TOMO XL - OBJETOS TRANSNETUNIANOS - CINTURÃO DE KUIPER-PLUTÃO

PLUTÃO

Imagem realizada pela sonda New Horizons em Julho de 2015, em sua passagem pelo até então mair planeta Anão ,em rumo aos confins do Sistema Solar.

Plutão, era considerado um mundo morto, gélido e sem importância até a década de 1980. Com a descoberta de seu satélite Caronte. o planeta anão começou a ficar mais interessante. Nesta época Plutão era considerado o ultimo planeta do sistema solar, mas com a descoberta de vários outros objetos á ele semelhantes os cientistas enviaram a sonda New Horizonts no inicio do século XXI para investigar os objetos trasnetunianos, começando pelo primeiro grande astro deste novo grupo do sistema solar. Para surpresa de todos os envolvidos e da comunidade cientifica internacional, Plutão é um mundo ativo (no seu ritmo é claro), detentor de um possível oceano subterrâneo, criovulcanismo, Icebergs, mar de nitrogênio congelado entre outras particularidades, sendo assim,que o ex-planeta e atual planeta anão se apresenta aos seus novos fãs.

Plutão leva 248 anos para completar uma órbita e suas características orbitais são bastante diferentes dos planetas solares, que seguem uma órbita quase circular ao redor do Sol, próximo a um plano horizontal chamado eclíptica. A órbita de Plutão é altamente inclinada em relação à eclíptica (mais de 17°) e com uma  excentricidade, uma pequena parte da órbita de Plutão está mais próxima do Sol do que a de Netuno. A última vez que Plutão ficou mais próximo do Sol do que Netuno foi entre 7 de fevereiro de 1979 e 11 de fevereiro de 1999. Na superfície de Plutão um homem que na Terra pesaria 65kg pesaria 4kg.

Atmosfera de Plutão

Plutão tem uma atmosfera fria com névoa de hidrocarboneto.

A atmosfera de Plutão consiste em uma fina camada de nitrogênio, metano e gases de monóxido de carbono, que são derivados dos gelos dessas substâncias na superfície.

 A órbita alongada de Plutão tem um grande efeito em sua atmosfera, pois conforme o planeta anão se distancia do Sol, a sua atmosfera congela gradualmente e cai na superfície na forma de neve, mas não de forma homogenia. Quando ele se aproxima do Sol, a temperatura na sua superfície aumenta, fazendo com que os gelos acumulados durante a orbita dentro do cinturão de Kuiper, se sublimem para a forma gasosa. Isso cria um efeito estufa reverso, pois  a sublimação esfria a superfície de Plutão. Os cientistas acreditam que a atmosfera de Plutão seja composta por nitrogênio com metano, acetileno e etileno.

A atmosfera do planeta anão  é ainda mais fria do que se esperava. Perto da superfície do planeta a temperatura chega a -197,2ºC. Mais longe da atmosfera a temperatura aumenta um pouco por conta do metano, que é um poderoso gás do efeito estufa. O metano cria uma inversão térmica, com temperatura bem mais elevada á cerca de 10 km acima da superfície, onde chega a -127,2ºC. Os gases, em especial o cianeto de hidrogênio esfriam a parte exterior, fazendo a temperatura chegar a -167ºC.

O fato de a atmosfera do planeta anão ser tão fria faz com que menos gases escapem para o espaço, pois as altas temperaturas energizam os gases, fazendo com que eles escapem da gravidade do planeta, fator que não ocorre em Plutão.

Névoa Azul

A névoa azul da atmosfera de Plutão.

O planeta anão também conta com uma espécie de névoa azul, que é resultado da dispersão da luz solar em partículas muito pequenas. Na Terra, essas partículas são moléculas bem pequenas de nitrogênio. Em Plutão elas parecem ser maiores, partículas que tipo fuligens às quais chamamos de tolinas. A atmosfera inferior contém uma concentração maior de metano que a atmosfera superior.

Em 1987 o polo sul de Plutão saiu da sombra pela primeira vez em 120 anos, fazendo o nitrogênio extra  sublimar da calota polar. Levará décadas para que esse excesso de nitrogênio condense para cima da superfície de Plutão  enquanto novamente se congela ao migrar em  direção à atualmente as escuras calota de gelo do polo norte. Dados do mesmo estudo sobre a migração de gases revelaram o que pode ser a primeira evidência de vento na atmosfera desse planeta anão.

Atmosfera de Plutão em estado gasoso, A luz solar que chega a Plutão é 1000 vezes menor que a que chega a Terra, algo parecido com a iluminação de um poste de luz.

Estações de Plutão

O período de rotação de Plutão é igual a 6,39 dias. 

Como Urano, Plutão gira de lado em relação ao seu plano orbital, como uma inclinação axial de 120°, então a variação entre suas estações do ano é extrema; durante o solstício, um hemisfério está permanentemente de dia, enquanto o outro está permanentemente de noite.

As estações de Plutão diferentemente da Terra não são regradas pela inclinação axial do Planeta anão, mas regidas pela orbita ovoide que descreve ao redor do Sol. Durante cerca de 62 anos, dura o inverno da elipse, toda a sua superfície se congela. Assim deve-se levar em conta que o ano de Plutão tem uma duração de 91 anos sobra muito pouco para as estações mais amenas, mesmo em uma temperatura superficial de -230ºC em média.  Estas alterações são os únicos fenômenos atmosféricos que deve ocorrer durante o ano de Plutão. Apesar de possuir um ano sideral enorme seus dias não são tão longos, com uma rotação que dura 6,3 dias.

As já comentadas partículas de tolina são formadas na atmosfera, onde a luz solar ultravioleta se parte e ioniza as moléculas de nitrogênio e metano, permitindo que elas reajam uma com a outra. Nesse processo são formados íons carregados positivamente e negativamente. Quando combinados, eles formam macromoléculas complexas. Conforme estas se combinam e crescem, (tomam a forma de pequenas partículas) os gases voláteis se condensam e cobrem a superfície com gelo antes que elas tenham tempo para cair da atmosfera para a superfície, assim ao precipitarem se fazem com que Plutão tenha uma coloração vermelha.

GEOLOGIA DE PLUTÃO

Análises espectroscópicas da superfície de Plutão revelaram que ela é composta mais de 98% de gelo de nitrogênio, com traços de metano e monóxido de carbono.Um hemisfério de Plutão contém mais gelo de metano, enquanto o outro contém mais gelo de nitrogênio e monóxido de carbono.

Caronte Crescente no céu noturno de Plutão

Estrutura interna

Plutão teria uma composição interna 60% de rocha e 40% de gelos.

Observações de Plutão feitas pelo telescópio Hubble estimam uma densidade entre 1,8 e 2,1 g/cm3, sugerindo uma composição interna de aproximadamente 60% de rocha e 40% de gelo. No passado com a decadência de minerais radioativos foi gerado um aquecimento sobre os gelos, o suficiente para as rochas se separarem deles. 

Os cientistas creem que a estrutura interna de Plutão seja diferenciada, com o material rochoso estabilizado em um denso núcleo cercado por um manto de gelo. O diâmetro do núcleo deve ser de cerca de 1 700 km, cerca de 70% do diâmetro de Plutão.

 O  aquecimento passado diminuiu mas possivelmente continua atualmente devido ao efeito das marés entre o planeta anão e Caronte. Um oceano existiria ente 100 a 180 km de profundidade do núcleo gelado e seria mantido em estado liquido por uma camada de gases anticongelantes.

A massa de Plutão, é menos de 0,24% da massa da Terra, enquanto que seu diâmetro é de 2 306  km, ou aproximadamente 66% do diâmetro da Lua.

O Oceano de Plutão

O planeta-anão estudado de pertinho pela sonda New Horizons em 2015, possivelmente abriga em seu interior um oceano subterrâneo, confirmando que isso é incrivelmente comum em os mundos congelados do nosso sistema solar e por que não, pelo universo afora.

Foto obtida pelo rasante da sonda New Horizons de Plutão.

Um novo estudo publicado nesta semana na revista Nature Geoscience indica que uma camada de isolamento gasoso é o que provavelmente mantém o oceano de Plutão no estado líquido abaixo de sua crosta congelada, já que uma distância aproximada de 5 bilhões de quilômetros do Sol é longe o suficiente para que a temperatura superficial do planeta seja, glacial.

Como se descobriu um oceano subterrâneo em Plutão? O segredo está na análise da bacia do "coração á chamada Sputnik Planitia, com 660 km de nitrogênio congelado que forma o lobo esquerdo da imagem que se assemelha ao desenho de um coração. 

Observações da sonda New Horizons, mostraram que a região está alinhada com o eixo das marés de Plutão. Essa linha ao longo da qual a atração gravitacional do satélite Caronte é mais poderosa.

Geografia da Região do “coração” de Plutão.

Acredita-se que Plutão entrou nessa orientação justamente por causa da massa  extra concentrada na superfície da Sputnik Planitia e derredores. Tal massa extra deve, então, vir do gelo de nitrogênio que é acumulado na bacia, assim como da água do oceano enterrado que vem a superfície por criovulcanismo.

Um dos estudos publicados na revista Nature afirma que isso aconteceu devido á massa aquífera do oceano, pois esta seria tão grande que faria o planeta anão tombar para um lado.

Detalhes do “lobo Esquerdo” do Coração de Plutão.

A planície de acordo com os estudos, teria se formado pelo impacto de um objeto grande como um meteoro ou cometa. Esta colisão fez com que uma quantidade imensa de gelo fosse ejetada do planeta anão, deixando apenas uma fina lâmina na região e formando teoricamente alguns de seus satélites mais próximos. 

Se um oceano, possivelmente líquido, existisse sob essa camada, ele empurraria o gelo para cima, preenchendo a cratera deixada pelo impacto deixando a região geograficamente menos acidentada que as derredores.

Detalhe da orogenia de plutão com Crateras, Cânions e montanhas.

Como o nitrogênio congelado se acumulou na região ao longo do tempo, a massa da região seria maior do que antes do impacto, o que provocaria a “inclinação” de Plutão. Sem a ajuda do oceano, a camada de nitrogênio congelado deveria ter uma espessura de cerca de quarenta quilômetros para causar os mesmos efeitos, um cenário que os pesquisadores afirmam que seria improvável.

A metade esquerda do "coração" de Plutão — a bacia Sputnik Planitia —, e sua análise topográfica (Imagem: Kamata S./NASA.

Mas a real questão é como um oceano pode permanecer líquido em Plutão, e não congelar, ao longo de 4,6 bilhões de anos? A explicação mais plausível seria de que uma camada isolante de hidratos de gás sob a crosta congelada de Plutão. Esta camada poderia ser a responsável por impedir o congelamento deste oceano. Em simulações realizadas, quando se adiciona essa camada isolante, o oceano não se congela, mesmo com o arrefecimento geológico, e persistiria  até a atualidade

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Superfície de Plutão

Superfície de plutão e a nevoa atmosférica.

As novas imagens feitas através das lentes da sonda New Horizons mostram um plateta geologicamente ativo e com uma superfície relativamente nova. Foram registradas poucas crateras de impacto além de cadeias de montanhas bem escarpadas que ao que tudo indica ainda estão em formação.

Virgil Fossae, Cânion localizado próximo ao coração de Plutão.

Ao contrario dos planetas telúricos do sistema solar de zona temperada a quente, o sistema orogênico do planeta é, como já visto em satélites do sistema solar exterior, o criovulcanismo. O problema no caso de Plutão e que não esta em orbita de nenhum gigante gasoso para com isso , através da força gravitacional, ter a energia e consequentemente o calor necessário para formar seu sistema orogênico.

Costa do “Litoral” de nitrogênio congelado e a região montanhosa.

Mas a natureza lhe proporcionou um companheiro de viagem, um outro planeta anão, Caronte. Os dois orbitam um centro gravitacional que se encontra acima da superfície de plutão e ambos detêm a mesma face um para o outro. A energia geotermia fornecida, mesmo que em menor escala que a presença de um planeta gigante seria o suficiente para manter ativo geologicamente o sistema binário planetário.

Nesta região do sistema solar o gelo, metano e amônia se comportam como rochas devido a temperatura ser próxima do zero absoluto. Temos um relevo que lembra o lunar mas com composição química totalmente diferente do da Lua.

 As rochas que compõem este sistemas montanhosos são uma mistura de poeira interestelar, fragmentos de meteoros e cometas. Estes elementos são processados e possivelmente aquecidos em conjunto por um núcleo ativo, bem como quando o planeta anão está em orbita próxima do sol. O aquecimento da amônia e metano gera gases que são expelidos  para fora da crosta planetária formando a cadeia de criovulcões que originam o sistema montanhoso de Plutão.

Região acidentada acompanhada de algumas crateras de impacto.

A regiões de vastas planícies que estão cobertas por um tipo de neve de nitrogênio e dos  elementos atmosféricos bem como pela composição do solo do planeta. A erosão se faz presente por alísios sazonais e precipitação de neve, ambos oriundos do descongelamento atmosférico. Algumas regiões de planície, a neve chega a formar um sistema de dunas.

O coração de Plutão

A Tombaugh Regio, apelidada de Coração de Plutão, é uma característica na superfície de Plutão. Uma grande região de cor clara de aproximadamente 1.590 km de diâmetro dividida em duas partes. Cada um dos dois lóbulos do coração possuem características geológicas distintas que compartilham a cor clara.

Possível origem do Coração de Plutão.

O lado esquerdo do coração é mais suave do que o lado direita. A teoria e que o lado esquerdo seja fruto de  uma grande cratera, agora cheia de neve de nitrogênio e com dunas de areia, onde a areia é feita de gelo sólido de metano. Os pontos brilhantes na região foram inicialmente especulados como picos de montanhas principalmente no lado direito. Fotos lançadas em 15 de julho de 2015, revelaram montanhas com mais de 3.550m feitas de gelo de água no local. As fotos não revelaram crateras nesta região, sugerindo que pelo menos parte da planície tenha, pelo menos, 100 milhões de anos e, portanto, sugerindo que Plutão seja geologicamente ativo.

Sputnik Planitia

De todas as características físicas, a Sputnik Planitia originalmente chamada Sputnik Planum, é hoje a característica geográfica mais reconhecível do planeta anão. É uma bacia coberta de gelo de alto albedo em Plutão. Possui cerca de 1.050 por 800 km de tamanho, nomeada em homenagem ao primeiro satélite artificial da Terra. Constitui o lobo ocidental do Tombaugh Regio.

 Sputnik Planitia é coberta por "células" de gelo que são geologicamente jovens e mudam de posição devido a um processo chamado convecção.

As Montanhas Flutuantes

A NASA publicou novas imagens, de regiões que a própria Agência Espacial descreveu como "Montanhas Flutuantes", ou icebergs maciços que estão basicamente à deriva em um mar de nitrogênio congelado.

Essas montanhas flutuantes em Plutão podem ter muitos quilômetros de diâmetro, e estão localizadas na região chamada Sputnik Planum, e passeiam pelas planícies geladas localizadas dentro da famosa região em forma de coração.

Em destaque aos glaciares e as cadeias de Montes e morros da Sputinik Regio.

Este local é o lar de geleiras e de diversas colinas congeladas,  fragmentos de gelo de água das terras altas mais próximas. Como o gelo de água é menos denso do que o gelo de nitrogênio, estes montes de gelo de água estão flutuando em um mar de nitrogênio congelado, movendo-se ao longo do tempo, assim como fazem os icebergs nos polos da Terra. mas em um ritmo muito mais lento.

Grande aglomerado de Icebergs de gelo acumulados na borda do mar de nitrogênio congelado.

Quando esses icebergs entram no terreno central de Sputnik Planum, eles ficam sujeitos aos movimentos de convecção do gelo de nitrogênio, e são empurrados para as margens, onde os grupos de icebergs se concentram, atingindo até 20 quilômetros de espessura.

Challenger Colles

Um grande aglomerado em especial, que cobre uma distância de cerca de 60 km por 35 km, parece ser formado por colinas congeladas que ficaram encalhadas em uma área rasa do rio de nitrogênio. A área foi apelidada de Challenger Colles, em honra ao ônibus espacial Challenger, que explodiu logo após a decolagem em 28 de janeiro de 1986.

Costa da planície de Sputinik

Plutão e Netuno.

Apesar de a órbita de Plutão parecer cruzar a órbita de Netuno numa perspectiva de cima, as órbitas dos dois objetos estão alinhadas, e então eles não podem colidir, ou nem mesmo se aproximar um do outro.

Ao analisar as órbitas de Plutão e Netuno, pode-se observar que elas não se cruzam. Quando Plutão está mais perto do Sol do que Netuno, a sua órbita cruza a de Netuno, vista de cima; porém ela está 8 UA acima do caminho de Netuno, evitando uma colisão. Os nodos orbitais de Plutão (os pontos onde sua órbita atravessa a eclíptica) são separados dos de Netuno por mais de 21°.

Perturbações dos planetas, especialmente Netuno, poderiam alterar aspectos da órbita de Plutão ao longo de milhões de anos, e uma colisão poderia ocorrer, mas mais precisamente a captura de Plutão para o secto de satélites do gigante gelado. O mecanismo mais significativo que evita Plutão e Netuno de colidirem é a ressonância orbital de 3:2 que há entre eles, ou seja, a cada três órbitas que Netuno faz ao redor do Sol, Plutão faz duas. Então, os dois objetos voltam a suas posições iniciais e o ciclo de 500 anos continua.

Estudos numéricos mostraram que, ao longo de milhares de anos, a natureza geral do alinhamento entre Plutão e Netuno não muda, mas no entanto, há várias outras ressonâncias e interações que governam os detalhes de seu movimento relativo, e melhoram a estabilidade de Plutão.

Netuno ao fundo e Plutão(fora de escala orbital)

Embora Plutão seja o maior dos objetos conhecidos do cinturão de Kuiper, o satélite de Netuno Tritão ( que é um pouco maior que Plutão) lhe é similar tanto geológica quanto atmosfericamente; por isso, acredita-se que seja este também  um objeto do cinturão de Kuiper que foi capturado pelo gigante gelado.  Éris que  é maior que Plutão,  é considerado membro de uma população próxima, chamada disco disperso não do cinturão.

Um grande número de objetos do cinturão de Kuiper, como Plutão, estão em uma ressonância orbital 3:2 com Netuno. Objetos transnetunianos com esta característica são chamados de plutinos, ou tipo Plutão.

Muitos astrônomos concordam que foi a migração planetária sofrida por Netuno na formação do Sistema Solar que trouxe Plutão para a sua posição atual. Durante a migração, Netuno se aproximou dos objetos do cinturão de Kuiper, quando capturou Tritão e deixou outros objetos em ressonância ou com órbita caótica. Os objetos do disco disperso provavelmente foram colocados em suas posições atuais devido a interações com Netuno ou com outro objeto de tamanho e massa similar a este durante as migrações planetárias. a distância de Netuno ao Sol.

Dados sobre Plutão