Quatrocentos anos atrás, o astra´nomo Galileu Galilei anunciou sua descoberta de quatro luas orbitando ao redor do planeta Jaºpiter, cada uma vista como um ponto branco distinto em seu telesca³pio. No entanto, somente no período das últimas quatro décadas os astrônomos puderam estudar as luas jovianas em detalhes para revelar que as quatro - Io, Europa, Ganimedes e Calisto - são mundos fascinantes.

Embora sejam todos de tamanhos semelhantes - cerca de um quarto do raio da Terra - as quatro luas são diversas: Io éviolentamente vulcânica , Europa estãoincrustada em gelo, Ganimedes tem um campo magnético e Callisto estãocheio de crateras antigas. Além disso, o gelado Europa éconsiderado um forte candidato para hospedar a vida no sistema solar.

Uma questãoem aberto ainda intriga os cientistas planetarios: como se formaram os satanãlites jovianos?

Agora, o professor de ciências planeta¡rias da Caltech, Konstantin Batygin (MS '10, PhD '12) e seu colaborador Alessandro Morbidelli, do Observatório da Costa d'Azur, na Frana§a, propuseram uma resposta para essa questãode longa data. Usando ca¡lculos anala­ticos e simulações em computador em larga escala, eles propaµem uma nova teoria das origens dos satanãlites jovianos. A pesquisa édescrita em um artigo publicado na edição de 18 de maio do The Astrophysical Journal .

Durante os primeiros milhões de anos de vida do nosso sol, ele foi cercado por um disco protoplanetario composto de gás e poeira. Jaºpiter uniu-se a partir deste disco e foi cercado por seu pra³prio disco de material de construção de satanãlites. Esse chamado disco circum-joviano foi alimentado por material do disco protoplanetario que choveu em Jaºpiter nos pa³los do planeta e retornou da esfera de influaªncia gravitacional de Jaºpiter ao longo do plano equatorial do planeta. Mas éaqui que as coisas ficam complicadas para a formação de satanãlites; como esse disco em constante mudança acumulou material suficiente para formar luas?

O novo modelo de Batygin e Morbidelli aborda isso incorporando a física das interações entre poeira e gás no disco circum-joviano. Em particular, os pesquisadores demonstram que, para gra£os de poeira gelada de uma faixa de tamanho especa­fica, a força que os arrasta em direção a Jaºpiter e a força (arrastamento) que os carrega no fluxo externo do gás se cancelam perfeitamente, permitindo que o disco aja como uma armadilha de poeira gigante. Batygin diz que a inspiração para a ideia surgiu quando ele saiu para uma corrida.

"Eu estava subindo uma colina e vi que havia uma garrafa no cha£o que não estava rolando ladeira abaixo, porque o vento vindo de trás a empurrava para cima e a mantinha em equila­brio com a gravidade", diz ele. "Uma analogia simples veio a  mente: se uma garrafa de cerveja rolando em um plano inclinado ésemelhante ao decaimento orbital de gra£os sãolidos devido ao arrasto hidrodina¢mico, entãopartículas de uma certa faixa de tamanho devem encontrar um equila­brio equivalente na a³rbita de Jaºpiter!"

O modelo dos pesquisadores propaµe que, devido a esse equila­brio entre arrasto interno e arrastamento externo, o disco ao redor de Jaºpiter fique rico em gra£os de poeira gelada, cada um com cerca de um mila­metro de tamanho. Eventualmente, esse anel de poeira tornou-se tão macia§o que desmoronou sob seu pra³prio peso em milhares de "satanãlites ma­nimos" - objetos do tipo astera³ide, com cerca de 100 km de dia¢metro. Ao longo de milhares de anos, os satanãlites animais coalesceram em luas, uma de cada vez.

De acordo com o modelo, quando a primeira lua (Io) se formou e sua massa atingiu um certo limiar, sua influaªncia gravitacional começou a criar ondas no disco gasoso do material que circundava Jaºpiter. Ao interagir com essas ondas, a lua migrou em direção a Jaºpiter atéatingir a borda interna do disco circum-joviano, pra³ximo a  sua a³rbita atual. O processo começou novamente com a próxima lua.

Esse processo sequencial de formação e migração interna levou Io, Europa e Ganymede a se prenderem a uma ressonância orbital - uma configuração em que, a cada quatro vezes que Io circula Jaºpiter, Europa circula duas vezes e Gana­medes circula uma vez. Essa chamada ressonância de Laplace éuma das caracteri­sticas mais impressionantes e conhecidas das a³rbitas das luas.

Finalmente, o modelo sugere que a radiação do sol acabou expelindo o gás restante no disco em torno de Jaºpiter, deixando para trás os satanãlites residuais ma­nimos que formaram a quarta e última lua principal, Calisto. No entanto, sem gás para conduzir a migração de longo alcance, Callisto não pa´de se juntar a s outras luas em ressonância e ficou preso para girar em torno de Jaºpiter a cada duas semanas.

"O processo que descrevemos para a formação dos satanãlites de Jaºpiter pode ser geral", diz Morbidelli. "Agora temos observações do disco em torno de um planeta gigante extra-solar, o PDS70c, e ele parece extraordinariamente rico em poeira, como imaginamos para o disco de Jaºpiter antes da formação de seus satanãlites".

Ainda hámuito a descobrir sobre as luas jovianas. A missão Europa Clipper da NASA, lana§ada em 2024, visitara¡ a Europa com o objetivo de descobrir se ela possui ou não condições favoráveis ​​a  vida. A Agência Espacial Europeia também planeja enviar uma missão, chamada JUpiter ICy luas Explorer (JUICE), com foco em Ganimedes, a maior das luas jovianas.

O documento éintitulado "Formação de satanãlites de planetas gigantes". A pesquisa foi apoiada pela Fundação David e Lucile Packard, pela Fundação Alfred P. Sloan e pelo Observatório da Ca´te d'Azur.