sexta-feira, 11 de dezembro de 2020

Encontradas "superestradas" cósmicas para viagens rápidas pelo sistema solar

Estruturas invisíveis geradas por interações gravitacionais no Sistema Solar criaram uma rede de "superestradas espaciais", descobriram os astrónomos.

Esses canais permitem a viagem rápida de objetos pelo espaço e podem ser aproveitados por nós para exploração espacial, bem como para o estudo de cometas e asteroides.



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Photo//Todorovic et al., SciAdv, 2020


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Ao aplicar análises a dados observacionais e de simulação, uma equipe de investigadores liderada por Nataša Todorović, do Observatório Astronómico de Belgrado, na Sérvia, observou que essas superestradas consistem numa série de arcos conectados dentro dessas estruturas invisíveis, chamadas de variedades espaciais, e cada planeta gera seu próprio, criando o que os pesquisadores chamaram de "uma verdadeira auto estrada celestial".

Esta rede pode transportar objetos de Júpiter a Neptuno em décadas, em vez de escalas de tempo muito mais longas, da ordem de centenas de milhares ou milhões de anos, normalmente encontradas no Sistema Solar.

Encontrar estruturas ocultas no espaço nem sempre é fácil, mas observar a maneira como as coisas se movem pode fornecer pistas úteis. Em particular, cometas e asteróides.



Existem vários grupos de corpos rochosos a diferentes distâncias do sol. Existem os cometas da família de Júpiter (JFCs), aqueles com órbitas de menos de 20 anos, que não vão além dos caminhos orbitais de Júpiter.

Os Centauros são pedaços de rochas geladas que ficam entre Júpiter e Neptuno. E os objetos transnetunianos (TNOs) são aqueles localizados nos confins do Sistema Solar, com órbitas maiores do que a de Neptuno.

Para modelar os caminhos que conectam essas zonas, à medida que os TNOs passam pela categoria Centauro e acabam como JFCs, as escalas de tempo podem variar de 10.000 a um bilião de anos. Mas um artigo recente identificou um portal orbital conectado a Júpiter que parece muito mais rápido, governando os caminhos de JFCs e Centauros.



Embora aquele artigo não mencionasse os pontos de Lagrange, sabe-se que essas regiões de relativa estabilidade gravitacional, criadas pela interação entre dois corpos orbitais (neste caso, Júpiter e o Sol), podem gerar variedades.

Então Todorović e sua equipe começaram a investigar e empregaram uma ferramenta chamada indicador rápido de Lyapunov (FLI), geralmente usada para detetar o caos. Como o caos no Sistema Solar está ligado à existência de variedades estáveis ​​e instáveis, em escalas de tempo curtas, o FLI pode capturar traços de variedades, estáveis ​​e instáveis, do modelo dinâmico ao qual é aplicado.

"Aqui", escreveram os pesquisadores em seu artigo, "usamos o FLI para detetar a presença e a estrutura global de variedades espaciais e capturar instabilidades que atuam em escalas de tempo orbitais, ou seja, usamos esta ferramenta numérica sensível e bem estabelecida para definir de forma mais geral regiões de transporte rápido dentro do Sistema Solar. "


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Eles recolheram dados numéricos sobre milhões de órbitas no Sistema Solar e calcularam como essas órbitas se ajustam a variedades conhecidas, modelando as perturbações geradas por sete planetas principais, desde Vênus a Neptuno.

E eles descobriram que os arcos mais proeminentes, em distâncias heliocêntricas crescentes, estavam ligados a Júpiter; e mais fortemente com suas variedades de pontos de Lagrange. Todos os encontros próximos de Júpiter, modelados usando partículas de teste, visitaram a vizinhança do primeiro e segundo pontos de Lagrange de Júpiter.

Algumas dezenas ou mais de partículas foram então lançadas no planeta em rota de colisão, mas um grande número, cerca de 2.000, se desacoplaram de suas órbitas á volta do Sol para entrar em órbitas de escape hiperbólicas. Em média, essas partículas atingiram Urano e Neptuno 38 e 46 anos depois, respetivamente, tendo a mais rápida alcançado Neptuno em menos de uma década.



A maioria, cerca de 70 por cento, atingiu uma distância de 100 unidades astronômicas (a distância orbital média de Plutão é de 39,5 unidades astronômicas) em menos de um século.

A grande influência de Júpiter não é uma grande surpresa. Júpiter é, além do Sol, o objeto de maior massa do Sistema Solar. Mas as mesmas estruturas seriam geradas por todos os planetas, em escalas de tempo proporcionais aos seus períodos orbitais, descobriram os investigadores.

Essa nova compreensão pode ajudar-nos a entender melhor como os cometas e asteroides se movem no interior do Sistema Solar e sua ameaça potencial à Terra, e claro, há o benefício mencionado para futuras missões de exploração do Sistema Solar.

Mas podemos precisar de uma solução melhor sobre como esses gateways funcionam, para evitar essas rotas de colisão, e não será fácil.



"Estudos quantitativos mais detalhados das estruturas de espaço de fase descobertas podem fornecer uma visão mais profunda do transporte entre os dois cinturões de corpos menores e a região do planeta terrestre", escreveram os investigadores no seu artigo.

"Combinar observações, teoria e simulação irá melhorar nossa compreensão atual deste mecanismo de curto prazo agindo nas populações de TNO, Centauro, cometa e asteroides e mesclar este conhecimento com a imagem tradicional da difusão caótica de longo prazo através de ressonâncias orbitais; uma tarefa formidável para a ampla gama de energias considerada. "

 

A pesquisa foi publicada na Science Advances .


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Referencia//ScienceAlert

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