Como é que a Terra, única entre os planetas rochosos do Sistema Solar, acabou por se tornar o lar da vida? E como, no meio de um cenário tão gelado e aparentemente estéril, o nosso planeta se transformou num mundo quente, acolhedor e capaz de sustentar organismos?
A resposta envolve vários factores e não cabe numa explicação única. Uma parte importante vem da cosmoquímica, área interdisciplinar que investiga como os elementos químicos (e os seus compostos) se distribuem e se misturam durante a formação de sistemas planetários.
O Sistema Solar está longe de ser estático: tudo se move, interage e muda ao longo do tempo. Essa dinâmica era ainda mais extrema há 4,5 mil milhões de anos, quando os planetas ainda estavam a crescer e inúmeros planetesimais e embriões planetários circulavam em órbitas instáveis, cruzando trajectórias e colidindo com frequência.
No meio desse caos, a Terra parece ter recebido uma fracção maior do que “o normal” de condritos carbonáceos e, com eles, aminoácidos e outras moléculas que facilitam a química necessária à vida.
Cosmoquímica: condritos carbonáceos (CCs) vs meteoritos não carbonáceos (NCs)
Estudos em cosmoquímica indicam que entre 5% e 10% da massa da Terra veio de condritos carbonáceos (CCs) que impactaram o planeta jovem. Trabalhos anteriores também sugerem que uma parcela significativa dessa contribuição pode ter vindo do impactor Theia, associado ao evento que originou a Lua.
Um dos pontos centrais na cosmoquímica é a distinção entre condritos carbonáceos (CCs) e meteoritos não carbonáceos (NCs). Esta divisão separa os meteoritos do Sistema Solar em dois grandes grupos e é interpretada como sinal de que existiam dois reservatórios de material com histórias e localizações diferentes.
Em termos gerais, os CCs formaram-se mais longe do Sol - provavelmente para lá de Júpiter - e tendem a transportar mais voláteis, como água e compostos orgânicos. Já os NCs incluem, por exemplo, meteoritos de ferro e apresentam menor teor de voláteis.
Simulações dinâmicas e o Modelo de Nice
Para avaliar a hipótese de que Theia teria trazido CCs e voláteis para a Terra com mais rigor, um grupo de três investigadores realizou simulações dinâmicas da formação do Sistema Solar para verificar se o cenário pode ser reproduzido.
O estudo chama-se "Dynamical origin of Theia, the last giant impactor on Earth". O autor principal é Duarte Branco, do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, no Observatório Astronómico de Lisboa, em Portugal. O trabalho será publicado na revista Icarus.
As simulações foram do tipo N-corpos e focaram as fases tardias de crescimento dos planetas terrestres. Elas começam depois de o disco gasoso do Sistema Solar ter-se dispersado, quando a massa sólida disponível já estava organizada em planetesimais e embriões planetários.
O modelo também inclui CCs a serem espalhados para regiões internas enquanto Júpiter e Saturno ainda cresciam e acumulavam material. Como embriões planetários são maiores do que planetesimais, eles têm maior probabilidade de interagir com os planetas rochosos e, assim, entregar material CC.
Os investigadores testaram três conjuntos de simulações:
- small only: apenas objectos CC pequenos, isto é, planetesimais.
- large only: apenas objectos CC grandes, isto é, embriões planetários.
- mixed scenario: combinação de planetesimais CC e embriões CC.
Em 10 simulações de cada cenário, eles também adicionaram o efeito da instabilidade dinâmica dos planetas gigantes. Em astronomia, isso é conhecido como o modelo de Nice, que descreve como os planetas gigantes mudaram as suas órbitas em relação às posições onde se formaram inicialmente.
O objectivo foi mapear como CCs e NCs se distribuíram no Sistema Solar e, sobretudo, entender por que a Terra acabou com mais material CC do que os outros planetas rochosos - em especial Marte. Além disso, queriam testar se o impacto de Theia poderia explicar a entrega de uma fracção grande do material CC terrestre.
Um resultado directo das simulações é que a instabilidade dos planetas gigantes, em particular a migração orbital de Júpiter, teve um efeito marcante na quantidade de material CC que a Terra conseguiu acrecionar.
Quando o efeito da instabilidade foi incluído, a evolução ficou ainda mais dramática. "A instabilidade dos planetas gigantes mudou dramaticamente a evolução do sistema, causando um forte pulso de excitação de excentricidade, o que levou a uma onda de colisões e ejecções", escrevem os autores. Ainda assim, o estado final do sistema não se alterou de forma substancial.
Theia e os condritos carbonáceos na habitabilidade da Terra
Um elemento decisivo destas simulações é o papel do impactor Theia. Pesquisas anteriores indicam que Theia pode ter sido um objecto carbonáceo. Se isso for correcto, então uma parte relevante da habitabilidade “doadora de vida” da Terra pode ter sido consequência directa dessa colisão.
"No cenário misto sem instabilidade dos planetas gigantes, o impactor final da Terra incluiu um componente CC em mais de metade de todas as simulações. Em 38.5% das simulações, o impactor final foi um embrião CC puro e, noutras 13.5%, o impactor foi um embrião NC que tinha anteriormente acrecionado um embrião CC", escrevem os investigadores.
No conjunto, as simulações descrevem um Sistema Solar primitivo com dois anéis distintos de planetesimais: um anel interno, composto por planetesimais rochosos, e um anel externo rico em condritos carbonáceos.
Mais tarde, quando os gigantes gelados migraram para regiões mais internas, impulsionaram material CC para dentro do Sistema Solar. Parte desse material ficou retida no cinturão de asteroides, enquanto os objectos mais massivos tendiam a ser espalhados de forma preferencial para órbitas que cruzavam as trajectórias dos planetas rochosos.
"A acreção em fase tardia dos planetas terrestres envolveu uma série de impactos gigantes entre embriões e planetesimais NC, com impactos ocasionais de objectos CC", explicam os autores.
Este quadro ajuda a compreender várias propriedades do Sistema Solar: as massas e órbitas dos planetas terrestres, a distribuição orbital dos asteroides e também a fracção de massa CC na Terra e em Marte - com Marte exibindo menor presença de material CC do que a Terra.
Se o cenário small only estivesse correcto, em que o material CC chegaria apenas na forma de planetesimais, então a fracção de massa CC de Marte e da Terra seria aproximadamente a mesma.
Os investigadores procuraram demonstrar - em consonância com outros estudos - que Theia pode ter sido o último grande impactor da Terra e que transportava bastante material CC. Pelos resultados, a hipótese ganhou suporte.
Nas simulações, o último grande impacto da Terra ocorreu com Theia, e esse corpo apresentava maior concentração de material CC, contribuindo para tornar o planeta habitável. Esse desfecho é consistente com a interpretação científica em circulação.
O trabalho também indica que o último impacto aconteceu entre 5 e 150 milhões de anos após a dispersão do gás, com uma fracção considerável a ocorrer entre 20 e 70 milhões de anos. Há incertezas sobre o momento exacto do impacto de Theia, e estes resultados encaixam dentro dessas margens.
As simulações sustentam ainda outras conclusões: embriões e planetesimais CC podem ter sido incorporados ao longo do crescimento da Terra, mas com maior concentração nas etapas finais de acreção.
"No contexto deste cenário, o último impactor gigante da Terra continha um componente CC em aproximadamente metade de todas as simulações mistas", escrevem os autores.
"Na maioria destas (38% das simulações), Theia era um embrião CC pristino e, nos restantes casos, Theia era um embrião NC que tinha anteriormente acrecionado um embrião CC."
O estudo também reforça a importância de Júpiter na arquitectura do Sistema Solar. O planeta não só limita e “trunca” o cinturão de asteroides, como também influenciou a composição final dos planetas terrestres ao espalhar material CC do Sistema Solar externo para regiões onde os planetas rochosos se formavam - especialmente a Terra.
Muitas condições tiveram de alinhar-se para que a Terra se tornasse o mundo capaz de sustentar vida que conhecemos. Não se sabe quão provável é existirem outros mundos semelhantes. Estar apenas dentro de uma zona habitável pode não ser suficiente para um exoplaneta sustentar vida.
Pode haver um número desconcertante de variáveis que precisam de “dar certo”, incluindo a presença de planetas gigantes externos que migram e entregam carbono a mundos rochosos situados em zonas habitáveis.
Este artigo foi publicado originalmente pela Universe Today. Leia o artigo original.
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