Há 400 anos, o astrónomo Galileu Galilei anunciou a descoberta de quatro luas que orbitavam Júpiter. Nos últimos 40 anos, os cientistas têm-se debruçado no estudo destes satélites – Io, Europa, Ganimedes e Calisto. Porém, a forma como se formaram continua a ser um mistério.
Apesar de serem todas do mesmo tamanho – cerca de um quarto do raio da Terra -, as quatro luas de Júpiter são muito diferentes: Io é violentamente vulcânica, Europa está incrustada em gelo, Ganimedes tem um campo magnético e Callisto está cheio de crateras antigas. Além disso, o gelado Europa é considerado uma forte candidata para hospedar a vida no Sistema Solar. Mas como é que as luas de Júpiter se formaram?
Agora, Konstantin Batygin, professor de ciência planetária do Caltech, e o seu colaborador Alessandro Morbidelli, do Observatoire de la Côte d’Azur, em França, propuseram uma resposta para essa questão de longa data.
Usando cálculos analíticos e simulações em computador em larga escala, os investigadores propõem uma nova teoria para a origem dos satélites jovianos.
Durante os primeiros milhões de anos de vida, o nosso Sol estava cercado por um disco protoplanetário composto de gás e poeira. Júpiter uniu-se a este disco e foi cercado pelo seu próprio disco de material de construção de satélites. O chamado disco circum-joviano foi alimentado por material do disco protoplanetário que choveu em Júpiter nos pólos do planeta e regressou da esfera de influência gravitacional de Júpiter ao longo do plano equatorial do planeta.
Como é que o disco em constante mudança acumulou suficiente material para formar luas?
O novo modelo de Batygin e Morbidelli incorpora a física das interações entre poeira e gás no disco circum-joviano. Os investigadores demonstram que, para grãos de poeira gelada de uma faixa de tamanho específica, a força que os arrasta em direção a Júpiter e a força que os carrega no fluxo externo do gás se cancelam perfeitamente, permitindo que o disco aja como uma armadilha de poeira gigante.
“Estava a subir uma colina e vi uma garrafa no chão que não estava a descer a colina porque o vento vindo de trás a empurrava para cima e a mantinha em equilíbrio com a gravidade. Uma analogia simples veio-me à mente: se uma garrafa a rolar num plano inclinado é semelhante à deterioração orbital de grãos sólidos devido ao arrasto hidrodinâmico, partículas de um certo tamanho devem encontrar um equilíbrio equivalente na órbita de Júpiter”, explicou Batygin, em comunicado.
De acordo com o estudo publicado em maio na revista científica The Astrophysical Journal, o modelo propõe que, devido a a equilíbrio entre arrasto interno e arrastamento externo, o disco ao redor de Júpiter fique rico em grãos de poeira gelada, cada um com cerca de um milímetro.
O anel de poeira tornou-se tão maciço que se desmoronou sob o seu próprio peso em milhares de “satélitesimais” – objetos do tipo asteróide, com cerca de 100 quilómetros de diâmetro. Ao longo de milhares de anos, os satélitesimais coalesceram em luas, uma de cada vez.
Quando a primeira lua, Io, se formou e a sua massa atingiu um certo limiar, a sua influência gravitacional começou a criar ondas no disco gasoso do material que circundava Júpiter. Ao interagir com essas ondas, a lua migrou em direção a Júpiter até atingir a borda interna do disco circum-joviano, próximo à sua órbita atual. O processo começou novamente com a próxima lua.
Esse processo sequencial de formação e migração interna levou Io, Europa e Ganimedes a fixarem-se numa ressonância orbital. A cada quatro vezes que Io circula Júpiter, Europa circula duas e Ganimedes circula uma.
O modelo sugere também que a radiação do sol acabou por expelir o gás restante no disco ao redor de Júpiter, deixando para trás os satélites residuais que formaram a quarta e última lua principal, Calisto. No entanto, sem gás para conduzir a migração de longo alcance, Calisto não se juntou às outras luas e ficou presa, girando em torno de Júpiter a cada duas semanas.
Ainda há muito a descobrir sobre as luas de Júpiter. A missão Europa Clipper da NASA, que vai ser lançada em 2024, visitará Europa com o objetivo de descobrir se possui ou não condições favoráveis à vida.
A Agência Espacial Europeia também planeia enviar uma missão, chamada JUpiter ICy luas Explorer (JUICE), que vai estudar Ganimedes, a maior das luas jovianas.
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