A ideia ambiciosa de estudar a evolução de um cometa | Ciência

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LD2

O telescópio espacial Hubble da NASA tirou esta foto do Centaur LD2 enquanto orbitava perto de Júpiter.
NASA / ESA / J. Olmsted / STScI / Bryce Bolin

Nos confins do sistema solar, entre as órbitas de Júpiter e Netuno, uma infinidade de pedaços de rocha e gelo do tamanho de uma cidade, conhecidos como “Centauros, ”Circule o sol. Ocasionalmente, o puxão gravitacional de Júpiter arremessa um desses centauros para uma nova órbita que o leva para o interior do sistema solar. À medida que se aproxima do sol, ele se aquece e vários gases, incluindo vapor de água do gelo preso no interior do objeto, são liberados. Como vento solar empurra esse material para longe do objeto, ele pode formar uma “cauda” distinta – e um cometa nasce.

E embora mais de uma dúzia de missões robóticas tenham estudado cometas e asteróides em nosso sistema solar nas últimas duas décadas, até agora nunca observamos um cometa em seu momento de nascimento. Mas se um projeto ambicioso for adiante, isso mudará. A ideia, apresentada pelo físico Darryl Seligman da Universidade de Chicago e seus colegas em um estudar aceito para publicação em Planetary Science Journal, veria uma espaçonave “estacionada” perto de Júpiter; quando um Centauro é lançado em direção à Terra, a espaçonave o segue, efetivamente pegando uma carona no objeto que se aproxima.

“Se você pudesse viajar junto com um cometa enquanto diferentes gelos ‘ligavam’, você poderia ver todo o processo acontecer, em tempo real. Você veria não apenas o início do cometa, mas sua evolução ”, diz Seligman. “Cientificamente, seria extremamente útil assistir H2O ligue pela primeira vez, e para ver como é, em função da distância do objeto ao sol. ”

Seligman ainda está de olho em um alvo específico – um Centauro conhecido como “P / 2019 LD2 (ATLAS) ”ou LD2 para abreviar. (Os objetos são comparados às criaturas míticas meio-humanas e meio-cavalos por causa de sua natureza híbrida: eles são um pouco como asteróides, que geralmente são pedaços inertes de rocha; e são um pouco como cometas, que são mais “Ativo” devido à emissão de gases conforme vários gelos congelados vaporizam, em um processo conhecido como sublimação.) O LD2 é estimado em cerca de oito milhas de diâmetro – aproximadamente o tamanho de Staten Island – e atualmente orbita o sol com um período de cerca de 12 anos, em uma órbita que o mantém perto de Júpiter.

Dados preliminares sugerem que o LD2 terá um encontro particularmente próximo com Júpiter em 2063 – uma escova que, de acordo com simulações de computador, provavelmente enviará o objeto em direção ao sistema solar interno. Assim que estiver em seu novo caminho, será um “cometa da família de Júpiter”, uma classe particular de cometas de curto período que passam perto do Sol a intervalos de alguns anos. No entanto, como esses cálculos envolvem uma certa margem de erro, a trajetória interna exata que o LD2 fará não pode ser determinada com precisão.

Seligman’s estudar examina as características e a dinâmica orbital dos centauros e prevê que muitos mais desses objetos provavelmente ainda serão descobertos; também detalha como uma espaçonave poderia ser enviada para o LD2 a um custo relativamente baixo. Eles sugerem uma data de lançamento de 2061, com o encontro da espaçonave com o LD2 logo após seu encontro de 2063 com Júpiter.

“É uma ideia muito empolgante”, diz Laura Woodney, cientista planetária da California State University, em Santa Bárbara, que não esteve envolvida no estudo atual, mas trabalhou em investigações semelhantes para possíveis missões Centauro. O alvo proposto, LD2, “é um desses objetos primitivos do sistema solar externo que seria realmente fascinante de seguir, estudar, ver do que é composto”.

Quando o sistema solar estava se formando – 4,5 bilhões de anos atrás, mais ou menos – ele provavelmente estava inundado por incontáveis ​​corpos rochosos e gelados que se chocavam constantemente uns com os outros. Os maiores pedaços de material coalesceram nos oito planetas principais – mais o sol, é claro – enquanto os pedaços menores se tornaram os corpos menores, principalmente asteróides e cometas, que respondem pelo restante da massa do sistema solar. Como o LD2 ainda não se aventurou perto do sol, os astrônomos o veem como uma relíquia intacta, sua composição espelhando de perto a do sistema solar inicial. Estudá-lo pode lançar luz sobre os “blocos de construção” a partir dos quais a Terra e os outros planetas se formaram.

Embora o primeiro Centauro tenha sido descoberto há um século, foi apenas na década de 1970 que os astrônomos passaram a considerá-los uma coleção distinta de objetos. Acredita-se que eles se originem além da órbita de Netuno, migrando para dentro como resultado dos efeitos gravitacionais dos planetas gigantes. Assim que chegam à órbita de Júpiter, no entanto, eles estão em uma “galeria de tiro gravitacional”, diz Jordan Steckloff, astrônomo do Instituto de Ciência Planetária em Tucson, Arizona. A poderosa gravidade de Júpiter normalmente lança os Centauros para fora ou para dentro depois de alguns milhões de anos – o que parece muito tempo, mas é muito rápido em termos astronômicos; isso significa que os centauros devem ser pensados ​​como objetos em transição. “Mudanças orbitais que normalmente levam alguns bilhões de anos acontecem de repente muito mais rápido”, diz Steckloff. E, no caso do LD2, espera-se que a transição aconteça “em uma escala de tempo humana – o que é o que torna isso tão emocionante”.

A maior parte do gelo nos cometas é água congelada, mas eles também podem conter monóxido de carbono ou dióxido de carbono, junto com vestígios de outros gases congelados. Como o monóxido de carbono e o dióxido de carbono são mais voláteis do que a água, eles são os primeiros a vaporizar quando um cometa se aproxima do sol. O LD2 já apresenta pequena atividade, devido à sublimação desses gases mais voláteis.

O processo de sublimação é importante porque pode afetar a trajetória de um cometa: se gases forem expelidos de um lado de um objeto mais do que do outro lado, ele será empurrado na direção oposta. Como o gelo é um componente-chave de um cometa, quando a água começa a sublimar, o cometa também corre o risco de se quebrar. “Os cometas acabam perdendo o fôlego e se desintegrando” após algumas aproximações do Sol, diz Seligman, “até o ponto em que não resta mais nada”. (Existem exceções a esta regra de separação – algumas, como Cometa Halley, se mostraram relativamente estáveis; Halley, que se acredita ter se originado de mais longe do que os Centauros, retorna ao sistema solar interno a cada 75 anos e sobreviveu a pelo menos 30 órbitas.)

Uma melhor compreensão da mecânica das rupturas de cometas pode ajudar os astrônomos a entender a dinâmica populacional dos próprios centauros. Por exemplo, quanto mais rápido os cometas se desintegram, maior é a taxa em que novos objetos mais remotos devem migrar para a região do Centauro para substituí-los. A compreensão desses processos também deve ajudar os pesquisadores a prever quantos objetos a mais como o LD2 eles podem esperar ver no interior do sistema solar nas próximas décadas.

Quando o LD2 eventualmente se torna um cometa de curto período, ele pode exibir uma cauda brilhante que o torna visível a olho nu.

Embora a missão que Seligman imagina pareça complexa, ela pode ser realizada com tecnologia testada anteriormente, diz ele. Por exemplo, NASA’s Juno a missão alcançou Júpiter em apenas cinco anos; e a OSIRIS-Rex missão e também do Japão Hayabusa 2 espaçonaves mostraram que é possível seguir um alvo em movimento através do espaço, com ambas as espaçonaves coletando amostras da superfície de um asteróide. Da NASA Lucy A missão, por sua vez, acaba de ser lançada em uma jornada de 12 anos que a levará ao encontro de oito asteróides diferentes.

Seligman enfatiza que a ideia que ele descreve no artigo é apenas uma demonstração da viabilidade de um conceito, uma prática bastante comum para astrônomos e físicos nos primeiros estágios de sonhar uma possível missão espacial. Um estudo de conceito de missão completo, envolvendo dezenas de cientistas e engenheiros examinando “todas as coisas possíveis que podem dar errado com uma missão”, pode acontecer em algum momento no futuro, diz ele; isso seria seguido por um argumento de venda para uma agência espacial e agências de financiamento. (Em comparação, ele observa, um artigo de jornal é “relativamente barato”.)

Além de aprender sobre a história inicial do sistema solar, estudar esses pequenos mundos também é vital para compreender o perigo apresentado por objetos em órbitas que cruzam a Terra. Os astrônomos acreditam que a maioria desses objetos se originam no cinturão de asteróides entre Marte e Júpiter, não do reino mais remoto dos centauros – mas é impossível descartar a possibilidade de que um cometa possa um dia representar uma ameaça para a Terra, diz Seligman. Essa também é uma boa razão para estudar a divisão de cometas: se um objeto que se divide em, digamos, uma dúzia de pedaços ao passar perto do sol, e essas peças, por sua vez, se quebram em órbitas subsequentes, isso criaria “um maior fluxo de detritos potencialmente perigosos. ” Portanto, embora os cometas não estejam no topo da lista de prováveis ​​perigos para o nosso planeta, quanto mais entendermos sobre sua composição e movimento, melhor, diz Seligman.



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