosos pequenos. Nas regiões externas, entretanto, gigantes gasosos compostos principalmente de hidrogênio e hélio se formaram porque o vento solar era mais fraco.

As observações de exoplanetas parecem confirmar a acumulação do núcleo como o processo de formação dominante. Estrelas com mais 'metais' - um termo que os astrônomos usam para designar outros elementos além do hidrogênio e do hélio - em seus núcleos têm mais planetas gigantes do que seus primos pobres em metais. De acordo com a NASA, o acréscimo do núcleo sugere que mundos pequenos e rochosos deveriam ser mais comuns do que os gigantes gasosos mais massivos.

A descoberta de 2005 de um planeta gigante com um núcleo maciço orbitando a estrela semelhante ao Sol HD 149026 é um exemplo de um exoplaneta que ajudou a fortalecer a defesa do núcleo.

'Esta é uma confirmação da teoria de acréscimo central para a formação de planetas e evidências de que planetas deste tipo deveriam existir em abundância', disse Greg Henry em um Comunicado de imprensa . Henry, um astrônomo da Tennessee State University, em Nashville, detectou o escurecimento da estrela.

Em 2018, a Agência Espacial Europeia planeja lançar o satélite de caracterização ExOPlanet (CHEOPS), que estudará exoplanetas que variam em tamanhos de super-Terras a Netuno. O estudo desses mundos distantes pode ajudar a determinar como os planetas do sistema solar se formaram.

'No cenário de acreção do núcleo, o núcleo de um planeta deve atingir uma massa crítica antes de ser capaz de agregar gás de forma descontrolada', disse o Equipe CHEOPS .

'Essa massa crítica depende de muitas variáveis ​​físicas, entre as mais importantes é a taxa de acréscimo dos planetesimais.'

Ao estudar como os planetas em crescimento acumulam material, CHEOPS fornecerá uma visão de como os mundos crescem.

O acréscimo do núcleo foi postulado pela primeira vez no final do século 18 por Immanuel Kant e Pierre Laplace. A teoria da nebulosa ajuda a explicar como os planetas em nosso sistema solar foram formados. Mas com a descoberta de planetas 'Super-Terra' orbitando outras estrelas, uma nova teoria, conhecida como instabilidade de disco, foi proposta.

O modelo de instabilidade do disco

Embora o modelo de acreção central funcione bem para planetas terrestres, os gigantes gasosos teriam que evoluir rapidamente para agarrar a massa significativa de gases mais leves que eles contêm. Mas as simulações não foram capazes de dar conta dessa rápida formação. De acordo com os modelos, o processo leva vários milhões de anos, mais tempo do que os gases leves estavam disponíveis no início do sistema solar. Ao mesmo tempo, o modelo de acréscimo do núcleo enfrenta um problema de migração, pois os planetas bebês provavelmente irão espiralar em direção ao sol em um curto período de tempo.

De acordo com uma teoria relativamente nova, a instabilidade do disco, aglomerados de poeira e gás estão ligados no início da vida do sistema solar. Com o tempo, esses aglomerados se compactam lentamente em um planeta gigante. Esses planetas podem se formar mais rapidamente do que seus rivais de acumulação de núcleo, às vezes em menos de mil anos, permitindo-lhes capturar os gases mais leves que desaparecem rapidamente. Eles também alcançam rapidamente uma massa estabilizadora da órbita que os impede de marchar para a morte em direção ao sol.

De acordo com o astrônomo exoplanetário Paul Wilson , se a instabilidade do disco dominar a formação dos planetas, ela deve produzir um grande número de mundos em grandes ordens. Os quatro planetas gigantes orbitando a distâncias significativas em torno da estrela HD 9799 fornecem evidências observacionais da instabilidade do disco. Fomalhaut b , um exoplaneta com uma órbita de 2.000 anos em torno de sua estrela, também poderia ser um exemplo de um mundo formado pela instabilidade do disco, embora o planeta também pudesse ter sido ejetado devido às interações com seus vizinhos.

Acréscimo de seixo

O maior desafio para a acumulação do núcleo é o tempo - construir gigantes gasosos massivos com rapidez suficiente para agarrar os componentes mais leves de sua atmosfera. Pesquisa recente sobre como objetos menores do tamanho de pedrinhas se fundiram para construir planetas gigantes até 1000 vezes mais rápido do que estudos anteriores.

'Este é o primeiro modelo que conhecemos que começa com uma estrutura bastante simples para a nebulosa solar a partir da qual os planetas se formam, e termina com o sistema de planetas gigantes que vemos,' autor do estudo Harold Levison, um astrônomo no Southwest Research Institute (SwRI) no Colorado, disse à Space.com em 2015.

Em 2012, os pesquisadores Michiel Lambrechts e Anders Johansen, da Universidade de Lund, na Suécia, propuseram que pedrinhas , uma vez cancelado, detinha a chave para a construção rápida de planetas gigantes.

'Eles mostraram que as sobras desse processo de formação, que antes eram consideradas sem importância, poderiam na verdade ser uma grande solução para o problema de formação de planetas', disse Levison.

Levison e sua equipe desenvolveram essa pesquisa para modelar com mais precisão como as pequenas pedras poderiam formar os planetas vistos na galáxia hoje. Enquanto as simulações anteriores, objetos grandes e médios consumiam seus primos do tamanho de seixos a uma taxa relativamente constante, as simulações de Levison sugerem que os objetos maiores agiam mais como valentões, arrebatando seixos das massas de tamanho médio para crescerem muito mais rápido avaliar.

'Os objetos maiores agora tendem a espalhar os menores mais do que os menores espalham-nos de volta, então os menores acabam se espalhando para fora do disco de seixo', disse a co-autora do estudo Katherine Kretke, também do SwRI, ao Space.com . 'O cara maior basicamente intimida o menor para que eles mesmos possam comer todas as pedras e continuar a crescer para formar os núcleos dos planetas gigantes.'

Em 2018, a NASA lançará o Missão InSight a Marte que estudará o interior do planeta.

'Mas InSight é mais do que uma missão de Marte - é um explorador de planetas terrestres que abordará uma das questões mais fundamentais da ciência do sistema planetário e solar - compreender os processos que moldaram os planetas rochosos do sistema solar interno (incluindo a Terra) mais de quatro bilhões de anos atrás ', de acordo com a NASA.

'InSight busca responder a uma das questões mais fundamentais da ciência: como os planetas terrestres se formaram?'

Encolhendo

Quer Marte tenha começado por meio da instabilidade do disco ou do acréscimo do núcleo ou do seixo, ele continuou a aumentar o peso à medida que crescia. Os modelos sugerem que o Planeta Vermelho deveria ser tão grande quanto Vênus e a Terra se o gás e a poeira fossem espalhados suavemente pelo sistema solar. Em vez disso, Marte tem apenas 10% de massa, sugerindo que se formou em uma região com poucos blocos de construção planetários.

Entra no modelo Grand Tack, a principal teoria para explicar o chamado 'pequeno problema de Marte'. De acordo com o modelo, Júpiter e Saturno migraram em direção ao sol logo após seu nascimento, antes de virar como um veleiro e retornar ao sistema solar exterior. Ao longo do caminho, eles teriam varrido muitos dos destroços que deveriam ter alimentado a formação de Marte.

A escarpa ocidental do Monte Olimpo tem encostas íngremes e suaves com canais claros, alguns provavelmente criados pelo fluxo de líquido, talvez água, e alguns aparentemente esculpidos por geleiras.

A escarpa ocidental do Monte Olimpo tem encostas íngremes e suaves com canais claros, alguns provavelmente criados pelo fluxo de líquido, talvez água, e alguns aparentemente esculpidos por geleiras.(Crédito da imagem: Nature / ESA / G. Neukum)

'Contanto que Júpiter mudasse de direção perto de 1,5 UA, o crescimento de Marte seria retardado com sucesso, deixando material suficiente perto do sol para formar a Terra e Vênus', escreveu John Chambers do Carnegie Institution for Science em um Artigo de 'Perspectivas' de 2014 publicado na revista Nature.

Outra possibilidade é que regiões de baixa densidade formado naturalmente no disco protoplanetário.

“Se essa lacuna parcial sobreviveu por tempo suficiente, ela poderia ter sido preservada na distribuição de planetesimais e embriões planetários que se formaram posteriormente”, escreve Chambers. 'As simulações realizadas por Izidoro mostram que reduzir o número de blocos de construção planetários perto da órbita atual de Marte em 50 a 75 por cento favorece a formação de um frágil Planeta Vermelho.'

Outra opção é que Marte realmente começou no cinturão de asteróides e, em seguida, migrou em direção ao sol por causa de sua interação com os planetesimais.

'Como Marte é mais massivo do que os planetesimais, ele tende a perder energia ao espalhar esses planetesimais porque os passa para Júpiter, que os ejeta do sistema solar', Ramon Brasser, autor principal e professor associado do Instituto de Tóquio de Earth-Life Science Institute de Tecnologia, disse Space.com.

Aquecimento e refrigeração

Como todos os planetas, Marte ficou quente durante a formação por causa da energia dessas colisões. O interior do planeta derreteu e os elementos mais densos, como o ferro, afundaram no centro, formando o núcleo. Silicatos mais leves formaram o manto e os silicatos menos densos formaram a crosta. Marte provavelmente teve um campo magnético por algumas centenas de milhões de anos, mas conforme o planeta esfriou, o campo morreu.

O jovem Marte tinha vulcões ativos, que expeliam lava em sua superfície e água e dióxido de carbono na atmosfera. Mas não há atividade tectônica em Marte, então os vulcões permaneceram estacionários e cresceram a cada nova erupção.

A atividade vulcânica provavelmente também deu a Marte uma atmosfera mais densa. O campo magnético de Marte protegeu o planeta da radiação e do vento solar. Com uma pressão atmosférica mais alta, provavelmente a água fluiu na superfície de Marte, indicam estudos. Mas cerca de 3,5 bilhões de anos atrás, Marte começou a esfriar. Os vulcões entraram em erupção cada vez menos e o campo magnético desapareceu. A atmosfera desprotegida foi soprada pelo vento solar e a superfície foi bombardeada por radiação.

Nessas condições, a água líquida não pode existir na superfície. Estudos sugerem que a água está presa no subsolo em formas líquidas e congeladas e nas camadas de gelo das calotas polares.

Toda a vida como a conhecemos requer água líquida, por isso há muito interesse em encontrando evidências disso em Marte.

- Reportagem adicional de Nola Taylor Redd, colaboradora da Space.com