Aula 3 de Astronomia: Atmosferas de Outros Mundos - Parte 1

Olá pessoal! Dando continuidade às aulas de Astronomia, vamos falar sobre as atmosferas planetárias, que separam e nos protegem (ás vezes) do frio espaço exterior.

A Terra - um oásis de calma em meio à violência do sistema solar. E tudo o que nos separa do que está lá fora é um fino e frágil envelope de gás: nossa atmosfera. E é graças a essa "fina linha azul" que temos o ar que  respiramos, a água que bebemos e as paisagens que nos rodeiam. 

Atmosferas definem todos os planetas do sistema solar. Elas têm o poder de criar mundos dinâmicos, que são estranhos e caóticos. Mas, curiosamente, nas planícies geladas do sistema solar uma atmosfera criou a maravilha mais inesperada - uma lua que se parece muito com o nosso lar.

Quanto mais alto você sobe, pode-se ver a a atmosfera indo de azul claro a azul-escuro, e depois a preto. A fina linha azul faz da Terra o lugar maravilhosamente diverso que é. Ela atua como um cobertor reconfortante, que prende o calor do sol e ainda nos protege da dureza da sua radiação. Seus movimentos podem ser traçados pela brisa suave ou pelo furacão mais devastador.

A atmosfera nos protege da radiação solar

Podemos perceber a atmosfera que nos rodeia através da mais leve brisa.

Podemos perceber a atmosfera, também graças aos furacões que causam enormes devastações.

O oxigênio e a água da atmosfera têm um papel fundamental na sobrevivência de milhões de espécies diferentes que vivem no planeta. 

As leis da física que criaram nossa atmosfera única são as mesmas leis que criaram muitas atmosferas diversas e diferentes em todo o sistema solar. Quando perfeitamente equilibrado, um mundo tão belo como a Terra, pode evoluir sob as nuvens. Mas a menor alteração pode criar mundos estranhos e violentos. Há planetas em nosso sistema solar que foram transformados em mundos infernais, por nada mais do que os gases de sua atmosfera.

E, assim como as atmosferas podem sufocar um planeta até a morte, também são poderosas o suficiente para  moldar suas superfícies. E, há mundos lá fora que são totalmente atmosfera. Bolas gigantes de gás agitado, onde tempestades de três vezes o tamanho da Terra, duram centenas de anos. 

Planetas como Júpiter são formados quase exclusivamente por gases. Lá, tempestades maiores do que a Terra podem durar centenas de anos.

Todas as atmosferas do sistema solar são únicas, mas os ingredientes e as forças que as moldam são universais. No coração de cada uma, está a cola que mantém o sistema solar unido, uma força fundamental da natureza - a gravidade. A gravidade é, de longe, a  força mais fraca conhecida no universo. Você pode perceber que é muito fácil pegar uma pedra do chão, mesmo que haja todo um planeta, a Terra, puxando a pedra para baixo. Incrivelmente fraca, mas extremamente importante, porque é a única força que existe para manter uma atmosfera no planeta. Quanto maior a massa do planeta, maior a sua força gravitacional. A Terra tem massa suficiente para atrair as moléculas de gases de nossa atmosfera. Prende-as contra a superfície e nos permite respirar. Agora, nós realmente não notamos a presença de nossa atmosfera, porque vivemos nela, o tempo todo. Mas, há muito dela por aí. Há  cinco milhões, bilhões de toneladas de ar ao redor da Terra. Isto é o equivalente a um peso de um quilograma pressionando para baixo em cada centímetro quadrado do nosso corpo. Ou, dito de outra forma, se tenho  um metro quadrado de área, serão dez toneladas de peso pressionando para baixo. Mas isso não é totalmente certo! Não é assim que funciona a pressão do ar. Ela pressiona em todos os sentidos ao mesmo tempo. 

Para demonstrar isso podemos fazer uma simples experiência. Coloque em um copo, um pouco de água. Coloque um papel que impeça o ar de sair do copo e então vire o copo de cabeça para baixo. A água não cai porque a pressão do ar está empurrando a água em todas as direções, tanto para cima quanto para baixo.

A água não cai porque o ar pressiona para todos os lados, inclusive de baixo para cima.

A vida na superfície deste planeta sobrevive, rodeada por esta enorme massa de gás. Nós somos como lagostas, correndo no fundo do oceano. Mas nossa atmosfera faz mais do que simplesmente nos permitir respirar. Ela nos protege da força mais poderosa do sistema solar: nosso Sol.

Se você pergunta a si mesmo: "Por que é que a Terra tem essa temperatura ? Então, a resposta óbvia pode parecer, "Bem, porque está a 150 milhões de quilômetros de distância do Sol". Mas, na verdade, as coisas não são assim tão simples. Por exemplo, no deserto do Namibe, na Namíbia, no sudoeste da África, quando o sol se põe no horizonte, a mudança da temperatura, do dia para a noite, pode chegar a 30 graus Celsius. Isso é uma imensa variação em apenas algumas horas, muito mais do que em um lugar como Manchester, por exemplo. A razão é que este é um dos lugares mais secos do planeta e por isso há muito pouco vapor d´água na atmosfera. Isso significa que a  atmosfera  não é um isolante muito bom, Então, quando o sol desaparece, o calor desaparece rapidamente no espaço. 

No deserto da Namíbia, a variação de temperatura chega a 30ºC do dia para a noite, devido a pouca umidade do ar na região.

Agora, há um planeta no sistema solar, em algum lugar ali, perto do sol, onde a mudança de temperatura, do dia para a noite, não são meros 30 graus Celsius, mas uma quantidade muito maior. A cerca de 58 milhões de quilômetros do sol está o menor planeta do sistema solar: Mercúrio. Esse pedaço de rocha torturada sofre as maiores variações térmicas de todos os planetas: 450 graus Celsius durante o dia, a menos 180 graus à noite.  E tudo porque o mercúrio foi desnudado. Ele praticamente não tem atmosfera.

Planeta Mercúrio - Praticamente sem atmosfera

Como todos os planetas rochosos interiores do sistema solar, Mercúrio teve uma atmosfera, quando foi formado, mas a perdeu muito rapidamente. Aqui na Terra, ao nível do mar, em um volume equivalente a uma pequena pedra, há 10 bilhões de bilhões de moléculas de gás. Em Mercúrio, no mesmo volume, haveria cerca de 100.000, que é 10 milhões de milhões de vezes menos. Ora, planetas seguram sua atmosfera pela força da gravidade. É a única maneira pela qual podem evitar que aquela fina linha azul de gás desapareça no espaço. Assim, quanto maior e mais maciço o planeta, maior será a atração gravitacional e mais fácil o planeta manterá sua atmosfera. Assim, Mercúrio era muito pequeno e quente demais para manter sua atmosfera, e as consequências para o planeta foram absolutamente devastadoras. Atmosferas podem ser apenas uma tira fina de moléculas, Mas são a primeira linha de defesa de um planeta. Sem elas, um planeta como Mercúrio estaria à mercê do nosso violento sistema solar. 

Na cidade de Saskatchewan, no oeste do Canadá, em Novembro de 2008, um pedaço de asteróide, uma rocha espacial, pesando cerca de dez toneladas, Entrou na atmosfera por aqui e caiu a cerca de 30 km em um lugar chamado Buzzard Coulee. Ora, não é incomum que rochas grandes como essa atinjam a Terra. Em média, acontece uma vez por mês. O que tornou este fato incomum foi que atingiu uma área densamente povoada. Então, milhares de pessoas viram e ouviram. Mas, o mais espetacular, foi capturado por um monte de câmeras. Elas mostram o meteorito,riscando o céu a 20 km por segundo. A bola de fogo era mais brilhante que a Lua e tornou o céu da noite azul. Cientistas usaram estas imagens impressionantes para triangular o local do impacto do meteorito. Eles rastrearam um campo, fora da cidade de Lloydminster. Uma equipe de caçadores de meteoritos procurou os restos da enorme explosão, liderados pelo Dr. Alan Hildebrand. Quanta energia possui uma pedra como esta, então? Você sabe o que é uma pedra de 10 toneladas viajando a 50 vezes a velocidade do som? Sabe, seria como se você tivesse estocado 400 toneladas de TNT para explodir. Quero dizer, é realmente muito dramático. 400 toneladas que se dissiparam na atmosfera da Terra.  A atmosfera retarda sua velocidade, naturalmente, causando sua fragmentação. Em apenas cinco segundos está quase tudo acabado.

Meteorito se incendiando devido ao atrito na atmosfera terrestre.

Quão quente algo deve estar para que isto aconteça? 6.000 graus Celsius fariam isto. O meteorito se aproxima a aproximadamente 18, 19, 20 quilômetros por segundo, atinge a atmosfera da Terra cerca de 85 quilômetros acima, começando a sentir seus efeitos. A pedra começa a comprimir o ar à sua frente, criando uma onda de pressão, que, essencialmente, causa seu aquecimento. E teria sido aquecida até algo em torno da temperatura da superfície do Sol. Estaria a 5 ou 6 mil graus Celsius, quando atravessou a atmosfera, iluminou o céu e depois, literalmente, sofreu uma série de explosões recheando a superfície com rochas de pequeno tamanho. Se o meteorito tivesse atingido a Terra intacto, a explosão teria sido equivalente a 400 toneladas de TNT e deixado uma cratera de 20 metros de largura. A Terra foi poupada desse impacto colossal por nada mais do que uma tênue faixa de gases que nos rodeia.

Mas nem todos os planetas têm esta manta de proteção. Quando um meteorito atinge Mercúrio, não há atmosfera para quebrá-lo ou retardá-lo. Ele atinge o chão em alta velocidade e totalmente intacto. Durante os últimos 4,6 bilhões de anos, Mercúrio foi bombardeado por inúmeros asteróides e cometas. Toda a história do passado violento do planeta está estampada em sua superfície um mundo corroído com centenas de milhares de crateras. Crateras dentro de crateras, dentro de crateras. Mercúrio foi condenado desde seu nascimento. É simplesmente muito pequeno e muito quente para ter retido qualquer traço significativo de atmosfera. Nós, por outro lado, somos suficientemente grandes e frios para ter mantido este invólucro de gases. Isso, por sua vez, permite que seres vivos, como nós, evoluam e usem essa atmosfera para respirar e viver.

Por não possuir atmosfera, Mercúrio recebeu, ao longo dos bilhões de anos, milhares de impactos causados pelo choque de cometas e asteroides contra sua superfície.

Mas, há lugares lá fora no sistema solar cujas atmosferas têm os mesmos ingredientes que a nossa, mas quando a fórmula é ligeiramente remodelada, conduz a mundos que não podem ser muito diferentes. A cerca de 108 milhões km do  Sol situa-se o planeta mais brilhante do sistema solar, Vênus. Vênus e Terra compartilham muitas similaridades. Estamos um ao lado do outro no espaço, fomos formados do mesmo material, somos mais ou menos do mesmo tamanho e temos massa e gravidade semelhantes. Mas é aí que termina qualquer semelhança. Vênus é um mundo atormentado, onde espessas nuvens de ácido sulfúrico são conduzidas por ventos fortes e as temperaturas são quentes o suficiente para derreter chumbo. Tudo porque a atmosfera do planeta criou um efeito de estufa. O "efeito estufa" tornou-se uma frase bem conhecida. Você sabe, é sinônimo de aquecimento global. Mas o que é isso? Bem, um planeta como a Terra absorve a energia do Sol como a luz visível. Ora, atmosferas não absorvem muita luz visível, porque você pode ver o Sol. O solo absorve a luz visível, se aquece e, em seguida, volta a irradiá-lo. Mas irradia como radiação infravermelha. Radiação de calor, se você quiser. E os gases atmosféricos, especialmente o dióxido de carbono, são muito bons para absorção no infravermelho e, por isso, prendem o calor e o planeta se aquece. Na Terra, os gases de efeito estufa são essenciais para nossa sobrevivência. Sem eles, nosso planeta seria 30 graus mais frio, muito frio  para suportar a vida como a conhecemos. Mas a atmosfera de Vênus foi inundada com gases de efeito estufa. O Sol, bem próximo,  lentamente evaporou seus oceanos, bombeando vapor d´água para a atmosfera. E dióxido de  carbono, a partir de milhares de vulcões em erupção, adicionado à mistura sufocante. Vênus cresceu cada vez mais quente. O planeta foi lentamente asfixiado até a morte.

Vênus, coberto por uma espessa atmosfera formada com gases do efeito "estufa"

               

Na segunda parte desta aula de Astronomia, veremos o efeito da atmosfera nos outros planetas do Sistema Solar.

Até lá!