O que é a Teoria da Nebulosa Solar e como ela explica o Sistema Solar?

Desde tempos remotos, os humanos vêm buscando respostas sobre as origens do universo e, mais recentemente, sobre o Sistema Solar. Hoje, a teoria mais aceita para explicar as origens da nossa vizinhança espacial é a Teoria da Nebulosa Solar, que, de forma resumida, propõe que o Sol e os planetas que o orbitam vieram de uma nuvem de poeira e gás, surgida há bilhões de anos. Depois que essa nuvem esfriou, o sistema foi lentamente tomando forma graças à ação da gravidade.

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Hoje, astrônomos e geólogos têm algumas técnicas para estimar a idade da Terra e do Sistema Solar. Por meio da datação radiométrica de rochas, que mede as taxas de decaimento de elementos radioativos, sabemos que a Terra e o Sistema Solar têm cerca de 4,6 bilhões de anos. Este número foi refinado com a ajuda de análises de meteoritos, objetos que são "lembranças" da formação do nosso sistema. Muitas ideias na astronomia mudam radicalmente ao longo do tempo, mas as explicações sobre as origens da nossa vizinhança foram essencialmente mantidas.

A ideia do Sistema Solar nascendo a partir de uma nuvem de gás e poeira foi proposta pela primeira vez pelo sueco Emanuel Swedenborg, em 1734. Contudo, foi em 1755 que o filósofo alemão Immanuel Kant trabalhou com essa teoria e a desenvolveu com algumas de suas próprias ideias, publicando-a no livro História universal da natureza e teoria do céu. Em sua obra, ele argumentava que essa nuvem de gás e poeira — ou seja, uma nebulosa — sofreria colapso em sua própria estrutura em função da força da gravidade. Depois, ela iniciaria um movimento rotativo, e fica com a forma de um disco. É a partir deste disco que as estrelas e planetas se formam, mantendo o sentido de rotação da nuvem.

Posteriormente, o matemático e astrônomo francês Pierre-Simon Laplace desenvolveu outro modelo com base naquilo que Kant havia elaborado. Em sua obra, publicada em 1796, Laplace propôs que o Sol jovem era envolvido por uma atmosfera quente e extensa. Depois, essa “nuvem protoestelar” esfriou e se contraiu, iniciando um movimento rotativo. Como resultado, o material foi expulso da nuvem e, depois de se condensar, deu origem aos planetas. Alguns autores se referem à teoria como de Laplace, enquanto outros a mencionam como “teoria de Kant-Laplace”.

O que diz a Teoria da Nebulosa Solar

Tanto Kant quanto Laplace trabalharam com uma grande nuvem de gás em seus modelos. Pois bem, a teoria propõe que essa nuvem molecular de gás e poeira foi a responsável pela origem do nosso Sol e de todos os planetas que compõem o Sistema Solar. Hoje, os astrônomos estimam que essa nuvem tinha de duas a três vezes a massa do Sol, e ela media cerca de 100 unidades astronômicas — cada unidade equivale à distância entre a Terra e o Sol.

Contudo, há aproximadamente 4,5 bilhões de anos, a grande nuvem sofreu um colapso — isso pode ter ocorrido pela perturbação causada por uma estrela próxima ou até pelas ondas de choque geradas pela poderosa explosão de uma supernova. De qualquer forma, esse processo foi se acelerando, somado à matéria que se acumulava em determinadas regiões da nuvem. Conforme a matéria se acumulava, a nuvem iniciou um movimento rotativo, que distribuiu o material em um disco relativamente plano.

Devido à rotação, grande parte da matéria foi para a parte central da formação, criando um corpo esférico de uma protoestrela. Contudo, ainda levou 50 milhões de anos para que essa estrela “bebê” alcançasse pressão e densidade do hidrogênio que fossem suficientes para conseguir realizar a fusão termonuclear, para finalmente dar origem ao Sol. O restante deu origem ao chamado disco protoplanetário, em que poeira e gás colidiram e se uniram para formar uma estrutura parecida com uma panqueca.

Dela, os planetas nasceram a partir da acreção de gás e poeira; como os metais e silicatos só podem existir no estado sólido se estiverem pertinho do Sol, eles deram origem a Mercúrio, Vênus, à Terra e Marte. Por outro lado, os elementos metálicos representavam uma parte bem pequena da nebulosa solar, de modo que estes planetas rochosos, incluindo o nosso, não puderam crescer muito. Já os gigantes gasosos se formaram além das órbitas de Marte e Júpiter, em que o material pôde se manter frio o suficiente para compostos voláteis se manterem sólidos.

As substâncias que formaram esses planetas eram mais abundantes que os metais e silicatos dos planetas rochosos, de modo que os gigantes gasosos puderam se expandir até ficar massivos o suficiente para capturar atmosferas de hidrogênio e hélio. Depois, detritos que sobraram sem formar planetas foram para regiões mais afastadas que, hoje, chamamos de Cinturão de Asteroides, Cinturão de Kuiper e Nuvem de Oort. Quando o Sol já estava ativo, o vento solar criou a heliosfera, que eliminou o gás e poeira do disco protoplanetário e, assim, finalizou o processo de formação dos planetas.

O que aconteceu com os planetas?

Mesmo depois de os planetas recém-formados terem nascido e amadurecido, a situação ainda era bastante agitada no Sistema Solar. Embora os planetas rochosos já estivessem estáveis, os gigantes gasosos continuavam cercados pelos detritos que restaram do processo de formação planetária. Hoje, os astrônomos suspeitam que os quatro gigantes da nossa vizinhança se formaram bem mais próximos do Sol do que estão hoje, e foram interagindo com detritos até que mudaram suas órbitas.

Em outro cenário, uma teoria propõe que Júpiter e Saturno migraram para perto do Sol, o que fez com que Urano e Netuno se afastassem. Existe também a possibilidade de que Júpiter ficava perto da órbita de Marte, até que se afastou e alterou as órbitas dos outros mundos. De qualquer forma, as mudanças causaram o chamado "bombardeio tardio", que foi um período de intensos e frequentes impactos de cometas e asteroides nos planetas mais internos do Sistema Solar.

Apesar de violenta, aquela não foi uma época totalmente ruim, já que os impactos dos cometas vindos de longe para o interior do Sistema Solar trouxeram grande quantidade de água para os planetas rochosos, o que possibilitou o surgimento da vida na Terra quando tudo se acalmou e estabilizou. A mudança de posição dos mundos gigantes causou mais perturbações no material que restou, enviando-o para as partes mais afastadas do sistema e/ou impedindo-o de avançar para o interior, onde causaria problemas para os planetas rochosos.

Existem evidências, mas também perguntas sem respostas

Apesar de ter sido um processo ocorrido em tempos bastante remotos, algumas das evidências que mais dão suporte a essa teoria é a observação do processo da nuvem de gás e poeira como origem de planetas e estrelas ocorrendo em outros pontos da nossa galáxia — e, convenhamos, seria bastante estranho se somente o Sistema Solar tivesse nascido diferentemente de todos os outros sistemas da galáxia. Quando os astrônomos observam estrelas nascendo nas profundezas de nuvens de gás e poeira e outras com discos de detritos no entorno, o que está sendo visto é, possivelmente, um disco parecido com aquele que deu origem aos planetas.

Um exemplo disso é um "berçário espacial" que existe a cerca de 1.300 anos-luz de nós. Na constelação de Órion, o Caçador, existe uma área enevoada próxima da "espada", composta por uma enorme nuvem de gás e poeira. Lá, fica a Nebulosa de Órion, que é onde novas estrelas nascem. Imagens do telescópio espacial Hubble revelaram que muitas delas estão envolvidas por gás e poeira aquecidos que, em alguns milhões de anos, vão dar origem a planetas que vão se mover em torno destas estrelas.

Além disso, simulações computacionais do processo, feitas com detalhes de como tudo deveria acontecer, vêm mostrando que a formação do Sistema Solar a partir de uma nuvem de gás é um caminho viável. Vale lembrar também que as próprias características do Sistema Solar dão suporte à teoria, até porque ela nasceu a partir da observação da nossa vizinhança. Primeiro, todos os planetas orbitam o Sol na mesma direção, sendo que a maior parte das luas também acompanha o movimento, que são aspectos esperados de objetos que vieram do mesmo disco de detritos.

Por fim, os planetas têm as características necessárias para terem se formado a partir de um disco composto principalmente por hidrogênio, em torno de um Sol jovem e bastante quente. Hoje, sabemos que os planetas próximos do Sol têm muito pouco hidrogênio, já que o disco estaria quente demais para se condensar quando se formaram. Já os planetas mais externos são compostos principalmente por este elemento, e são bem mais massivos porque havia muito mais material para se formarem.

Entretanto, isso não significa que a teoria seja inquestionável. Embora esta seja, de fato, uma das ideias mais aceitas entre os cientistas quando o assunto é o nascimento do Sistema Solar, ela ainda deixa abertura para algumas perguntas que, por enquanto, não foram respondidas. Por exemplo, na teoria da nebulosa solar, todos os planetas em torno da estrela deveriam ter a mesma inclinação em relação à eclíptica, mas não é o que vemos nos planetas mais internos e externos, que têm diferentes eixos de inclinação. Ou seja: os estudos continuam até que a ciência possa "bater martelos" e, quem sabe, encerrar a questão.

Fonte: Astronomy, Universe Today, Cornell.edu, Space.com, JPL