Explorando os arredores do nosso sistema solar, um professor da USP explica como exoplanetas podem girar em sentido inverso devido a forças de maré e torque atmosférico.
Um estudo publicado no The Astronomical Journal apresenta uma nova perspectiva sobre a rotação retrógrada de planetas na zona habitável, a região da órbita de um planeta que permite a existência de água líquida em sua superfície. Rejeitando a hipótese de que a persistência da rotação inversa de Vênus foi causada por uma colisão cósmica, o estudo propõe uma solução matemática apontando para a evolução atmosférica combinada com forças de maré — deformações causadas por variações na gravidade em um corpo extenso — como uma explicação para a rotação atípica do nosso planeta vizinho.
Este é o caso de Vênus: ao contrário dos outros planetas, que giram em torno de seus eixos na mesma direção de seu movimento orbital, Vênus gira na direção oposta; ele gira para trás e lentamente.
A explicação reside na origem dos sistemas planetários, onde uma estrela recém-formada é cercada por uma nuvem giratória de gás e poeira — conhecida na astronomia como disco protoplanetário. Essa nuvem fornece o material necessário para que a gravidade atue na formação de planetas. Como resultado, espera-se que os planetas retenham uma “memória” da rotação da nuvem da qual se formaram, influenciando tanto suas direções de revolução quanto de rotação, tipicamente compartilhadas entre os planetas de um sistema solar.
“Todos os planetas em um sistema se formam a partir da mesma nuvem e herdam a rotação na mesma direção. No nosso sistema solar, a única exceção real é Vênus, apesar da exceção parcial de Urano, que tem um eixo de rotação ‘inclinado’ e gira como se estivesse rolando ao longo de sua órbita. No caso de Urano, assume-se que uma pequena colisão ocorreu durante sua formação”, disse Sylvio Ferraz Mello, professor do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP e autor do artigo, ao Jornal da USP.
O mistério da rotação retrógrada de Vênus existe há mais de 50 anos, já que a hipótese da colisão é insuficiente para explicar completamente o fenômeno observado. O trabalho do professor apresenta uma solução matemática simples e geral através da dinâmica entre forças de interação gravitacional e efeitos atmosféricos. A explicação pode ser aplicada a qualquer planeta similar à Terra próximo de sua estrela central que tenha passado por uma evolução atmosférica semelhante ao caso de Vênus.
Um planeta ‘contrário’
O planeta Vênus é bastante semelhante à Terra em termos de tamanho, massa e distância do Sol. No entanto, além de girar na direção oposta, Vênus leva cerca de 243 dias terrestres para completar uma rotação e 225 dias terrestres para orbitar o Sol. Isso significa que um ano venusiano (período orbital) é mais curto do que a duração de um dia no planeta (período de rotação). Além disso, embora não seja o planeta mais próximo do Sol, Vênus é o planeta mais quente do sistema solar devido à atividade vulcânica e sua densa atmosfera, composta por mais de 95% de dióxido de carbono. Essa composição causa um intenso efeito estufa, refletido na temperatura média da superfície do planeta de 462°C.
Segundo o artigo, as protuberâncias térmicas atmosféricas podem afetar fortemente a rotação de um planeta, de modo que a rotação retrógrada de Vênus teria sido ‘atrasada’ e revertida dentro de um período relativamente curto se o planeta não tivesse atmosfera.
“A rotação reversa do planeta não persistiria por muito tempo se tivesse sido invertida como resultado de uma colisão no passado, e a natureza da rotação atualmente observada é uma clara indicação da existência de uma força que continua a agir, dirigindo o movimento na direção oposta”, disse Mello.
Os efeitos da radiação solar
A atração gravitacional do Sol produz deformações na atmosfera de Vênus, adicionando torque — uma força que produz rotação em um corpo — que desacelera a rotação do planeta. Além disso, a radiação solar aumenta a temperatura ao anoitecer, fazendo com que massas de ar fluam em direção a regiões mais frias.
Em uma determinada região da superfície, as protuberâncias de maré seriam sentidas após o meio-dia. Assim, a atração gravitacional do Sol agindo sobre a atmosfera introduz um torque na direção oposta àquela da força gravitacional de maré que, combinada com a transferência de massa da superfície do planeta para a atmosfera, aumenta o momento de inércia do corpo, favorecendo o desenvolvimento de um movimento rotacional retrógrado.
O principal resultado do estudo indica que nenhuma colisão com outros corpos é necessária para converter a rotação de um planeta semelhante à Terra — com uma atmosfera significativa formada ao longo de sua evolução — em rotação retrógrada. É suficiente que o planeta esteja a uma distância pequena o suficiente de sua estrela hospedeira para que os torques de maré sincronizem quase que completamente a rotação do planeta antes que a maior parte de sua atmosfera se forme.
As forças de maré surgem porque a gravidade não atua uniformemente em um corpo extenso. Partes mais próximas de um objeto maciço experimentam uma atração ligeiramente maior do que partes mais distantes. Essa diferença, embora sutil, é suficiente para deformar o objeto: ele se alonga na direção do corpo maciço e se comprime em direções perpendiculares, como uma bola de borracha sendo puxada.
Na Terra, esse efeito é claramente observado nos oceanos. A interação com a Lua gera duas ‘protuberâncias’ no nível do mar — uma voltada para a Lua e outra do lado oposto. À medida que o planeta gira, essas regiões passam por diferentes pontos na superfície, produzindo a subida e a descida das marés ao longo do dia.
As marés sobem e descem à medida que a rotação da Terra faz com que os continentes passem pelas protuberâncias de maré geradas pela gravidade da Lua; ao passar por essas regiões, o nível do mar sobe e desce nos intervalos entre elas. Na prática, fatores como continentes, a forma da Terra e a profundidade do oceano também influenciam o tempo e a amplitude das marés em cada localização.
Mas esse fenômeno não se limita à água. A atmosfera também responde às forças de maré. Em Vênus, por exemplo, cuja atmosfera é extremamente densa, essas deformações — combinadas com o aquecimento solar — criam pequenos desalinhamentos que geram torque. Com o tempo, esse processo influencia diretamente a rotação do planeta. Mais do que explicar as marés, esse “estiramento gravitacional” é um fator-chave na evolução de planetas e luas — capaz de desacelerar, sincronizar ou até redefinir a rotação de um planeta, como no caso de Vênus.
A pesquisa foi financiada pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) no âmbito de um projeto temático vinculado à participação do Brasil na missão Planetary Transits and Oscillation of Stars (Plato) da Agência Espacial Europeia (ESA), que visa descobrir e caracterizar exoplanetas — planetas que orbitam estrelas fora do sistema solar — semelhantes à Terra, com foco nas zonas habitáveis de estrelas do tipo solar. Em 1983, a União Astronômica Internacional nomeou o asteroide 1983 XF (5201) em homenagem ao autor da pesquisa, Ferraz Mello, em reconhecimento às suas contribuições no campo da Astronomia Dinâmica.
O artigo Exoplanet Synchronization in the Habitable Zone: Learning from Venus’ Retrograde Rotation está disponível online.
Mais informações: sylvio@iag.usp.br, com Sylvio Ferraz Mello
*Estagiário sob a supervisão de Tabita Said. Redigido com informações fornecidas pelo Escritório de Comunicação do IAG
**Estagiário sob a supervisão de Simone Gomes
Versão em inglês: Nexus Traduções, editada por Denis Pacheco
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Fonte: Jornal da USP.
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