Das maravilhas do nosso sistema solar, reina um como emblema de tudo o que é extraterrestre e extraterrestre: os majestosos anéis de Saturno, resplandecentes e cintilantes acima da face gigante do planeta, amanteigado por nuvens.
Esticando quase 300.000 quilómetros de ponta a ponta e contendo inúmeras partículas geladas com tamanhos que vão desde “microscópico” a “casa móvel”, os anéis tornam Saturno inegavelmente apelativo. Mas mais do que mera decoração, são um dos enigmas mais duradouros da ciência planetária. Dito de forma simples, os peritos não podem concordar sobre como os anéis se formaram ou mesmo sobre a sua idade. Serão as pulseiras de Saturno uma característica primordial do sistema solar, tendo surgido há cerca de 4,5 mil milhões de anos, quando o caos e as colisões esculpiram muito do que vemos hoje? Ou surgiram muito mais recentemente?
A resposta não interessa apenas aos cientistas que trabalham para compreender os anéis planetários e reconstruir a história do sistema solar; poderia ter implicações vertiginosas para os astrobiólogos que se perguntam se a vida extraterrestre poderia prosperar sob a crosta gelada de Enceladus, uma pequena lua interior de Saturno, cujo mar enterrado e global é considerado um dos melhores locais para procurar biologia para além da Terra.
Embora não seja definitivo, os melhores dados disponíveis para resolver o debate vieram durante os últimos anos da nave espacial Cassini da NASA, que orbitou Saturno de 2004 a 2017. Com base nas medidas de massa e brilho dos anéis de Cassini, muitos cientistas acreditam agora que são notavelmente jovens, tendo rebentado na existência talvez ainda há 100 milhões de anos, quando os dinossauros ainda percorriam a Terra – o que significa que, visto através de algum telescópio sauriano, Saturno poderia ter sido bizarramente desprovido de anéis.
Mas nem todos estão convencidos; é demasiado difícil, dizem alguns críticos, criar anéis tão expansivos no sistema solar relativamente pacífico de agora e de quase um ano.
“Não tenho qualquer objecção a anéis jovens. Apenas penso que ninguém encontrou uma forma muito plausível de os fazer”, diz o perito em anéis Luke Dones do Instituto de Investigação do Sudoeste. “Requer um acontecimento improvável”
Um debate de décadas
O debate de hoje sobre a proveniência dos anéis de Saturno traça a sua origem a várias décadas atrás, principalmente ao primeiro reconhecimento de perto do sistema pelas missões interplanetárias Voyager 1 e Voyager 2. Estas observações deram a entender que os anéis eram surpreendentemente leves, sem peso suficiente para terem mantido o seu brilho perolado ao longo da história multibilionária do sistema solar. Os anéis, ao que parecia, eram bastante jovens – mas os teóricos esforçaram-se por conceber um mecanismo para explicar a sua formação relativamente recente.
Então veio Cassini. No final da missão, a nave realizou duas dúzias de mergulhos audaciosos entre o topo das nuvens de Saturno e o bordo mais interno do sistema de anéis. Ao enfiar a agulha, Cassini mediu cuidadosamente a massa dos anéis e surgiu com um número semelhante ao da Voyager: aproximadamente metade da massa de Mimas, uma pequena lua gelada com uma semelhança incrível com a estação espacial “Estrela da Morte” de Star Wars.
Mas isso é apenas parte da história. No início da sua missão, a nave também tinha raspado as bordas dos anéis, recolhendo poeira e outras partículas para ajudar a estimar a quantidade de detritos escuros que as estruturas absorviam do seu ambiente – outra medida crucial para fixar a sua idade. Tal como as suas medições da massa do sistema, as leituras de poeiras de Cassini nas proximidades de Saturno insinuaram ainda mais os anéis juvenis: Apesar de ser continuamente polvilhado por detritos escuros derramados por objectos sujos no sistema solar exterior, os anéis de Saturno de gelo de água ainda são brancos brilhantes. Como diz a lógica, quanto mais antigos os anéis, mais escuros devem ser – a menos que sejam maciços o suficiente para acumularem poeira escura ao longo de milhares de milhões de anos, enquanto ainda mantêm o seu brilho juvenil.
Robin Canup, do Southwest Research Institute, refere-se a esta linha de evidência como o “argumento da poluição” para os anéis jovens. “O facto de os anéis serem brilhantes diz-nos de alguma forma que não foram poluídos de forma eficiente, ou pelo menos que não vemos provas disso”, diz ela.
Observações adicionais sugerem que não só os anéis estão a absorver material, como também o estão a perder em enormes quantidades, enviando constantemente duches de partículas geladas para a atmosfera do planeta. De facto, com uma estimativa sugerindo que tais duches poderiam esgotar os anéis dentro de 300 milhões de anos, parece que a característica mais distintiva de Saturno poderia ser surpreendentemente transitória.
“A ideia de que eles poderiam estar por perto durante 4.5 mil milhões de anos desafia realmente a explicação na minha mente”, diz Erik Asphaug da Universidade do Arizona, que estuda as interacções entre os anéis de Saturno e as suas muitas luas.
Anéis Juvenis, Feitos à Ordem
P>Even assim, muitos argumentos convincentes permanecem contra os anéis supostamente juvenis de Saturno. Fazer um sistema de anéis tão expansivo tão recentemente, afinal, não é tarefa pequena; as probabilidades estão empilhadas contra ele. Claro, o planeta poderia ter triturado um cometa passageiro no todo ou em parte, espalhando os restos despojados em anéis; ou, sim, talvez um objecto entrelaçado esmagado numa das luas de Saturno, formando anéis a partir dos pedaços de lua pulverizados e salpicados. Mas para qualquer teórico honesto, tais cenários feitos por encomenda dão um toque especial.
“Temos uma ideia muito boa, um censo, de quantos cometas estão a voar à volta do sistema solar exterior, e simplesmente não temos o suficiente deles para tornar provável esse cenário”, diz Dones. “Nas últimas centenas de milhões de anos, a hipótese de isso acontecer é talvez de alguns por cento”
Mas suponha, em vez disso, que não havia nenhum cometa envolvido – que os corpos progenitores do anel eram inteiramente originários de dentro e não de fora do sistema Saturniano. Ao estudar as curiosas órbitas das luas próximas do planeta, a Matija Ćuk do Instituto SETI e os seus colegas encontraram algo surpreendente. Em modelos de computador que traçaram as órbitas dessas luas no tempo, tudo ficou um pouco fora de registo há cerca de 100 milhões de anos atrás, com as luas a serem empurradas para órbitas que simplesmente não são observadas hoje.
“As suas órbitas são derrubadas do plano do equador de Saturno mais do que nós observamos”, diz Ćuk. “O que significa que esta história que estamos a modelar nunca aconteceu, e as luas actuais devem ser mais novas do que isso”
Por outras palavras, um sistema anterior de luas deve ter sido rearranjado no sistema que vemos hoje.
No início, não ficou claro o que poderia ter provocado esse rearranjo, mas o trabalho subsequente apontou um culpado inesperado: o sol. Mesmo através de grandes distâncias, a gravidade do sol pode perturbar os movimentos dos planetas – e mais importante para esta história, as suas luas. Ćuk e os seus colegas descobriram que é possível que a órbita de Saturno se tenha aproximado de um ponto em que a ténue influência gravitacional do Sol poderia alguma vez ter empurrado tão ligeiramente uma grande lua interior para um caminho diferente, levando a uma colisão com um irmão.
“E depois forma-se um anel que é 10 vezes maior do que o anel que se tem agora, alguns dos quais acretes e formam novas luas”, diz ele.
Um corolário confuso para este cenário é que as luas interiores existentes em Saturno teriam, como diz Ćuk, coalescido e crescido a partir dos destroços da colisão, o que significa que Enceladus, Mimas e qualquer corpo que orbitasse tão perto ou mais perto do planeta do que a grande lua Rhea teria também cerca de 100 milhões de anos. Este cenário, contudo, contrasta fortemente com as estimativas de idade para as luas interiores baseadas na contagem de crateras nas suas superfícies. Também um jovem Enceladus poderia apresentar grandes problemas para os astrobiólogos na esperança de que o mar subterrâneo global da lua exista há tempo suficiente para que a vida aí evolua.
“Acho que as pessoas não gostam de ouvir isso”, Ćuk diz.
Canup e outros dizem que embora a hipótese de Ćuk seja plausível, não explica como é que o material gerado por um esmagamento da lua formaria um anel. Para isso, os destroços da colisão teriam de estar suficientemente perto de Saturno para que a gravidade do planeta o mantivesse espalhado, em vez de nas regiões mais distantes onde as luas se formam e vivem.
“Como se obtém material desse tipo de colisão de volta às órbitas baixas onde se encontram os anéis, e como se consegue que esse material seja apenas gelo? Canup pergunta.
Primordial Pollution?
O facto é que os anéis mais antigos são apenas mais fáceis de fazer. Há biliões e biliões de anos atrás, quando os planetas se estavam a instalar nas suas posições actuais, eles espalharam corpos mais pequenos pelo sistema solar como jogadores de bilhar com uma mira trémula. Assim, diz Canup, a explicação mais parcimoniosa é que algum cataclismo antigo adornou o mundo anteriormente sem ferrugem, e os cientistas precisam de rever o seu argumento de poluição apontando para anéis jovens.
Se a taxa a que o pó escuro cai sobre os anéis variar ao longo do tempo, ou se as suposições básicas sobre como esse pó escurece os anéis estiverem erradas, é possível que os anéis sejam primordiais – embora com um brilho preternaturalmente brilhante.
“É evidente que a neve é bela e brilhante quando cai, e não é preciso muita sujidade para que a neve pareça bastante escura”, diz Dones. Mas, observa ele, impactos a alta velocidade entre o pó e as partículas geladas dos anéis podem não estar a colorir os anéis da forma exacta que os cientistas suspeitam, talvez depositando menos sombra do que o esperado.
Mais convincente para a velha história dos anéis, diz Canup, são simulações de uma colisão antiga, formando anéis. Se a massa inicial de detritos for substancialmente mais elevada do que a dos anéis actuais, espalhar-se-á e dissipar-se-á rapidamente. Alguns cairão em Saturno, outros escaparão para a órbita, e os restantes assentarão em luas e anéis. Curiosamente, diz ela, independentemente de começar com uma ou 10 vezes a massa de Mimas, ao longo de milhares de milhões de anos, a dinâmica orbital básica sugere que se assentará quase na quantidade exacta de material que vemos hoje.
“Os anéis têm por acaso a massa exacta que se esperaria se estivessem a colidir e a espalhar-se durante quatro mil milhões de anos”, diz Canup. E quando as observações de Cassini apoiam simultaneamente anéis antigos e anéis jovens, embora de formas diferentes, aterrar numa resposta final é complicado.
“Quando temos previsões ou interpretações independentes e acabamos por estar em desacordo uns com os outros, torna-se interessante”, diz ela.
Um Anel (Sistema) para governá-los todos
Os nossos esforços meandrosos para discernir a verdade de Saturno estão longe de estar completos. Algo pôs anéis à volta do planeta, apesar de ainda não termos compreendido como.
“Vejo o sistema de Saturno como estando no meio de uma cascata – uma cascata caótica. Não me parece acabado”, diz Asphaug.
Indeed, todo o sistema de Saturno é algo de um enigma. Não só os anéis do planeta são desconcertantes, como a sua vasta e diversa gama de luas também são difíceis de explicar. Desde Iapetus, uma lua de duas tonalidades que se assemelha a uma noz devido a um bizarro cume equatorial e postes achatados, ao Titan nebuloso, uma lua gigante com lagos oleosos e química alienígena, até às luas interiores que outrora poderiam ter tido anéis próprios, o sistema Saturniano é uma cornucópia de esquisitice. Portanto, qualquer história que pretenda explicar os anéis deve também, de alguma forma, explicar estas e outras bolas estranhas.
“Vejo muitas coisas geológicas impossíveis. Vejo um planeta que deveria parecer-se com Calisto, mas que em vez disso se parece com Titã. Vejo satélites que não deveriam existir como o Enceladus e o Mimas, que têm pesadas histórias de crateras – quer isso signifique que são velhos ou não, não sabemos. E depois vemos o Enceladus a explodir como um foguete, e é o corpo eruptivo mais fiável do sistema solar, e isso não faz qualquer sentido para mim como geólogo”, diz Asphaug. “Mimas recebe mais aquecimento por maré do que o Enceladus e está morto como um prego de porta! Nada disto faz sentido!”
As soluções para os mistérios de Saturno, talvez, residem no reino da dinâmica planetária, onde simulações de interacções gravitacionais reconstituem o passado (e o futuro) do que observamos hoje. Ou a resposta pode basear-se em exames laboratoriais de colisões de alta velocidade entre pó escuro e partículas geladas, para determinar como é que o pó cora exactamente o gelo. Pode significar reexaminar pressupostos sobre a probabilidade de um cometa ter um encontro fatídico com Saturno. Ou, pode exigir uma análise mais detalhada das superfícies crateradas do séquito de Saturno das luas interiores, para conhecer melhor a sua verdadeira idade, talvez por outra nave espacial enviada para vaguear pela vizinhança do planeta.
“Aquela velha ideia de que os anéis são antigos e têm sido constantemente bombardeados por material poluente que é o mesmo que vemos hoje? Essa ideia não vai funcionar”, diz Larry Esposito, da Universidade do Colorado Boulder. “Mas que mecanismo possível poderia formar anéis tão recentemente? Nenhuma teoria existente é satisfatória”