Através do movimento de Mercúrio, a NASA vai estudar o Sol

JHU APL / Carnegie Institution of Washington / NASA

Messenger, a sonda lançada pela NASA há 6 anos e meio para explorar Mercúrio

As órbitas dos planetas no nosso Sistema Solar estão a alargar. Isto acontece porque o aperto gravitacional do Sol vai gradualmente enfraquecendo à medida que envelhece e perde massa.

Agora, uma equipa de cientistas da NASA e do MIT (Massachusetts Institute of Technology) mediram indiretamente essa perda de massa e outros parâmetros solares, observando mudanças na órbita de Mercúrio.

Os novos valores melhoram as previsões anteriores, reduzindo a quantidade de incerteza. Isto é especialmente importante para o ritmo da perda de massa solar, porque está relacionado com a estabilidade de G, a constante gravitacional. Embora G seja considerado um número fixo, a questão de saber se é realmente constante é ainda fundamental na física.

“Mercúrio é o objeto de teste perfeito para as nossas experiências por ser tão sensível ao efeito gravitacional e à atividade do Sol”, comenta Antonio Genova, autor principal do estudo publicado na Nature Communications e investigador do MIT que trabalha no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland.

O estudo começou por melhorar as efemérides cartográficas de Mercúrio – o “mapa rodoviário” da posição do planeta no nosso céu ao longo do tempo. Para isso, a equipa baseou-se em dados de rastreamento de rádio que monitorizaram a localização da sonda MESSENGER (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging) da NASA enquanto a missão estava ativa.

A nave robótica fez três voos rasantes por Mercúrio em 2008 e 2009 e orbitou o planeta entre março de 2011 e abril de 2015. Os cientistas trabalharam para trás, analisando mudanças subtis no movimento de Mercúrio como forma de aprender mais sobre o Sol e como os seus parâmetros físicos influenciam a órbita do planeta.

Durante séculos, os cientistas estudaram o movimento de Mercúrio, prestando especial atenção ao seu periélio (ponto orbital mais próximo do Sol). As observações há muito que revelaram que o periélio muda ao longo do tempo, movimento a que chamamos precessão. Embora os puxos gravitacionais de outros planetas representem a maior parte da precessão de Mercúrio, não contabilizam 100%.

A segunda maior contribuição vem da deformação do espaço-tempo em torno do Sol devido à própria gravidade da estrela, agora coberta pela teoria da relatividade geral de Einstein. O sucesso da relatividade geral em explicar a maior parte da precessão restante de Mercúrio ajudou a persuadir os cientistas de que a teoria de Einstein estava correta.

Outras contribuições, muito menores, são atribuídas à estrutura e à dinâmica do interior do Sol. Uma dessas é o achatamento do Sol, uma medida do seu bojo no meio – o seu “pneu na cintura”, digamos – em vez de ser uma esfera perfeita. Os investigadores obtiveram uma estimativa melhorada do achatamento que é consistente com outros tipos de estudos.

Os cientistas foram capazes de separar alguns dos parâmetros solares dos efeitos relativistas, algo não alcançado em estudos anteriores que se basearam em dados de efemérides. A equipa desenvolveu uma técnica inovadora que simultaneamente estimou e integrou as órbitas tanto da MESSENGER como de Mercúrio, levando a uma solução abrangente que inclui quantidades relacionadas com a evolução do interior do Sol e com efeitos relativistas.

“Estamos a abordar questões de longa data e muito importantes tanto na física fundamental como na ciência solar”, afirma Erwan Mazaricos, geofísico de Goddard. “Ao nos debruçarmos nestes problemas a partir de uma perspetiva diferente, podemos ganhar mais confiança nos números e podemos aprender mais sobre a interação entre o Sol e os planetas.”

A nova estimativa da equipa, para a taxa de perda de massa solar, representa uma das primeiras vezes que este valor foi restringido com base em observações e não em cálculos teóricos.

A partir do trabalho teórico, os cientistas previram anteriormente uma perda de um-décimo de 1% da massa do Sol ao longo de 10 mil milhões de anos; é o suficiente para reduzir a atração gravitacional de uma estrela e permitir que as órbitas dos planetas aumentem cerca de 1,5 centímetros, por ano, por UA (unidade astronómica, a distância entre a Terra e o Sol aproximadamente 150 milhões de quilómetros).

O novo valor é ligeiramente inferior às previsões anteriores, mas tem menos incerteza. Isso tornou possível que a equipa melhorasse a estabilidade de G por um fator de 10, em comparação com os valores derivados de estudos do movimento da Lua.

“O estudo demonstra como as medições das alterações nas órbitas planetárias muda ao longo do Sistema Solar e abre a possibilidade de descobertas futuras sobre a natureza do Sol e dos planetas e, de facto, sobre o funcionamento básico do Universo”, afirma a coautora Maria Zuber, vice-presidente de investigação no MIT.

// CCVAlg

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