A análise dos dados da gravidade coletados pela nave espacial que orbita outros mundos revela insights inovadores sobre estruturas planetárias sem ter que pousar na superfície.
Embora a lua e o asteróide Vesta sejam muito diferentes, dois estudos da NASA usam a mesma técnica para revelar novos detalhes sobre o interior de ambos.
No estudo lunar, publicado 14 de maio Na revista Nature, os pesquisadores desenvolveram um novo modelo de gravidade da lua que inclui pequenas variações na gravidade do corpo celestial durante sua órbita elíptica em torno da Terra. Essas flutuações fazem com que a lua se flexione levemente devido à força das marés da Terra – um processo chamado deformação das marés – que fornece informações críticas sobre a profunda estrutura interna da lua.
Usando seu modelo, os pesquisadores produziram o mapa gravitacional lunar mais detalhado até agora, fornecendo às missões futuras uma maneira aprimorada de calcular a localização e o tempo na lua. Eles conseguiram isso analisando dados sobre o movimento da NASA Grail (Recuperação de Gravidade e Laboratório Interior) Missão, cuja espaçonave, refluxo e fluxo, orbitou a lua de 31 de dezembro de 2011 a 17 de dezembro de 2012.
Em um segundo estudo, publicado Na revista Nature Astronomy, em 23 de abril, os pesquisadores se concentraram em Vesta, um objeto no principal cinturão de asteróides entre Marte e Júpiter. Usando a NASA Rede Espacial Deep Dados radiométricos e dados de imagem da agência Alvorecer A espaçonave, que orbitou o asteróide de 16 de julho de 2011 a 5 de setembro de 2012, eles descobriram que, em vez de ter camadas distintas como esperado, a estrutura interna de Vesta pode ser principalmente uniforme, com um núcleo de ferro muito pequeno ou nenhum núcleo.
Ambos os estudos foram liderados por Ryan Park, supervisor do grupo de dinâmica do sistema solar no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, no sul da Califórnia, e tinham anos em fabricação devido à sua complexidade. A equipe usou supercomputadores da NASA para construir um mapa detalhado de como a gravidade varia em cada corpo. A partir disso, eles poderiam entender melhor o que a lua e a Vesta são feitos e como os corpos planetários em todo o sistema solar se formaram.
“A gravidade é uma propriedade única e fundamental de um órgão planetário que pode ser usado para explorar seu interior profundo”, disse Park. “Nossa técnica não precisa de dados da superfície; só precisamos rastrear o movimento da espaçonave com muita precisão para obter uma visão global do que está dentro”.
O estudo lunar analisou as mudanças gravitacionais nos lados próximos e distantes da lua. Enquanto o lado próximo é dominado por vastas planícies – conhecidas como égua – formada por rocha derretida que esfriou e solidificou bilhões de anos atrás, o lado oposto é mais acidentado, com poucas planícies.
Algumas teorias sugerem um intenso vulcanismo no lado próximo, provavelmente causou essas diferenças. Esse processo teria causado elementos radioativos e geradores de calor a acumularem-se profundamente dentro do manto do lado próximo, e o novo estudo oferece as evidências mais fortes, mas esse é provavelmente o caso.
“Descobrimos que o lado próximo da lua está flexionando mais do que o lado oposto, o que significa que há algo fundamentalmente diferente na estrutura interna do lado próximo da lua em comparação com o seu lado oposto”, disse Park. “Quando analisamos os dados pela primeira vez, ficamos tão surpresos com o resultado que não acreditamos. Então, executamos os cálculos muitas vezes para verificar as descobertas. No total, isso é uma década de trabalho”.
Ao comparar seus resultados com outros modelos, a equipe de Park encontrou uma diferença pequena, mas maior do que o esperado, em quanto os dois hemisférios se deformam. A explicação mais provável é que o lado próximo tem uma região quente do manto, indicando a presença de elementos radioativos geradores de calor, que é evidência de atividade vulcânica que moldou o lado próximo da Lua de 2 bilhões a 3 bilhões de anos atrás.
A equipe de Park aplicou uma abordagem semelhante para o estudo que se concentrou nas propriedades rotacionais da VESTA para aprender mais sobre seu interior.
“Nossa técnica é sensível a quaisquer mudanças no campo gravitacional de um corpo no espaço, seja esse campo gravitacional mudando com o tempo, como a flexão das marés da lua ou através do espaço, como um asteróide balançando”, disse Park. “Vesta oscilam enquanto gira, para que pudéssemos medir seu momento de inércia, uma característica altamente sensível à estrutura interna do asteróide.”
Mudanças na inércia podem ser vistas quando um skatista de gelo gira com os braços mantidos para fora. Quando eles puxam os braços, trazendo mais massa em direção ao seu centro de gravidade, sua inércia diminui e suas acelerações de rotação para cima. Ao medir a inércia de Vesta, os cientistas podem obter uma compreensão detalhada da distribuição de massa dentro do asteróide: se sua inércia for baixa, haveria uma concentração de massa em direção ao seu centro; Se for alto, a massa seria mais uniformemente distribuída.
Algumas teorias sugerem que, durante um longo período, Vesta gradualmente formou camadas de cebola e um núcleo denso. Mas a nova medição de inércia da equipe de Park sugere que Vesta é muito mais homogêneo, com sua massa distribuída uniformemente por toda parte e apenas um pequeno núcleo de material denso, ou nenhum núcleo.
A gravidade puxa lentamente os elementos mais pesados para o centro de um planeta ao longo do tempo, e foi assim que a Terra acabou com um denso núcleo de ferro líquido. Embora Vesta tenha sido considerado um asteróide diferenciado, uma estrutura mais homogênea sugeriria que pode não ter camadas totalmente formadas ou pode ter se formado a partir dos detritos de outro corpo planetário após um impacto maciço.
Em 2016, Park usou os mesmos tipos de dados que o estudo Vesta para se concentrar no segundo alvo do Dawn, no planeta anão Ceres e Resultados sugeriu um interior parcialmente diferenciado.
Park e sua equipe aplicaram recentemente uma técnica semelhante à Lua Vulcânica de Júpiter, usando dados adquiridos pela NASA’s Juno e Galileu espaçonave durante seus flybys do satélite joviano, bem como de observações baseadas no solo. Medindo como a gravidade de IO muda enquanto orbita Júpiter, que exerce uma força de maré poderosa, eles revelado que é improvável que a lua ardente possua um oceano de magma global.
“Nossa técnica não é restrita apenas a IO, Ceres, Vesta ou a Lua”, disse Park. “Existem muitas oportunidades no futuro para aplicar nossa técnica para estudar os interiores de órgãos planetários intrigantes em todo o sistema solar”.
Ian J. O’Neill
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