Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, os quatro planetas gigantes do Sistema Solar, compartilham outras similaridades além de suas grandes dimensões. Uma delas é o fato de que possuem estruturas de anéis ao seu redor. Ainda que os anéis de Saturno sejam, de longe, os maiores e mais vistosos, o avanço na tecnologia de telescópios e o início da exploração espacial revelaram estruturas semelhantes nos demais três planetas externos. Uma explicação inicial para esse fato, proposta pelos teóricos que trabalham com formação planetária, é que a massa de cada integrante desse quarteto é tão colossal que sua gravidade é capaz de prender pequenas partículas em sua órbita. Com o tempo, essas partículas se acumulariam, dando origem às estruturas anelares, flutuando no espaço ao redor de cada planeta.
Porém, o avanço das pesquisas está mostrando que tamanho, apenas, não é suficiente, e que corpos muito menores também podem formar anéis. Essa constatação está levando os estudiosos a deixarem de lado as teorias estabelecidas e a rascunharem novas ideias. Um artigo queapresenta os problemas observados e os debates em andamento foi publicado recentemente em uma edição da revista científica Philosophical Transactions A, e tem entre os seus autores Rafael Sfair, da Faculdade de Engenharia e Ciências da Unesp, câmpus de Guaratinguetá.
A virada começou em 2013, quando um grupo de pesquisadores, liderado pelo brasileiro Felipe Braga-Ribas, do Observatório Nacional do Rio de Janeiro, identificou dois anéis ao redor de Chariklo, um pequeno corpo que integra o grupo dos Centauros, em órbita entre Saturno e Urano, com cerca de 250 quilômetros de diâmetro (572 vezes menor que os 143.000 quilômetros de Júpiter). Foi essa a primeira vez que anéis foram encontrados em um objeto espacial tão pequeno.
Pouco depois, vieram mais duas descobertas: ao redor do planeta-anão Haumea, em 2017, e de Quaoar, um corpo transnetuniano, em 2022. Os anéis de Quaoar trouxeram uma incompreensão adicional: segundo as teorias sobre formação de planetas, a região onde eles estavam situados deveria ser propícia à formação de corpos maciços, como luas, e não de anéis.
Com tantas questões em aberto, um grupo internacional de pesquisadores decidiu debater o conhecimento atual sobre essas estruturas e discutir os grandes mistérios acerca de sua formação. A equipe foi liderada por Bruno Sicardy, do Observatório de Paris, que coordena a colaboração Lucky Star, responsável por gerar os dados que levaram à descoberta dos novos anéis. Desse encontro surgiu o artigo Origins of Rings in the Solar System, publicado em uma edição especial da Philosophical Transactions A, revista científica que publicou estudos de grandes nomes como Isaac Newton e Michael Faraday. A edição surgiu a partir de artigos apresentados no “Colóquio em homenagem ao Professor Bruno Sicardy”, realizado em Paris, em abril de 2024.
Observando sombras
Antes da descoberta dos anéis de Chariklo, a última vez que estruturas desse tipo haviam sido identificadas no Sistema Solar fora em 1977. Graças a uma técnica conhecida como ocultação estelar, astrônomos relataram ter observado anéis em torno de Netuno. Na verdade, a existência dessas estruturas havia sido relatada pelo astrônomo inglês William Lassell ainda em 1846, mas, à época, sua observação foi considerada uma ilusão de ótica. Foi somente quando a sondaespacial Voyager 2 pôde fazer observações in situ, em 1989, que a existência dos anéis de Netuno foi confirmada. A mesma sonda conduziu importantes observações sobre os anéis ao redor de Urano, identificados por astrônomos anos antes, em 1977, também por ocultação estelar.
Sfair explica que, atualmente, a ocultação estelar é a principal forma de investigação e descoberta de novas estruturas anelares. Como o próprio nome indica, esse evento ocorre quando algum objeto – planetas, planetas-anões ou asteroides – passa na frente de uma estrela, ocultando seu brilho. Nessa passagem, a sombra do corpo é projetada sobre a Terra e, com o uso de um telescópio, é possível observar em detalhes as características da sombra. Isso revela informações importantes, como o tamanho do objeto, a presença de montanhas e vales e a existência de anéis.
Essa característica torna o método extremamente eficiente para realizar estudos de alguns corpos celestes — em especial, aqueles mais distantes, que ainda não foram visitados por sondas e cujos detalhes escapam mesmo aos telescópios mais modernos. Porém, para ser bem-sucedida, a ocultação estelar demanda uma pitada de sorte. “Primeiro, é preciso ter a sorte de que o objeto de interesse passe na frente de uma estrela. Depois, a sorte de que haja um telescópio disponível justamente na região em que a ocultação será visível”, diz Sfair, que integrou as equipes responsáveis pela descoberta dos anéis de Chariklo e Quaoar.
A necessidade de tantas circunstâncias favoráveis é uma das razões para o grande hiato entre as observações dos anéis de Netuno, em 1989, e os de Chariklo, em 2013, e explica a dificuldade para realizar novas descobertas.
Para conseguir empregar esse método sem depender tanto da sorte, é preciso saber quais são os objetos que integram nosso Sistema Solar e coletar informações sobre suas órbitas e posições. Esse conjunto de dados permite prever quando um asteroide, por exemplo, irá passar na frente de uma estrela e em quais regiões da Terra isso será visível. Isso possibilita organizar equipes de astrônomos — inclusive astrônomos amadores, como lembra Sfair — para realizar a observação.
“Hoje temos contato com uma rede mundial de observadores, responsável por monitorar essas passagens. Quando há a previsão de uma ocultação, emitimos um alerta para que todos possam tentar observar”, explica Sfair. O pesquisador lembra que, quando houve a descoberta dos anéis de Chariklo, a intenção era apenas coletar mais dados. “Não se imaginava que houvesse um anel. Mas, quando o brilho da estrela oscilou de maneira diferente, percebeu-se que havia algo ali”, lembra.
Revendo teorias
A descoberta em Chariklo colocou em xeque as ideias estabelecidas sobre os processos de formação dos anéis. “A grande dúvida é como eles podem surgir em torno de objetos tão pequenos”, diz Sfair. Ainda não existe uma resposta para essa questão. Para que se chegue a uma, será necessário conduzir mais observações e realizar novas descobertas.
Uma possível explicação que está sendo aventada é que corpos como Chariklo e Haumea poderiam apresentar uma “atividade cometária”. Ou seja, estariam liberando partículas de gás e poeira que ficariam aprisionadas, orbitando o seu entorno. “O problema é que essa explicação funciona bem para esse tipo de objeto, mas não pode ser aplicada aos planetas. Estaríamos, então, falando de origens diferentes para os anéis de planetas e os de corpos menores”, diz Sfair.
Ele pondera que, ainda que a existência de explicações diferentes não seja um problema em si, elas não são necessariamente desejáveis. “Se encontrarmos semelhanças entre os anéis, pode ser um indício de que existe algum mecanismo em comum na formação. Do contrário, caímos em uma situação de ajuste caso a caso, e daí a teoria fica muito complexa”, diz.
A existência de anéis impossíveis
Além dos mecanismos de formação, outra teoria que está sendo revista é a que explicava as razões pelas quais os anéis se mantinham como uma estrutura característica, em vez de formarem luas ou grandes aglomerados de poeira espacial. Até agora, acreditava-se que isso se devia ao chamado limite de Roche.O limite de Roche faz referência a uma linha imaginária, ou fronteira, abaixo da qual a força gravitacional exercida pelo planeta é tão forte que qualquer objeto menor que esteja ali é despedaçado, transformando-se em partículas menores que passam a orbitar o planeta, formando anéis.
Por outro lado, quando há partículas fora do limite, elas tendem a se agrupar, por conta da força gravitacional entre elas, dando origem a luas. Por isso, entre astrônomos, a ideia mais aceita até então era a de que anéis deveriam se formar dentro do limite de Roche, enquanto luas teriam sua origem fora desse limite.
Até 2022, todas as estruturas anelares conhecidas estavam situadas a distâncias próximas ao limite de Roche, corroborando a eficácia desse mecanismo. Mas os anéis de Quaoar ficam muito mais distantes. “Isso quebrou a teoria, porque vimos que é possível existir um anel fora do limite de Roche. Nessa distância, em questão de 30 anos, as partículas deveriam se juntar e formar uma lua, o que não aconteceu”, diz Sfair.
O pesquisador admite que é possível que estejamos testemunhando precisamente a estreita janela temporal em que um anel se transforma em uma lua. Mas ressalta que, diante dos 4,5 bilhões de anos de história do Sistema Solar, é extremamente pequena a possibilidade de que esse seja o caso.
Outra hipótese, apontada por Sfair e pelos demais pesquisadores envolvidos na pesquisa sobre Quaoar, está relacionada à temperatura e à composição das partículas. Segundo os pesquisadores, as partículas que compõem o anel são fragmentos de gelo.
Ao contrário do que pode imaginar o senso comum, o gelo, quando submetido a temperaturas muito baixas, não adere a outras superfícies. O fenômeno de grudar o dedo em um bloco de gelo ocorre apenas em temperaturas próximas ao ponto de congelamento. Isso acontece porque a água na superfície do gelo pode derreter ligeiramente e se ligar a outras superfícies. Porém, em temperaturas muito baixas, como é o caso das partículas que compõem o anel de Quaoar, essa camada de água derretida é menor ou inexistente, dificultando a aderência. “A ideia é que a colisão entre as partículas ocorra. Mas, como o gelo está em uma temperatura tal que impede que ele se aglutine, não ocorre a formação do satélite”, explica Sfair.
O docente ressalta que ainda não é possível ter certeza sobre a viabilidade de qualquer uma dessas ideias, porque nos faltam informações que apontem para os caminhos mais ou menos prováveis.
O fato é que as descobertas de anéis em pequenos corpos celestes, que se iniciaram em 2013, têm nos mostrado que o Sistema Solar é mais diverso do que pensávamos. E os estudos sobre esses objetos têm resultado em mais dúvidas do que respostas.
Com o avanço das técnicas de ocultação estelar — que reúnem observadores profissionais e amadores em diferentes partes do mundo — aliado ao mapeamento cada vez mais detalhado dos objetos espaciais, a expectativa é de que novos anéis sejam identificados e tragam informações importantes para entender melhor essas estruturas que, há séculos, maravilham curiosos. “Quanto mais informações obtivermos, melhor para escolhermos dentre as hipóteses disponíveis. Ou, eventualmente, iremos reconhecer que nenhuma das teorias funciona, e que o caminho é jogar tudo fora e começar a pensar em algo novo”, diz Sfair.
Legenda: Representação artística de Quaoar com seu anel e sua lua, Weywot, à esquerda. Crédito: ESA