Como se formam os planetas?

Como se formam os planetas? Eles nascem de restos de gás e poeira que giram em volta de uma estrela recém-nascida.

Ao longo de milhões de anos, esses restos se juntam em corpos cada vez maiores, até virarem mundos rochosos ou gigantes de gás.

O processo é lento, mas tem etapas claras. A posição de cada planeta em relação à estrela decide o tipo de mundo que ele vai se tornar.

Explicado de forma simples

Imagine uma nuvem de poeira girando e se achatando, como um disco.

No centro dela, uma estrela se acende.

Ao redor, a matéria que sobrou continua girando e, aos poucos, se junta em pedaços cada vez maiores.

Os planetas são o resultado desse acúmulo. Quanto mais material um corpo reúne, mais forte fica a sua gravidade, e mais material ele consegue atrair.

O disco em volta da estrela

Os planetas começam num disco protoplanetário, uma estrutura de gás e poeira que se forma em volta de uma estrela jovem.

É nesse disco que a matéria começa a se juntar. Esse disco não é uniforme: a temperatura muda com a distância da estrela, e isso influencia do que cada região é feita.

Essa variação térmica é a principal razão para os planetas serem tão diferentes entre si.

Dos grãos às pedras

A poeira do disco é formada por partículas minúsculas.

Quando elas colidem em regiões densas do disco, algumas grudam umas nas outras e crescem.

Esse processo é lento e depende de choques suaves e agregação entre partículas.

Com o tempo, essas partículas viram pedaços maiores, depois corpos de quilômetros de diâmetro chamados planetesimais. Eles são os blocos de construção dos planetas.

Pesquisas e simulações recentes mostram que há mecanismos que aceleram esse crescimento.

Um deles é a instabilidade de streaming: partículas de poeira interagem com o gás e formam aglomerados densos que podem colapsar em planetesimais.

Outro é a accreção de seixos (pebble accretion), em que partículas pequenas são rapidamente capturadas por núcleos maiores graças ao arrasto do gás.

Esses processos ajudam a explicar como núcleos crescem rápido o suficiente para, em alguns casos, atrair grandes envelopes gasosos.

Observações com radiotelescópios como o ALMA mostram discos com anéis e lacunas. Essas estruturas correspondem a concentrações de poeira e são sinais diretos de que os processos descritos estão ocorrendo.

As imagens do ALMA ajudam a relacionar modelos teóricos com o que realmente acontece nas regiões onde planetas nascem.

Como os cientistas confirmam isso

Os astrônomos não observam planetas se formando em tempo real como em um filme. O que eles fazem é correlacionar pistas indiretas e modelos físicos.

Discos protoplanetários em torno de estrelas jovens mostram anéis, lacunas e variações de densidade que sempre aparecem perto do local onde planetas em formação exercem gravidade sobre o gás e a poeira.

Simulações computacionais ajudam a testar hipóteses. Quando um modelo consegue reproduzir os discos observados, ele ganha força como explicação plausível para o crescimento de planetesimais e de núcleos maiores.

A combinação de observação e teoria é o que torna a ideia de formação planetária aceita pela maioria dos especialistas.

A linha de gelo

Existe uma fronteira decisiva no disco: a linha de gelo, também chamada de linha de neve.

Segundo a aula de G. Rieke, da Universidade do Arizona, ela fica entre a órbita de Marte e a de Júpiter.

Do lado de dentro dessa linha, faz calor demais para o gelo se formar; só sobram materiais rochosos e metálicos.

Do lado de fora, a temperatura cai e compostos como a água congelam, aumentando a quantidade de material sólido disponível.

Por que os planetas rochosos ficam perto do Sol

Dentro da linha de gelo, o material é escasso porque apenas rochas e metais existem como sólidos.

Por isso, os planetas que se formam ali tendem a ser menores e mais densos.

Gases leves escapam mais facilmente perto da estrela, o que reduz a disponibilidade de voláteis nas regiões internas.

Na Terra e em Vênus, gravidade e condições térmicas permitiram reter certos gases. Em Marte, a gravidade pequena não segurou a maior parte dos gases.

Por que os gigantes de gás ficam longe

Fora da linha de gelo, o gelo se acumula sobre os núcleos em formação, aumentando sua massa.

Com massa maior, um núcleo consegue reter gases leves como hidrogênio e hélio.

Por isso, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno provavelmente se formaram fora da linha de gelo.

A formação dos gigantes pode ser relativamente rápida: estudos com o Spitzer indicam que, em muitas estrelas jovens, há pouca massa de gás residual, sugerindo que gigantes de gás se formam cedo.

Alguns levantamentos mostram que nas estrelas observadas havia menos de 10% da massa de Júpiter em gás no disco, ou os gigantes já haviam se formado.

Um banco de materiais parecido

Apesar das diferenças, os planetas começaram com ingredientes semelhantes.

Segundo Rieke, a massa do núcleo rochoso e metálico dos gigantes não é muito diferente da massa da Terra.

O que muda é o que aconteceu com esse material depois, dependendo da região do disco onde cada corpo se formou.

Por isso, estudar planetas é também estudar a história do disco que os gerou.

A densidade conta a história

A densidade é uma pista importante sobre composição e formação.

Júpiter tem densidade média de cerca de 1,3 g/cm³; Saturno, cerca de 0,7 g/cm³ — menor que a água.

Planetas que acumularam muito gás e gelo tendem a ser menos densos; planetas rochosos, mais densos.

Por que a órbita da Terra importa

Além da composição, a forma da órbita influencia as condições para a vida.

Gás no disco pode ajudar a circularizar órbitas rochosas, promovendo estabilidade climática.

Uma órbita muito elíptica poderia gerar variações de temperatura extremas, dificultando o surgimento de vida complexa.

Mitos sobre a formação dos planetas

“Os planetas se formaram de uma vez, como se tivessem sido moldados prontos.” Mito. A formação foi gradual, com colisões e acúmulos ao longo de milhões de anos.

“Todos os planetas são feitos do mesmo material.” Parcialmente verdadeiro, mas enganoso. Eles partiram de reservatórios parecidos; diferenças surgem no processamento posterior.

“O Sol fez os planetas rochosos ao esquentar tudo.” Mito. O que determina o tipo de planeta é a temperatura da região de formação; a linha de gelo é o divisor principal.

Perguntas frequentes

Por que Plutão não é mais considerado planeta?

Em 2006 a União Astronômica Internacional retirou Plutão da lista de planetas; hoje o Sistema Solar tem oito planetas oficiais.

Como os cientistas sabem como os planetas se formaram?

Eles combinam observações de discos em volta de estrelas jovens, medidas da composição dos planetas e simulações em computador.

Nenhuma fonte sozinha conta toda a história; pesquisas e imagens complementam o quadro.

Estudar como os planetas se formam também ajuda a entender sistemas ao redor de outras estrelas: as observações de discos e as simulações permitem relacionar formação e diversidade de exoplanetas, dando pistas sobre quais sistemas podem abrigar mundos com condições favoráveis à vida.

Resumindo

• Os planetas nascem de gás e poeira em volta de uma estrela jovem, no disco protoplanetário.

• Os grãos se juntam em pedras e, depois, em corpos maiores chamados planetesimais.

• A linha de gelo, entre Marte e Júpiter, separa a região dos planetas rochosos da região dos gigantes.

• Perto da estrela, sobram materiais rochosos; longe, o gelo ajuda os núcleos a reter gases.

• Segundo a NASA, os gigantes de gás se formam nos primeiros 10 milhões de anos da estrela, ou não se formam.

Veja também como nascem as estrelas e por que a Lua tem fases, outros temas do universo explicados de forma simples.

Fontes

• NASA Spitzer, Gas Giants Form Quickly (comunicado de 2007): https://www.spitzer.caltech.edu/news/ssc2007-02-gas-giants-form-quickly

• Universidade do Arizona, Lecture: Overview of the Solar System (G. Rieke): https://ircamera.as.arizona.edu/Astr2016/lectures/solarsysovervw.htm

• Scientific American, How Planets Form: https://www.scientificamerican.com/article/how-planets-form/