Hipótese do grande impacto
A Hipótese do grande impacto (em inglês Giant impact hypothesis ou Big Splash) é uma hipótese astronômica que postula a formação da Lua através do impacto de um planeta com aproximadamente o tamanho de Marte, conhecido como Theia, com a Terra. A teoria foi proposta pela primeira vez em 1975 por investigadores do Instituto de Ciências Planetárias de Tucson e do Instituto Harvard-Smithsonian de Astrofísica. Desde então diversos trabalhos de modelagem numérica têm vindo a detalhar esta ideia, que é atualmente considerada consensual na comunidade científica.
A Formação da Lua - NASA.
Formação da Lua - Teoria de Theia (Vídeo Traduzido).
Lua
A Lua é o único satélite natural da Terra e tem várias características em comum e contrárias ao nosso planeta, postas em evidência depois da investigação das amostras recolhidas pelas missões Apollo. Por um lado, a composição dos isótopos estáveis das rochas lunares de oxigênio é idêntica à assinatura característica da Terra e bastante diferentes de outros objetos siderais. Isto sugere que a Lua, ou o seu precursor, tenha tido origem na mesma distância do Sol que a Terra, à data da formação do sistema solar.
Esta descoberta pôs de parte teorias mais antigas que sugeriam a Lua como um objeto capturado pela órbita da Terra, visto que se fosse esse o caso, a Lua teria composições isotópicas distintas. A Terra é formada por um núcleo interior de ferro e níquel, um manto composto por rochas silicatadas e a crosta terrestre constituída essencialmente por granito e basalto. O núcleo ferroso representa cerca de trinta por cento da massa da Terra. Pelo contrário, a Lua é composta essencialmente por rochas silicatas equivalentes à do manto da Terra e tem um núcleo ferroso mínimo, que compõe cerca de 8 por cento da sua massa. Esta disparidade impede que a Lua tenha sido formada por acreção tal como a Terra, pois se tal tivesse sucedido, a proporção de ferro seria semelhante nos dois astros.
Qualquer tentativa de explicação para a formação da Lua tem que ter em conta estas duas características: a composição isotópica e a proporção do núcleo de Ferro. A hipótese do Big Splash consegue harmonizar estas duas perspectivas, mas levanta outra série de problemas: o que é que colidiu com a Terra para formar a Lua, e de onde surgiu este corpo?
Theia
De acordo com a composição isotópica da Lua, o objeto que colidiu com a Terra, denominado Theia (Halliday 2000; Hartmann and Davies 1975, Cameron and Ward 1976 and Cameron 1984) deve ter tido origem dentro da órbita terrestre. Inicialmente pensava-se que a força gravítica da Terra agregou todo o material ao seu alcance para formar o planeta. No entanto, conforme sugerido em 1772 pelo matemático Lagrange, existem cinco pontos na órbita da Terra nos quais os efeitos da gravidade do planeta se anulam em relação ao Sol. Dois dos pontos de Lagrange – L4 e L5 – são considerados estáveis uma vez que qualquer material que lá se encontre só pode ser libertado por colisão ou qualquer outro evento catastrófico. L4 e L5, situados a 150 milhões de quilómetros da Terra, são, portanto, zonas com potencial para permitir acrecção planetária em competição com a Terra. Foi em L4 que se pensa que Theia se terá começado a formar há 4,5 bilhões de anos atrás, no Hadeano.
Com o decurso da acreção (aumento da sua massa), Theia aumentou progressivamente de tamanho, atingindo uma dimensão comparável à de Marte. Este crescimento tornou instável a sua posição em L4, a partir de 20 a 30 milhões de anos do seu aparecimento. Nesta altura, a força gravitacional impulsionava Theia para fora do ponto lagrangiano, ao mesmo tempo que a força de Coriolis puxava o planeta de volta para a origem (o tratamento mais preciso do problema é feito no contexto do problema dos três corpos da mecânica celeste). Esta combinação de forças levou ao desenvolvimento de uma órbita cíclica em ferradura: Theia adquiria velocidade e escapava de L4 até um determinado ponto, sendo depois puxada de volta. Num novo ciclo, o planeta adquiria velocidade e alcançava um ponto mais distante até a força de Coriolis ganhar o balanço de novo. Esta órbita em ferradura, ilustrada na figura do meio, continuou até Theia adquirir massa suficiente para escapar de vez a L4.
Big Splash – a formação da Lua
Enquanto Theia se encontrava presa nesta órbita cíclica, a Terra teve tempo para se diferenciar na estrutura de núcleo e manto que actualmente exibe. A crosta era apenas incipiente, visto que a superfície estava ainda quente demais para permitir a formação de massas continentais. Theia também deve ter desenvolvido alguma estratificação durante a sua estadia em L4.
Quando Theia cresceu o suficiente para escapar do ponto lagrangiano entrou numa órbita instável e a colisão com a Terra tornou-se inevitável, visto que ambos os planetas ocupavam a mesma órbita. Os investigadores acreditam que o impacto – o Big Splash – possa ter acontecido escassas centenas de anos após o escape definitivo. A colisão não foi frontal, mas sim de lado, e ocorreu a uma velocidade de 40 mil quilómetros por hora. Parte substancial do núcleo de Theia afundou-se na Terra e o seu material incorporou o núcleo terrestre. O resto do planeta e parte da zona superficial da Terra foram projetados para o espaço. O que sobrava do núcleo estabilizou a cerca de 22.000 km da Terra apenas 27 horas depois do impacto, segundo a modelação utilizada pelos cientistas, num precursor do que seria a Lua.
Depois do Big Splash, o material resultante do impacto foi acreccionado às sobras do núcleo de Theia e pouco a pouco a Lua como satélite adquiriu consistência. As forças de maré fizeram (e continuam fazendo) a Lua se afastar da Terra, sendo a distância média atual de 385.000 km. Calcula-se que cerca de 90 por cento do seu material seja originário dos destroços do planeta Theia. O Big Splash explica as duas características da Lua que mais têm intrigado os cientistas: a Lua tem a mesma composição isotópica das rochas da Terra porque o seu precursor (Theia) se desenvolveu na mesma distância relativa do Sol; tem uma proporção de núcleo ferroso bastante inferior porque a parte principal do núcleo de Theia afundou na Terra na altura da colisão.
Esta teoria encontra hoje em dia bastante aceitação dentro da comunidade científica embora persistam no entanto algumas dúvidas e pontos por esclarecer. Um dos principais problemas é a posição e existência dos pontos lagrangianos na época do Big Splash, que pode ser afetada pelas condições do sistema solar há 4,5 bilhões de anos, que não são conhecidas na sua totalidade.
Fonte: Wikipedia
Nova interpretação sobre a Formação Lunar
O choque que deu origem à Lua, de acordo com a teoria do grande impacto, tem duas novas interpretações
A explicação mais comumente aceita para a formação da Lua afirma que um protoplaneta gigante, às vezes chamado de Theia, chocou-se contra a Terra recém-formada há 4,5 bilhões de anos e criou uma nuvem de destroços que rapidamente se transformou na lua. Mas essa hipótese apresentava um problema incômodo. As colisões simuladas para a formação da lua mostraram que Theia teria sido o principal doador do material lunar. As análises de rochas lunares da missão Apollo, no entanto, mostraram que a lua se aproxima, de várias maneiras, a um clone químico da Terra, e não de Theia.
“A teoria do grande impacto explica muitos traços do sistema – e por isso é a preferida – mas essa discrepância é um pouco desafiadora”, admite a cientista planetária Robin Canup, do Southwest Research Institute em Boulder, no Colorado, que teve um papel fundamental no desenvolvimento da proposição de Theia [como doadora do material para a lua]. “Esse problema já é uma pedra no sapato da teoria do impacto há algum tempo”.
Mas essa pedra pode estar desaparecendo. Dois artigos publicados online em 17 de outubro na Science, um por Canup e o outro por cientistas planetários do SETI Institute, em Mountain View, na Califórnia, e na Harvard University, demonstram duas possibilidades de produzir uma lua muito semelhante à Terra, do ponto de vista químico, a partir de um impacto.
No modelo de Canup, o impactante é substancialmente maior que a Theia canônica – em vez de um objeto do tamanho de Marte colidindo com uma proto-Terra muito maior, seu novo estudo propõe um choque entre dois objetos de tamanho semelhante. “O conjunto de impactos que eu identifico como capaz de fazer isso envolve um impactante muito maior do que se considerava anteriormente”, explica ela. “O tipo de impacto que defendo aqui é a colisão de dois objetos com metade da massa da Terra. Eles se fundem para formar a Terra”. A lua então se formaria a partir dos destroços restantes, explicando suas semelhanças com a Terra naturalmente.
Uma concepção diferente, de Matija Ćuk do SETI e Sarah Stewart de Harvard, invoca um projétil pequeno, de alta velocidade, chocando-se contra uma proto-Terra em rotação rápida. Como um morteiro interplanetário, esse impacto de alta energia lançaria uma nuvem de destroços composta principalmente de material terrestre. “A diferença crucial é que a Terra giraria mais rápido”, aponta Ćuk. “Se você acertá-la com força, é fácil fazer com que seus destroços sejam lançados no espaço”.
Os dois estudos aproveitam a recente descoberta feita por Ćuk e Stewart de que as interações gravitacionais com o Sol podem rapidamente enfraquecer o momento angular do recém-nascido sistema Terra-Lua. Como resultado, a Terra pode ter girado muito mais rápido antes da formação da Lua do que se pensava anteriormente – um dia na Terra pode ter durado apenas duas ou três horas imediatamente após o impacto. E a possibilidade de uma Terra em giro rápido abre a porta para tipos de colisões antes consideradas inviáveis.
De fato, a principal contribuição dos novos estudos não está nas especificidades dos modelos revisados da formação lunar, mas no fato de que essas revisões agora parecem plausíveis, aponta Erik Asphaug, cientista planetário da University of California, Santa Cruz.
Ćuk também prevê a abertura de um novo capítulo na descoberta da história do nascimento lunar. “Esse será, espero, o primeiro de um novo conjunto de artigos, e não a última palavra sobre o assunto”, declara.
O único problema é que o tamanho e magnitude de Theia, que pareciam razoavelmente bem compreendidos, agora estão abertos a debate. E muitos outros cenários para explicar o sistema Terra-Lua podem surgir. “Isso me preocupa – me pergunto se a formação da lua se tornou um problema insolúvel”, desabafa Asphaug. “Se concebermos uma Terra que pode estar girando com qualquer velocidade, todas as apostas estão erradas”.
Fonte: Scientific American (Brasil) - John Matson
A Hipótese do grande impacto (em inglês Giant impact hypothesis ou Big Splash) é uma hipótese astronômica que postula a formação da Lua através do impacto de um planeta com aproximadamente o tamanho de Marte, conhecido como Theia, com a Terra. A teoria foi proposta pela primeira vez em 1975 por investigadores do Instituto de Ciências Planetárias de Tucson e do Instituto Harvard-Smithsonian de Astrofísica. Desde então diversos trabalhos de modelagem numérica têm vindo a detalhar esta ideia, que é atualmente considerada consensual na comunidade científica.
Lua
A Lua é o único satélite natural da Terra e tem várias características em comum e contrárias ao nosso planeta, postas em evidência depois da investigação das amostras recolhidas pelas missões Apollo. Por um lado, a composição dos isótopos estáveis das rochas lunares de oxigênio é idêntica à assinatura característica da Terra e bastante diferentes de outros objetos siderais. Isto sugere que a Lua, ou o seu precursor, tenha tido origem na mesma distância do Sol que a Terra, à data da formação do sistema solar.
Esta descoberta pôs de parte teorias mais antigas que sugeriam a Lua como um objeto capturado pela órbita da Terra, visto que se fosse esse o caso, a Lua teria composições isotópicas distintas. A Terra é formada por um núcleo interior de ferro e níquel, um manto composto por rochas silicatadas e a crosta terrestre constituída essencialmente por granito e basalto. O núcleo ferroso representa cerca de trinta por cento da massa da Terra. Pelo contrário, a Lua é composta essencialmente por rochas silicatas equivalentes à do manto da Terra e tem um núcleo ferroso mínimo, que compõe cerca de 8 por cento da sua massa. Esta disparidade impede que a Lua tenha sido formada por acreção tal como a Terra, pois se tal tivesse sucedido, a proporção de ferro seria semelhante nos dois astros.
Qualquer tentativa de explicação para a formação da Lua tem que ter em conta estas duas características: a composição isotópica e a proporção do núcleo de Ferro. A hipótese do Big Splash consegue harmonizar estas duas perspectivas, mas levanta outra série de problemas: o que é que colidiu com a Terra para formar a Lua, e de onde surgiu este corpo?
Theia
De acordo com a composição isotópica da Lua, o objeto que colidiu com a Terra, denominado Theia (Halliday 2000; Hartmann and Davies 1975, Cameron and Ward 1976 and Cameron 1984) deve ter tido origem dentro da órbita terrestre. Inicialmente pensava-se que a força gravítica da Terra agregou todo o material ao seu alcance para formar o planeta. No entanto, conforme sugerido em 1772 pelo matemático Lagrange, existem cinco pontos na órbita da Terra nos quais os efeitos da gravidade do planeta se anulam em relação ao Sol. Dois dos pontos de Lagrange – L4 e L5 – são considerados estáveis uma vez que qualquer material que lá se encontre só pode ser libertado por colisão ou qualquer outro evento catastrófico. L4 e L5, situados a 150 milhões de quilómetros da Terra, são, portanto, zonas com potencial para permitir acrecção planetária em competição com a Terra. Foi em L4 que se pensa que Theia se terá começado a formar há 4,5 bilhões de anos atrás, no Hadeano.
Com o decurso da acreção (aumento da sua massa), Theia aumentou progressivamente de tamanho, atingindo uma dimensão comparável à de Marte. Este crescimento tornou instável a sua posição em L4, a partir de 20 a 30 milhões de anos do seu aparecimento. Nesta altura, a força gravitacional impulsionava Theia para fora do ponto lagrangiano, ao mesmo tempo que a força de Coriolis puxava o planeta de volta para a origem (o tratamento mais preciso do problema é feito no contexto do problema dos três corpos da mecânica celeste). Esta combinação de forças levou ao desenvolvimento de uma órbita cíclica em ferradura: Theia adquiria velocidade e escapava de L4 até um determinado ponto, sendo depois puxada de volta. Num novo ciclo, o planeta adquiria velocidade e alcançava um ponto mais distante até a força de Coriolis ganhar o balanço de novo. Esta órbita em ferradura, ilustrada na figura do meio, continuou até Theia adquirir massa suficiente para escapar de vez a L4.
Big Splash – a formação da Lua
Enquanto Theia se encontrava presa nesta órbita cíclica, a Terra teve tempo para se diferenciar na estrutura de núcleo e manto que actualmente exibe. A crosta era apenas incipiente, visto que a superfície estava ainda quente demais para permitir a formação de massas continentais. Theia também deve ter desenvolvido alguma estratificação durante a sua estadia em L4.
Quando Theia cresceu o suficiente para escapar do ponto lagrangiano entrou numa órbita instável e a colisão com a Terra tornou-se inevitável, visto que ambos os planetas ocupavam a mesma órbita. Os investigadores acreditam que o impacto – o Big Splash – possa ter acontecido escassas centenas de anos após o escape definitivo. A colisão não foi frontal, mas sim de lado, e ocorreu a uma velocidade de 40 mil quilómetros por hora. Parte substancial do núcleo de Theia afundou-se na Terra e o seu material incorporou o núcleo terrestre. O resto do planeta e parte da zona superficial da Terra foram projetados para o espaço. O que sobrava do núcleo estabilizou a cerca de 22.000 km da Terra apenas 27 horas depois do impacto, segundo a modelação utilizada pelos cientistas, num precursor do que seria a Lua.
Depois do Big Splash, o material resultante do impacto foi acreccionado às sobras do núcleo de Theia e pouco a pouco a Lua como satélite adquiriu consistência. As forças de maré fizeram (e continuam fazendo) a Lua se afastar da Terra, sendo a distância média atual de 385.000 km. Calcula-se que cerca de 90 por cento do seu material seja originário dos destroços do planeta Theia. O Big Splash explica as duas características da Lua que mais têm intrigado os cientistas: a Lua tem a mesma composição isotópica das rochas da Terra porque o seu precursor (Theia) se desenvolveu na mesma distância relativa do Sol; tem uma proporção de núcleo ferroso bastante inferior porque a parte principal do núcleo de Theia afundou na Terra na altura da colisão.
Esta teoria encontra hoje em dia bastante aceitação dentro da comunidade científica embora persistam no entanto algumas dúvidas e pontos por esclarecer. Um dos principais problemas é a posição e existência dos pontos lagrangianos na época do Big Splash, que pode ser afetada pelas condições do sistema solar há 4,5 bilhões de anos, que não são conhecidas na sua totalidade.
Fonte: Wikipedia
Nova interpretação sobre a Formação Lunar
O choque que deu origem à Lua, de acordo com a teoria do grande impacto, tem duas novas interpretações
A explicação mais comumente aceita para a formação da Lua afirma que um protoplaneta gigante, às vezes chamado de Theia, chocou-se contra a Terra recém-formada há 4,5 bilhões de anos e criou uma nuvem de destroços que rapidamente se transformou na lua. Mas essa hipótese apresentava um problema incômodo. As colisões simuladas para a formação da lua mostraram que Theia teria sido o principal doador do material lunar. As análises de rochas lunares da missão Apollo, no entanto, mostraram que a lua se aproxima, de várias maneiras, a um clone químico da Terra, e não de Theia.
“A teoria do grande impacto explica muitos traços do sistema – e por isso é a preferida – mas essa discrepância é um pouco desafiadora”, admite a cientista planetária Robin Canup, do Southwest Research Institute em Boulder, no Colorado, que teve um papel fundamental no desenvolvimento da proposição de Theia [como doadora do material para a lua]. “Esse problema já é uma pedra no sapato da teoria do impacto há algum tempo”.
Mas essa pedra pode estar desaparecendo. Dois artigos publicados online em 17 de outubro na Science, um por Canup e o outro por cientistas planetários do SETI Institute, em Mountain View, na Califórnia, e na Harvard University, demonstram duas possibilidades de produzir uma lua muito semelhante à Terra, do ponto de vista químico, a partir de um impacto.
No modelo de Canup, o impactante é substancialmente maior que a Theia canônica – em vez de um objeto do tamanho de Marte colidindo com uma proto-Terra muito maior, seu novo estudo propõe um choque entre dois objetos de tamanho semelhante. “O conjunto de impactos que eu identifico como capaz de fazer isso envolve um impactante muito maior do que se considerava anteriormente”, explica ela. “O tipo de impacto que defendo aqui é a colisão de dois objetos com metade da massa da Terra. Eles se fundem para formar a Terra”. A lua então se formaria a partir dos destroços restantes, explicando suas semelhanças com a Terra naturalmente.
Uma concepção diferente, de Matija Ćuk do SETI e Sarah Stewart de Harvard, invoca um projétil pequeno, de alta velocidade, chocando-se contra uma proto-Terra em rotação rápida. Como um morteiro interplanetário, esse impacto de alta energia lançaria uma nuvem de destroços composta principalmente de material terrestre. “A diferença crucial é que a Terra giraria mais rápido”, aponta Ćuk. “Se você acertá-la com força, é fácil fazer com que seus destroços sejam lançados no espaço”.
Os dois estudos aproveitam a recente descoberta feita por Ćuk e Stewart de que as interações gravitacionais com o Sol podem rapidamente enfraquecer o momento angular do recém-nascido sistema Terra-Lua. Como resultado, a Terra pode ter girado muito mais rápido antes da formação da Lua do que se pensava anteriormente – um dia na Terra pode ter durado apenas duas ou três horas imediatamente após o impacto. E a possibilidade de uma Terra em giro rápido abre a porta para tipos de colisões antes consideradas inviáveis.
De fato, a principal contribuição dos novos estudos não está nas especificidades dos modelos revisados da formação lunar, mas no fato de que essas revisões agora parecem plausíveis, aponta Erik Asphaug, cientista planetário da University of California, Santa Cruz.
Ćuk também prevê a abertura de um novo capítulo na descoberta da história do nascimento lunar. “Esse será, espero, o primeiro de um novo conjunto de artigos, e não a última palavra sobre o assunto”, declara.
O único problema é que o tamanho e magnitude de Theia, que pareciam razoavelmente bem compreendidos, agora estão abertos a debate. E muitos outros cenários para explicar o sistema Terra-Lua podem surgir. “Isso me preocupa – me pergunto se a formação da lua se tornou um problema insolúvel”, desabafa Asphaug. “Se concebermos uma Terra que pode estar girando com qualquer velocidade, todas as apostas estão erradas”.
Fonte: Scientific American (Brasil) - John Matson
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