O Sistema Solar: a bolha que nos guarda

De onde viemos

O primeiro estudo desta trilha foi O Estudo da Nossa Estrela: o Sol por dentro, da fusão no núcleo até a anã branca que ele vai virar. Hoje a gente sai da estrela e olha em volta, para tudo o que ela segura e para a bolha que ela sopra.

É o primeiro dia da rotina diária de astronomia. A trilha segue em ordem: Sol → Sistema Solar → estrelas da vizinhança → estrelas → galáxias → buracos negros → cosmologia.

O que é o Sistema Solar

Pela conta da NASA, o Sistema Solar tem uma estrela, oito planetas, cinco planetas anões com nome oficial, centenas de luas e milhares de asteroides e cometas. E ele vai muito além dos planetas.

Para medir essas distâncias, quilômetro não serve. A régua é a unidade astronômica (UA): a distância média da Terra ao Sol, uns 149,6 milhões de quilômetros. Netuno fica a cerca de 30 UA. A heliopausa, a borda da bolha do vento solar, a cerca de 120 UA. A Nuvem de Oort, a milhares de UA.

Os oito planetas

Os números abaixo são da Planetary Fact Sheet da NASA. A coluna em UA foi calculada dividindo a distância por 149,6 milhões de km.

Os quatro de dentro são rochosos e pequenos. Os quatro de fora são gigantes. Júpiter sozinho tem mais que o dobro da massa de todos os outros planetas juntos: 1.898 contra uns 770 (×10²⁴ kg), somando a própria tabela.

E repare no salto das distâncias. De Mercúrio a Marte, tudo cabe em 1,5 UA. Depois de Marte, as distâncias explodem: Júpiter fica a 5,2 UA, e daí em diante cada gigante está entre 1,5 e 2 vezes mais longe que o anterior. Netuno está 30 vezes mais longe do Sol do que nós.

Além dos planetas

O cinturão de Kuiper. Depois de Netuno começa uma região em forma de rosca, cheia de corpos gelados que sobraram da formação do Sistema Solar. Pela NASA, ela começa na órbita de Netuno, por volta de 30 UA, e a parte principal termina perto de 50 UA. Por cima da borda, o disco disperso continua até quase 1.000 UA. Já foram catalogados mais de 2.000 objetos além de Netuno, e isso é uma fração pequena do que os cientistas acham que existe. Plutão mora aqui, numa órbita que vai de uns 30 a uns 50 UA.

A Nuvem de Oort. Bem mais longe fica uma casca grossa de pedaços de gelo, alguns maiores que montanhas, em volta do Sol inteiro. A faixa mais citada pela NASA vai de 5.000 a 100.000 UA, chegando talvez a um quarto ou à metade do caminho até a próxima estrela. Mas atenção: ninguém nunca viu a Nuvem de Oort. A existência dela é prevista por modelos matemáticos e pelos cometas que parecem chegar de lá. A ideia mais aceita é que ela se formou com restos da construção dos planetas, jogados para longe pela gravidade dos gigantes, principalmente Júpiter.

A heliosfera

O Sol não só ilumina. Ele sopra. Sai dele um fluxo constante de partículas carregadas, o vento solar, a uns 400 km por segundo. Esse vento passa por todos os planetas e vai até umas três vezes a distância de Plutão, até ser freado pelo gás e pela poeira que existem entre as estrelas, o meio interestelar.

O resultado é uma bolha gigante em volta do Sol e dos planetas: a heliosfera. Pela NASA, ela funciona como um escudo, protegendo os planetas de boa parte da radiação cósmica que vem da galáxia.

A bolha tem camadas:

1. Choque de terminação. Onde o vento solar, empurrando o meio interestelar, cai de repente de velocidade supersônica para abaixo da do som.
2. Heliobainha. A camada de fora, ainda dominada pelo campo magnético e pelas partículas do Sol, mas já turbulenta.
3. Heliopausa. A borda. Onde o vento solar encontra o meio interestelar e para. Do lado de fora, o campo magnético do Sol não manda mais.

As duas Voyager

Só duas naves na história trabalharam do lado de fora dessa bolha: as Voyager 1 e 2, lançadas em 1977.

A Voyager 1 foi o primeiro objeto feito por gente a entrar no espaço interestelar. A Voyager 2, que é a única nave que passou por Urano e Netuno, chegou seis anos depois, por outro caminho, no hemisfério sul da bolha. E levou uma vantagem: o instrumento de plasma dela ainda funcionava (o da Voyager 1 parou em 1980). No dia 5 de novembro de 2018, ele viu a velocidade do vento solar despencar, e desde então não mediu mais vento solar em volta da nave.

Duas sondas, duas trilhas, duas distâncias diferentes, e as duas certas. A bolha não é uma esfera perfeita: ela é moldada pelo movimento do Sol pela galáxia e pela pressão do meio interestelar. Uma medição só não desenha a bolha inteira.

Uma surpresa da Voyager 2: o meio interestelar logo depois da heliopausa saiu mais quente do que se esperava, de 30.000 a 50.000 K, contra os 15.000 a 30.000 K que os modelos previam.

As Pioneer 10 e 11, já silenciosas, e a New Horizons também seguem rumo ao espaço interestelar. Mas, até hoje, só as Voyager operaram do lado de fora.

Duas bordas

Aqui está o detalhe que mais confunde: sair da heliosfera não é sair do Sistema Solar.

A heliosfera é a borda do vento do Sol. A Nuvem de Oort é a borda da gravidade dele. A primeira fica a uns 120 UA. A segunda, a dezenas de milhares. A NASA estima que a Voyager 2 leva uns 300 anos para chegar ao começo da Nuvem de Oort e talvez 30.000 anos para atravessá-la.

Ou seja: as Voyager já saíram da bolha, mas ainda estão dentro de casa.

Onde o dado termina

Como no estudo do Sol, nem tudo aqui tem o mesmo peso.

• Medido diretamente: massas, diâmetros e órbitas dos planetas; as datas e distâncias dos cruzamentos das Voyager; a queda do vento solar e a subida dos raios cósmicos na heliopausa; os mais de 2.000 objetos catalogados além de Netuno.
• Modelo, com boa convergência: a forma e o tamanho da heliosfera fora das duas trilhas das Voyager; a formação da Nuvem de Oort por espalhamento gravitacional.
• Em aberto: a Nuvem de Oort em si, que é inferida e nunca foi vista; onde ela começa (páginas da própria NASA falam em cerca de 1.000, 2.000 a 5.000 ou 5.000 UA); a forma exata da bolha; por que o meio interestelar ali perto é mais quente que o previsto.

Correções feitas na conferência. As distâncias de Marte a Netuno seguem a versão atual da tabela da NASA (versões antigas trazem, por exemplo, 4.495 milhões de km para Netuno; a atual diz 4.515). A data da Voyager 2 na heliopausa é 5/11/2018, a que a NASA e os artigos da Nature Astronomy usam; 10/12/2018 é o dia do anúncio. A Voyager 1 cruzou a 121,6 UA, que a NASA arredonda para cerca de 122.

Para que serve

O Castelo também é uma bolha. Guarda o que entra, filtra o que vem de fora e tem fronteiras em camadas. E a lição das Voyager é de método: cruzar fontes, porque uma trilha só não mostra a forma toda; e dizer o que é medido, o que é modelo e o que está em aberto, porque a borda que mais importa nem sempre é a que se vê.

Próximo passo da trilha: sair da casa e visitar os vizinhos. Proxima Centauri e o sistema Alpha Centauri.

Fontes

• Planetary Fact Sheet — NASA NSSDCA: massas, diâmetros e distâncias médias dos planetas.
• Solar System Facts — NASA: composição do Sistema Solar; Nuvem de Oort de 5.000 a 100.000 UA, nunca observada diretamente.
• Kuiper Belt Facts — NASA: 30 a 50 UA; disco disperso até quase 1.000 UA; mais de 2.000 objetos catalogados.
• Oort Cloud Facts — NASA: borda interna de 2.000 a 5.000 UA, externa de 10.000 a 100.000 UA; formação; órbita de Plutão.
• Heliosphere — NASA Heliophysics: a bolha do vento solar e o escudo contra a radiação cósmica.
• Voyager Interstellar Mission — NASA: choque de terminação a 94 e 84 UA; heliopausa; só as Voyager operaram fora da heliosfera.
• Voyager 1 e Voyager 2 — NASA: datas de lançamento, de cruzamento e de sobrevoo.
• NASA's Voyager 2 Probe Enters Interstellar Space — NASA, 2018: instrumento de plasma; heliosfera não é a borda do Sistema Solar; 300 e 30.000 anos até e através da Nuvem de Oort.
• Burlaga et al., Nature Astronomy, 2019: Voyager 1 a 121,6 UA e Voyager 2 a ≈119,0 UA na heliopausa.
• Richardson et al., Nature Astronomy, 2019: plasma na heliopausa; meio interestelar a 30.000–50.000 K.