O que não pega volta ao redor: usando aprendizado de ma¡quina e simulações de impactos gigantes, pesquisadores do Laborata³rio Lunar e Planeta¡rio descobriram que os planetas que residem nos sistemas solares internos provavelmente nasceram de repetidas colisaµes de impacto, desafiando os modelos convencionais de formação de planetas.

A formação de planetas - o processo pelo qual planetas bem definidos, redondos e distintos se formam a partir de uma nuvem turbulenta de asteroides e miniplanetas robustos - foi provavelmente ainda mais confusa e complicada do que a maioria dos cientistas gostaria de admitir, de acordo com uma nova pesquisa conduzida por pesquisadores em o Laborata³rio Lunar e Planeta¡rio da Universidade do Arizona.

As descobertas desafiam a visão convencional, na qual as colisaµes entre blocos de construção menores fazem com que eles grudem e, com o tempo, colisaµes repetidas agregam novo material ao planeta bebaª em crescimento.

Em vez disso, os autores propaµem e demonstram evidaªncias para um novo cena¡rio de "golpe e retorno", no qual corpos pré-planetarios passaram uma boa parte de sua jornada atravanãs do sistema solar interno colidindo e ricocheteando um no outro, antes encontrando-se novamente mais tarde. Tendo sido retardados pela primeira colisão , eles teriam mais probabilidade de ficar juntos na próxima vez. Imagine um jogo de bilhar, com as bolas parando, em vez de jogar bolas de neve em um boneco de neve, e vocêentendeu.

A pesquisa foi publicada em dois relatórios publicados na edição de 23 de setembro do The Planetary Science Journal , com um enfocando Vaªnus e a Terra e o outro na lua da Terra. O ponto central de ambas as publicações, de acordo com a equipe do autor, liderada por ciências planeta¡rias e professor da LPL, Erik Asphaug, éo ponto amplamente desconhecido de que impactos gigantes não são as fusaµes eficientes que os cientistas acreditavam que fossem.

"Descobrimos que a maioria dos impactos gigantes, mesmo os relativamente 'lentos', são atropelados. Isso significa que, para dois planetas se fundirem, vocêgeralmente precisa primeiro desacelera¡-los em uma colisão de bater e correr", Asphaug disse. "Pensar em impactos gigantes, por exemplo, a formação da lua, como um evento aºnico provavelmente estãoerrado. O mais prova¡vel éque tenham ocorrido duas colisaµes consecutivas."

Uma implicação éque Vaªnus e a Terra teriam experiências muito diferentes em seu crescimento como planetas, apesar de serem vizinhos imediatos no sistema solar interno. Neste artigo, liderado por Alexandre Emsenhuber, que fez este trabalho durante uma bolsa de pa³s-doutorado no laboratório de Asphaug e agora estãona Ludwig Maximilian University em Munique, a jovem Terra teria servido para desacelerar corpos planetarios entrelaa§ados, tornando-os mais propensos a colidir com e ficar com Vaªnus.

"Achamos que durante a formação do sistema solar, a Terra primitiva agiu como uma vanguarda para Vaªnus", disse Emsenhuber.

O sistema solar éo que os cientistas chamam de poa§o gravitacional, o conceito por trás de uma atração popular em exposições cienta­ficas. Os visitantes jogam uma moeda em um poa§o gravitacional em forma de funil e, em seguida, observam seu dinheiro completar várias a³rbitas antes de cair no orifa­cio central. Quanto mais pra³ximo um planeta estãodo sol, mais forte éa gravidade experimentada pelos planetas. a‰ por isso que os planetas internos do sistema solar em que esses estudos foram focados - Mercaºrio, Vaªnus, Terra e Marte - orbitam o sol mais rápido do que, digamos, Jaºpiter, Saturno e Netuno. Como resultado, quanto mais pra³ximo um objeto se aventurar do sol, maior éa probabilidade de ele permanecer la¡.

Então, quando um planeta entrelaa§ado atingiu a Terra, era menos prova¡vel que ele se prendesse a  Terra e, em vez disso, acabasse em Vaªnus, explicou Asphaug.

"A Terra atua como um escudo, proporcionando uma primeira parada contra o impacto desses planetas", disse ele. "Muito provavelmente, um planeta que ricocheteia na Terra vai atingir Vaªnus e se fundir com ela."

Emsenhuber usa a analogia de uma bola quicando escada abaixo para ilustrar a ideia do que impulsiona o efeito de vanguarda: um corpo vindo do sistema solar externo écomo uma bola quicando escada abaixo, com cada salto representando uma colisão com outra corpo.

"Ao longo do caminho, a bola perde energia e vocêvera¡ que ela sempre vai quicar para baixo, nunca para cima", disse ele. "Por causa disso, o corpo não pode mais deixar o sistema solar interno. Vocaª geralmente são desce as escadas, em direção a Vaªnus, e um impactador que colide com Vaªnus fica muito feliz em permanecer no sistema solar interno, então em algum ponto ele vai bater Vaªnus novamente. "

A Terra não tem essa vanguarda para desacelerar seus planetas entrelaa§ados. Isso leva a uma diferença entre os dois planetas de tamanhos semelhantes que as teorias convencionais não podem explicar, argumentam os autores.

"A ideia predominante éque realmente não importa se os planetas colidem e não se fundem imediatamente, porque eles va£o se encontrar novamente em algum ponto e então se fundir", disse Emsenhuber. "Mas não éisso que descobrimos. Descobrimos que eles acabam se tornando parte de Vaªnus com mais frequência, em vez de retornar a  Terra. a‰ mais fa¡cil ir da Terra a Vaªnus do que o contra¡rio."

Para rastrear todas essas a³rbitas e colisaµes planeta¡rias e, finalmente, suas fusaµes, a equipe usou o aprendizado de ma¡quina para obter modelos preditivos de simulações 3D de impactos gigantes. A equipe então usou esses dados para computar rapidamente a evolução orbital, incluindo colisaµes de choque e fusão, para simular a formação de planetas terrestres ao longo de 100 milhões de anos. No segundo artigo, os autores propaµem e demonstram seu cena¡rio hit-and-run-return para a formação da lua, reconhecendo os principais problemas com o modelo de impacto gigante padra£o.

"O modelo padrãopara a lua requer uma colisão muito lenta, relativamente falando", disse Asphaug, "e cria uma lua que écomposta principalmente do planeta impactante, não da proto-Terra, o que éum grande problema, já que a lua tem uma química isota³pica quase idaªntica a  da Terra. "

No novo cena¡rio da equipe, um protoplaneta do tamanho de Marte atinge a Terra, como no modelo padra£o, mas éum pouco mais rápido para continuar. Ele retorna em cerca de 1 milha£o de anos para um impacto gigante que se parece muito com o modelo padra£o.

"O impacto duplo mistura as coisas muito mais do que um aºnico evento", disse Asphaug, "o que poderia explicar a semelhança isota³pica da Terra e da lua, e também como a segunda, lenta colisão de fusão teria acontecido em primeiro lugar."

Os pesquisadores acreditam que a assimetria resultante em como os planetas foram colocados juntos aponta o caminho para estudos futuros abordando a diversidade dos planetas terrestres . Por exemplo, não entendemos como a Terra acabou com um campo magnético muito mais forte do que o de Vaªnus, ou por que Vaªnus não tem lua.

Sua pesquisa indica diferenças sistema¡ticas na dina¢mica e composição, de acordo com Asphaug.

"Em nossa opinia£o, a Terra teria agregado a maior parte de seu material a partir de colisaµes que foram de frente, ou então mais lentas do que as experimentadas por Vaªnus", disse ele. "As colisaµes na Terra que fossem mais obla­quas e de alta velocidade teriam preferencialmente terminado em Vaªnus."

Isso criaria uma tendaªncia em que, por exemplo, protoplanetas do sistema solar externo, em velocidade mais alta, teriam se agregado preferencialmente a Vaªnus em vez da Terra. Resumindo, Vaªnus poderia ser composto de um material mais difa­cil de ser captado pela Terra.

"Vocaª poderia pensar que a Terra écomposta mais de material do sistema externo porque estãomais próxima do sistema solar externo do que Vaªnus. Mas, na verdade, com a Terra neste papel de vanguarda, torna-se realmente mais prova¡vel que Vaªnus acumule o sistema solar externo material do sistema ", disse Asphaug.