O mistério de Mercúrio, o planeta que cientistas dizem que não deveria existir – BBC News Brasil

Resolver como Mercúrio se formou não é importante apenas para compreender melhor as origens do nosso próprio Sistema Solar, mas também para estudar planetas em torno de outras estrelas, os exoplanetas.

“Mercúrio é provavelmente o mais próximo que temos de um exoplaneta”, afirmou Saverio Cambioni, cientista planetário do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT, nos EUA), ao se referir à formação incomum do planeta. “É um mundo fascinante.”

Os astrônomos perceberam pela primeira vez que algo estava errado com Mercúrio depois que a sonda Mariner 10, da Nasa, sobrevoou o planeta três vezes, em 1974 e 1975, durante as primeiras visitas da humanidade às regiões mais internas do Sistema Solar.

Esses sobrevoos permitiram as medições iniciais da gravidade do planeta, oferecendo pela primeira vez uma visão de seu interior e revelando seu estranho funcionamento interno.

Terra, Vênus e Marte têm núcleos ricos em ferro que correspondem a cerca de metade de seus raios. No caso da Terra, o núcleo é dividido entre um núcleo interno sólido e um núcleo externo líquido, cujo movimento gera o campo magnético que protege o planeta. Acima dele estão o manto e, depois, a crosta, onde vivemos.

Mercúrio é completamente diferente. Seu núcleo representa quase 85% do raio do planeta, com apenas um manto rochoso muito fino e a crosta acima. Essa estrutura explica a densidade extraordinária de Mercúrio, mas as razões pelas quais o planeta acabou adquirindo essa configuração ainda não são totalmente claras.

“A formação de Mercúrio é um grande problema”, afirma Nicola Tosi, cientista planetário do Centro Aeroespacial Alemão, em Berlim. “Ainda não está claro por que Mercúrio é assim.”

Uma missão posterior ao planeta, a missão Messenger, da Nasa, que orbitou Mercúrio entre 2011 e 2015, levantou ainda mais questionamentos. Girando em torno do Sol a apenas 60 milhões de quilômetros, as temperaturas diurnas em Mercúrio podem chegar a 430 °C, enquanto à noite podem cair para –180 °C.

Mas, apesar dessas condições extremas, a sonda Messenger constatou a presença de elementos voláteis, como potássio e o elemento radioativo tório, na superfície do planeta, substâncias que deveriam ter evaporado há muito tempo sob a intensa radiação solar. Moléculas complexas, como cloro, e até gelo aprisionado em crateras polares sob as sombras do planeta também foram identificados.

Esse conjunto de descobertas fortaleceu a ideia de que Mercúrio talvez não pertença à sua posição atual ao redor do Sol. Há décadas, astrônomos tentam explicar a localização do planeta no Sistema Solar, em uma região onde se acredita que um corpo com essas características dificilmente poderia ter se formado.

Sabemos que os sistemas solares como o nosso começam com um disco de poeira e gás ao redor das estrelas. Aos poucos, os planetas criam lacunas nesse disco e crescem à medida que incorporam mais material.

Mas Mercúrio está distante demais de Vênus para que esse processo faça sentido com base nos modelos de formação planetária. Não importa quais parâmetros os cientistas que estudam a dinâmica dos planetas ajustem: eles simplesmente não conseguem explicar Mercúrio tal como o vemos hoje.

“É uma dor de cabeça”, reconhece Raymond. “Você acaba com nenhum Mercúrio.”

Os astrônomos passaram anos refinando modelos e testando hipóteses sobre como Mercúrio poderia ter se formado, e existem alguns cenários possíveis. Um dos mais debatidos é a ideia de que Mercúrio já foi muito maior, talvez o dobro do volume atual, e quase do tamanho de Marte. Ele também poderia ter orbitado o Sol a uma distância maior.

Essa hipótese é sustentada pelos níveis de potássio e tório detectados em Mercúrio, muito mais semelhantes aos de Marte, um planeta que se formou muito mais longe do Sol.

A teoria sugere que, em algum momento nos primeiros 10 milhões de anos de sua existência, esse proto-Mercúrio foi atingido por um objeto enorme, possivelmente outro planeta do tamanho de Marte.

A colisão teria arrancado as camadas externas do planeta, a crosta e o manto, deixando apenas o núcleo denso e rico em ferro que constitui a maior parte de Mercúrio como o conhecemos hoje.

Essa explicação é talvez a que conta hoje com maior apoio entre os astrônomos, afirma Alessandro Morbidelli, cientista de dinâmica planetária do Observatório Côte d’Azur, em Nice (França).

“A interpretação geral é que Mercúrio sofreu um impacto gigante que removeu a maior parte do manto”, diz.

Deve ter sido um impacto de forma oblíqua (tangencial), para que o planeta não fosse completamente destruído.

Ainda assim, embora colisões fossem comuns no início do Sistema Solar, remover tanta quantidade de material de Mercúrio exigiria um impacto a velocidades superiores a 100 quilômetros por segundo, explica Cambioni, do MIT, um cenário considerado pouco provável, já que a maioria dos objetos orbitava o Sol na mesma direção e a velocidades semelhantes entre si, como carros circulando em uma rotatória.

Um impacto desse tipo também teria eliminado os elementos voláteis de Mercúrio, incluindo o tório, o que torna ainda mais enigmática a detecção dessas substâncias pela sonda Messenger.

Como esses elementos poderiam ter sobrevivido a um evento tão explosivo?

Mesmo sem um impacto, não está claro como esses elementos ainda poderiam permanecer em Mercúrio.

“Algo tão próximo do Sol não deveria ser rico em substâncias voláteis”, afirma David Rothery, geocientista planetário da Open University (Reino Unido), que é codiretor do Mercury Imaging X-ray Spectrometer (MIXS, na sigla em inglês), a bordo da missão BepiColombo, instrumento que irá estudar os elementos voláteis do planeta.

“Então, Mercúrio teria começado muito mais longe ou foram os materiais que se agregaram a ele que se formaram mais distantes?”, questiona.

Talvez Mercúrio não tenha sido atingido, mas tenha sido ele próprio o corpo impactante, colidindo com outro planeta, como Vênus, antes de alcançar sua posição atual.

É uma ideia promissora, porque pode ser mais fácil remover o manto de Mercúrio nesse tipo de colisão. “É mais simples explicar Mercúrio como o objeto que impactou, e não como o que foi impactado”, diz Olivier Namur, geólogo planetário da Universidade Católica de Lovaina (Bélgica).

Mercúrio não teria sido o único projétil do tamanho de um planeta a cruzar o Sistema Solar em seus primórdios. Acredita-se que a própria Lua tenha se formado quando um objeto do tamanho de Marte, chamado Téia, colidiu com a Terra em seus estágios iniciais, arrancando um grande pedaço do planeta.

Em qualquer um dos cenários de impacto envolvendo Mercúrio, não está claro por que os detritos rochosos lançados ao espaço não voltaram a se depositar sobre o planeta nem formaram suas próprias luas (Mercúrio não tem nenhuma).

Uma possibilidade é um processo chamado pulverização por colisão, no qual o material expelido por Mercúrio teria sido triturado em partículas cada vez menores, até virar pó, e depois levado pelo vento solar.

“A pulverização por colisão ocorre quando os próprios detritos vão se fragmentando em pedaços cada vez menores”, explica Jennifer Scora, especialista em formação planetária da Universidade de Toronto (Canadá).

“O resultado é um Mercúrio menor e mais denso.” No entanto, segundo Scora, a taxa de pulverização necessária para que isso funcione é muito alta, possivelmente maior do que se espera que ocorra na prática.

Outro cenário possível é que não tenha havido um impacto gigantesco e que Mercúrio tenha, de fato, se formado a partir de material mais próximo do Sol, mais rico em ferro.

Nesse cenário, defendido por Anders Johansen, especialista em formação planetária da Universidade de Lund (Suécia), Mercúrio teria se formado em uma região do Sistema Solar muito mais quente do que aquela onde surgiram os outros planetas. Explosões do Sol primitivo teriam evaporado a maior parte da poeira leve na região de Mercúrio, deixando apenas material mais pesado e rico em ferro para se fundir.

“É assim que seria possível formar um planeta rico em ferro”, argumenta Johansen.

Essa teoria também apresenta problemas. Se fosse verdade, porque é que Mercúrio teria parado de crescer no estágio atual, em vez de continuar acumulando material rico em ferro?

“Havia muito material disponível ao redor”, diz Johansen. “Portanto, não sabemos porque acabamos com o pequeno planeta que vemos hoje.”

Ao redor de outras estrelas, há evidências de versões maiores de Mercúrio, conhecidas como “super Mercúrios”, planetas densos e ricos em ferro, muito mais massivos e maiores do que a Terra, mas ainda com um grande núcleo de ferro.

A razão pela qual ainda não descobrimos planetas do tamanho de Mercúrio é simples: eles são pequenos demais para serem detectados diante do brilho e da influência gravitacional de suas estrelas hospedeiras.

Observações de outras estrelas indicam que os “super Mercúrios” podem ser bastante comuns na nossa galáxia, afirma Cambioni, do MIT, representando talvez entre 10% e 20% de todos os planetas.

Isso também cria alguns problemas, porque, assim como Mercúrio, não sabemos como eles se formam. “Eles são desconfortavelmente comuns”, ressalta Cambioni.

Há ainda uma outra teoria para a formação de Mercúrio: a de que os planetas internos não se formaram exatamente nas posições que ocupam hoje, mas passaram por um processo de deslocamento.

Nesse modelo do Sistema Solar, os planetas internos — Mercúrio, Vênus, Terra e Marte — poderiam ter se formado em dois anéis distintos de material ao redor do Sol. A Terra e Vênus teriam se formado junto com Mercúrio no anel interno, antes de “migrar e deixar Mercúrio para trás”, diz Raymond, devido à menor massa do planeta

Um modelo de Matt Clement, cientista de dinâmica planetária da Universidade de Oxford (Reino Unido), sugere que os planetas rochosos podem ter se formado muito mais perto do Sol, dentro da órbita atual de Mercúrio, antes de migrarem para o exterior.

“Mercúrio fica fora da ação e acaba sem material”, afirma Clement. A ideia não explica completamente por que é que Mercúrio teria um núcleo tão grande, a menos que o planeta tenha se deslocado para uma região do Sistema Solar mais rica em ferro, mas ajuda a explicar seu tamanho e a distância em relação a Vênus. “Acho que a migração é necessária”, diz.

Existem também hipóteses mais incomuns. E se Mercúrio não fosse propriamente um planeta rochoso, mas o núcleo exposto de um planeta gigante gasoso, como Júpiter, cuja atmosfera teria sido arrancada?

Embora essa possibilidade já tenha sido levantada, Cambioni a considera improvável. “É muito difícil remover a atmosfera de um planeta do tamanho de Júpiter”, afirma, por causa de sua imensa gravidade.

Tudo isso fornece aos astrônomos muitas pistas, mas ainda não há consenso sobre como Mercúrio se formou. A missão BepiColombo pode trazer algumas respostas.

Quando a missão, que, na prática, consiste em duas naves espaciais operadas em conjunto pela Agência Espacial Europeia (ESA) e pela Agência Espacial Japonesa (JAXA), entrar na órbita em torno de Mercúrio, as duas naves espaciais se separarão.

Elas usarão seus instrumentos para mapear a composição da superfície do planeta e, ao mesmo tempo, estudar sua gravidade e o fraco campo magnético de Mercúrio, entre outras observações.

“A BepiColombo fará medições adicionais que poderão nos informar sobre a origem de Mercúrio”, afirma Tosi. De especial interesse será descobrir do que são feitas a superfície e subsolo do planeta. “Conhecer essa composição impõe limites às hipóteses de formação do planeta”, acrescenta.

Se Mercúrio já foi maior e depois perdeu material, isso teria criado um manto temporariamente fundido, um vasto oceano de magma do qual poderíamos ver evidências hoje. “Esse material se solidifica de uma maneira específica”, observa Tosi.

As primeiras imagens enviadas pela espaçonave em seu primeiro sobrevoo, no início deste ano, ainda não revelaram sinais desse oceano de magma primordial. Elas mostram, porém, a superfície de um planeta marcada por crateras de impacto e cortada por antigos fluxos de lava.

Também foram identificados vestígios de um fluxo de lava de cerca de 3,7 bilhões de anos, que se solidificou formando extensas áreas de superfície lisa e preenchendo crateras mais antigas.

Embora muito mais recente do que o possível oceano de magma inicial, as rugas características nessas superfícies lisas indicam que o planeta vem se contraindo drasticamente desde então, à medida que esfriou ao longo de bilhões de anos.

As medições de gravidade da sonda, que registram o quanto o planeta se deforma em resposta à gravidade do Sol por meio do reflexo de um laser em sua superfície, também devem oferecer aos cientistas uma compreensão mais precisa da estrutura do núcleo, outra peça fundamental da história de Mercúrio.

“Conhecer a composição do núcleo também ajudará a reconstruir a origem de Mercúrio”, afirma Tosi.

A missão BepiColombo também deve revelar mais informações sobre os elementos voláteis do planeta, que continuam sendo um enigma. “Sabemos que Mercúrio é rico em voláteis, mas não sabemos exatamente quais são todos eles”, diz Rothery, da Open University.

BepiColombo pode ainda ajudar a esclarecer outros mistérios do planeta, como o motivo de sua superfície, salpicada de crateras, ser tão escura. Mercúrio reflete apenas cerca de dois terços da luz refletida pela Lua, o que sugere a existência de uma camada de material escuro, como grafite, recobrindo sua superfície.

Para compreender de fato a origem de Mercúrio, porém, cientistas sonham em pousar no planeta algum dia, algo que chegou a integrar a proposta original da missão BepiColombo, mas foi descartado por custo e complexidade, e talvez até trazer amostras de volta à Terra.

“O que realmente queremos é uma amostra de Mercúrio”, afirma Rothery, o que permitiria decifrar exatamente do que o planeta é feito.

Não há uma missão desse tipo planejada para o futuro próximo, embora algumas propostas tenham sido apresentadas.

Em vez de um pouso, “nossa maior esperança é encontrar um meteorito originário de Mercúrio”, diz Rothery. Isso pode ser possível. Centenas de meteoritos de Marte já foram encontrados na Terra, mas nenhum que seja definitivamente de Mercúrio (ou Vênus).

Já se sugeriu que uma classe rara de meteoritos encontrados na Terra, conhecida como aubritos (um tipo de acondrito), poderia ser composta por fragmentos de um suposto proto-Mercúrio, um planeta primordial maior que teria sido atingido por outro corpo.

A ideia é considerada uma “mera especulação”, avalia Morbidelli, mas ainda assim é atraente, porque esses meteoritos apresentam química e mineralogia semelhantes ao que se imagina que teria um proto-Mercúrio.

Camille Cartier, petróloga da Universidade de Lorraine (França), coordena um estudo sobre aubritos (um tipo de meteorito) para investigar essa possibilidade nos próximos anos. “Temos uma supercoleção” de meteoritos aubritos, afirma, com cerca de 20 amostras diferentes reunidas por sua equipe. Agora, elas serão analisadas para verificar se são, de fato, fragmentos de Mercúrio.

“Precisamos de evidências sólidas a favor ou contra essa hipótese”, diz Cartier.

O que está em jogo na compreensão da formação de Mercúrio é entender como os planetas se formam. O planeta teria sido uma mera casualidade, resultado de uma colisão aleatória em alta velocidade no nosso Sistema Solar, ou algo mais comum? “Talvez Mercúrio não seja um objeto tão raro e seja um resultado natural da formação planetária”, sugere Tosi.

Por ora, o enigma sobre as origens de Mercúrio permanece. Por que temos esse planeta estranhamente pequeno e supermetálico no nosso Sistema Solar? E será que outras estrelas também têm seus próprios Mercúrios?

À primeira vista, Mercúrio pode parecer um mundo cinzento, sem grande interesse aparente. Mas, em essência, esse planeta enigmático pode ser um dos lugares mais fascinantes do Sistema Solar.

“É possível que Mercúrio seja simplesmente um planeta improvável”, diz Scora. Um planeta que na maioria das linhas temporais simplesmente não deveria existir, mas que, na nossa, existe.