Bertília Madeira Ferreira Alves
O FUTURO DA
EXPLORAÇÃO ESPACIAL EUROPEIA
DO SISTEMA SOLAR
FACULDADE DE CIÊNCIAS DA UNIVERSIDADE DO PORTO
DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA APLICADA
Porto, 2007
Bertília Madeira Ferreira Alves
O FUTURO DA
EXPLORAÇÃO ESPACIAL EUROPEIA
DO SISTEMA SOLAR
Tese Submetida à Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
para obtenção do grau de Mestre
FACULDADE DE CIÊNCIAS DA UNIVERSIDADE DO PORTO
DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA APLICADA
Porto, 2007
Ao meu filho
João Pedro
Agradecimentos
Agradecimentos
As últimas palavras que deposito neste trabalho são de agradecimento e para dedicar a todas as
pessoas que estiveram ao meu lado ao longo destes meses de trabalho.
Nesta página do meu trabalho espero encontrar a melhor forma de comunicar a todos o quanto
lhes estou agradecida e o quanto sinto que, a todos, devo alguma parte deste trabalho.
Ao Professor Doutor Pedro Viana, orientador científico desta dissertação, agradeço a completa
disponibilidade, sempre demonstrada, para me auxiliar na escrita desta dissertação, tal como o
empenho, as sugestões, os esclarecimentos, os comentários e o todo o material que me
disponibilizou. Agradeço ainda, porque foi mesmo muito importante para mim, as palavras de
compreensão, apoio, incentivo e de confiança, pois foram elas que me fizeram chegar aqui.
A todos os Professores que tive o prazer de conhecer no primeiro ano do Mestrado em Ensino da
Astronomia, quero deixar uma palavra de agradecimento, pelos conhecimentos transmitidos e
pelo carinho no trato. A Simplicidade é apanágio dos Grandes.
Aos meus amigos Paula Almeida e Manuel Augusto, porque já não existem pessoas como vós.
Tenho-vos no meu coração e manter-vos-ei lá para sempre. Obrigada pela amizade, pela
compreensão, pelo apoio e por nunca me teres deixado desistir.
À minha colega e amiga Cristina, quero expressar o meu agradecimento, pelos importantes
esclarecimentos e auxílio na tradução de alguns documentos em Inglês.
Quero agradecer aos meus pais e aos meus sogros que ao longo deste longo período de trabalho
muitas vezes me substituíram e me aliviaram das mais diversas tarefas, e, sobretudo, cuidaram de
mim, do meu marido e do meu filho. E à minha irmã Alice pelo tempo e amor dedicados ao meu
filho João Pedro.
Ao João, meu companheiro de sempre, meu amor e meu amigo, agradeço por ser um excelente
marido e ainda melhor pai.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
5
Resumo
Resumo
O objectivo principal de O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar é a
abordagem à temática da exploração espacial prevista no programa da Agência Espacial
Europeia (ESA) “Cosmic Vision 2015/2025” e foi elaborado essencialmente a pensar nos
alunos do ensino secundário, onde o processo utilizado visa ser um bom contributo para o
conhecimento académico e desenvolvimento cultural do discente.
A disciplina de Ciências Físico-Químicas possui uma forte componente em Astronomia e dos
assuntos relacionados. A pensar neste facto foi elaborado um primeiro capítulo, “Explorando
o Sistema Solar”, onde são explorados os assuntos previstos nos programas da disciplina de
7º e 10º anos de escolaridade e 12º ano de Química.
O segundo capítulo deste documento, “ESA – Uma Agência Espacial”, pretende transmitir
ao leitor a missão da ESA, que passa por desenvolver e pôr em prática as potencialidades dos
projectos científicos e espaciais.
O terceiro capítulo, “O Futuro da Exploração Espacial Europeia no Sistema Solar” visa
descrever e explicar as missões da Agência Espacial Europeia planeadas para a década de
2015 a 2025 no âmbito da exploração espacial do Sistema Solar.
O quarto capítulo, “Propostas de Actividades a realizar com os alunos do Ensino Básico e
Secundário no âmbito d'O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar”,
inclui a apresentação de propostas de actividades a realizar com os alunos do ensino básico e
secundário no âmbito do programa espacial “Cosmic Vision 2015/2025”. Em particular, foi
elaborado um projecto a implementar ao longo de um ano lectivo na área curricular não
disciplinar de “Área de Projecto”, do 12º ano, que visa envolver os alunos na concepção,
realização e avaliação de projectos que visem a intervenção dos discentes no processo de
decisão d'O Futuro da Exploração Espacial Europeia no Sistema Solar, através da
articulação interdisciplinar.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
5
Resumo
Concluindo, o objectivo geral deste trabalho passa por situar o planeta Terra no Universo e,
em particular, no Sistema Solar, tal como definir a sua inter-relação com este sistema. Este
documento permite reflectir sobre a ideia de exploração espacial do Sistema Solar, prevista
para os próximos anos, nomeadamente entre 2015 e 2025, no âmbito do programa Cosmic
Vision, e permitirá aos alunos identificar a Ciência como uma actividade humana, fortemente
dependente de factores sociais.
6
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Abstract
Abstract
The main goal of The Future of European Space Exploration of the Solar System is to
explore the theme of space exploration in the program of ESA (European Space Agency)
“Cosmic Vision 2015/2025” and it was prepared for secondary school students, where it
intends to contribute to the academic knowledge and to the cultural development of the
student.
The subject of Physics and Chemistry has a strong component of Astronomy and of the topics
related to it. With this in mind was elaborated the first chapter, “Exploring the Solar
System” where was subjects of the 7th, and 10th grades and also of the 12th grade of Chemistry
are contemplated.
The second chapter of this document, “ESA - European Space Agency”, informs about the
mission of the ESA, developing and working out the potentialities of the scientific and space
projects.
The third chapter, “The Future of the European Space Exploration of the Solar System”,
describes and explains the missions of ESA planned for the decade from 2015 to 2025 in the
context of the space exploration of the Solar System.
The fourth chapter, “Proposals of activities to be done with the students of the Basic
Education and the Secondary Education in the content of the Future of the European
Space Exploration of the Solar System”, includes the presentation of the proposals of
activities to be done with the students from the levels of education mentioned above but now
in the context of the space program “Cosmic Vision 2015/2025”. In particular, it was
elaborated a project to be implemented along the school year in the subject “Área de
Projecto” of the 12th grade. Its aims are to involve students in the conception, realization and
evaluation of projects, allowing them to participate in the process of decision of the “Future
of the European Space Exploration of the Solar System”, through an interdisciplinary
articulation.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
9
Abstract
In summary, the main goal of this project is to situate the Planet Earth in the Universe and in
particular in the Solar System, as well as to define its interrelation with this System. This
document reflects about the idea of space exploration of the Solar System which is
contemplated for the next years, namely between 2015 and 2025, in the content of the
program Cosmic Vision, which allows students to identify the Science as a human activity
strongly dependent on social factors.
10
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Resumo
Résumé
L'objectif principal de: “Le Futur de L'Exploration Spatiale Européenne du Système
Solaire”, c'est l'abordage au thème de l'exploration spatiale prévu dans le programme de
l'Agence Spatiale Européenne (ESA) du “Cosmic Vision 2015-2025” qui a été fait en pensant
aux élèves de l'enseignement secondaire, où le processus utilisé sert parfaitement l'objectif des
élèves car il permet les connaissances académiques et le développement culturel des élèves.
Les disciplines de Physique et de Chimique ont dans leur programme une part très importante
dédiée à l'astronomie et ses dérivés, c'est pour cela que l'on a écrit un premier chapitre nomme
“En Explorant le Système Solaire” où sont traités les sujets prévus dans les cours de
Physique et de Chimique en quatrième seconde et de Chimique en Terminale.
Le deuxième chapitre de ce document “ESA – Une Agence Spatiale” prétend donner au
lecteur la mission de développer et d'exerciter les possibilités des projets scientifiques et
spatiaux.
Le troisième chapitre nommé, “Le Futur de L'Exploration Spatiale Européenne du
Système Solaire” sert à décrire et à expliquer les missions de l'Agence Spatiale Européenne
prévues pour la décennie de 2015 à 2025 à propos de l'exploration spatiale du Système
Solaire.
Le quatrième chapitre intitulé, “Exemples d'activités à réaliser avec les élèves de
l'enseignement primaire et secondaire à propos du Futur de L'Exploration Spatiale
Européenne du Système Solaire”, contient des propositions d'activités à faire avec les élèves
de l'enseignement primaire et secondaire au niveau du programme spatial “Cosmic Vision
2015-2025”. Á titre particulier, il existe un projet qui permet de travailler pendant l'année
scolaire en "Área de Projecto", de la terminale, la conception, la réalisation et l'évaluation des
projets qui incluent l'intervention des élèves dans le processus de décision du Futur de
L'Exploration Spatiale Européenne dans le Système Solaire, au travers de l'articulation
interdisciplinaire.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
11
Resumo
En conclusion, l'objectif général de ce travail consiste à situer la planète Terre dans l'Univers
et en particulier dans le Système Solaire, ainsi que définir son interrelation avec le Système.
Ce document permet de réfléchir sur cette idée de l'exploration spatiale du Système Solaire
prévue pour les prochaines années, plus précisément entre 2015 et 2025, inséré dans le
programme Cosmic Vision et permettra aux élèves d'identifier la Science comme une activité
humaine, très dépendante de facteurs sociaux.
12
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Índice
Índice
Página
Resumo
7
Abstract
9
Résumé
11
Introdução
29
Capítulo 1: Explorando o Sistema Solar
31
1.1. Perspectiva Histórica
31
1.2. A Formação do Sistema Solar
33
1.3. Descrição, Características e Dinâmica do Sistema Solar
34
1.3.1.
35
O Sol
A Estrutura Interna do Sol
36
O Campo Magnético Solar
40
O Futuro do Sol
43
A Exploração do Sol
43
1.3.2.
45
O Reino do Sol
Mercúrio
46
A Superfície de Mercúrio
47
A Estrutura Interna de Mercúrio
48
Os Movimentos de Mercúrio
50
A Exploração de Mercúrio
50
Vénus
51
A Estrutura Interna de Vénus
51
A Superfície de Vénus
52
A Atmosfera de Vénus
53
Os Movimentos de Vénus
54
A Exploração de Vénus
54
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
13
Índice
Terra
57
A Estrutura Interna da Terra
57
A Superfície da Terra
58
A Atmosfera Terrestre
59
O Campo Magnético Terrestre
60
A Lua
61
A Estrutura Interna da Lua
62
A Superfície da Lua
62
A Origem da Lua
63
A Exploração da Lua
64
Marte
69
A Estrutura Interna de Marte
69
A Superfície de Marte
70
A Atmosfera de Marte
72
Vida em Marte
72
A Exploração de Marte
73
Os Satélites Fobos e Deimos
77
Asteróides
79
Júpiter
83
A Estrutura Interna de Júpiter
84
A superfície de Júpiter
84
A Energia Gerada por Júpiter
85
O Campo Magnético de Júpiter
86
O Sistema de Anéis de Júpiter
87
A Exploração de Júpiter
87
Os Satélites Galileanos de Júpiter
90
14
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Índice
Os Satélites Menores de Júpiter
94
Saturno
95
Estrutura Interna de Saturno
95
A superfície de Saturno
96
A Densidade de Saturno
96
A Energia Gerada por Saturno
97
O Campo Magnético de Saturno
97
Anéis de Saturno
98
Satélites de Saturno
100
Exploração de Saturno
105
Úrano
106
Estrutura Interna de Urano
106
A Atmosfera de Urano
107
A Rotação de Urano
107
A Energia Gerada por Urano
107
Campo Magnético de Urano
108
Anéis de Urano
108
Satélites de Urano
109
Exploração de Urano
112
Neptuno
112
Estrutura Interna de Neptuno
113
A Atmosfera de Neptuno
113
A Energia Gerada por Neptuno
114
Campo Magnético de Neptuno
114
Anéis de Neptuno
114
Satélites de Neptuno
115
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
15
Índice
Exploração de Neptuno
117
Plutão – O Planeta Anão
118
Estrutura Interna de Plutão
119
Superfície de Plutão
119
Atmosfera de Plutão
120
Caronte
120
Planeta Anão
121
Cintura de Kuiper
122
Cometas e Nuvem de Oort
123
Meteoróides
126
Capítulo 2: ESA – Uma Agência Espacial
129
2.1. A Agência Espacial Europeia – ESA
129
Quem são os membros da ESA?
129
Em que consiste o trabalho da ESA?
130
Onde está localizada a ESA?
130
Quem são as pessoas que trabalham na ESA?
132
Quem sustenta a ESA?
132
Quanto custa a cada europeu financiar a ESA?
133
Como funciona a ESA?
134
2.2. Porque é que a ciência espacial precisa de uma planificação a longo termo?
135
2.2.1. Horizonte 2000 e Horizonte 2000 Plus
139
2.2.2. Cosmic Vision 2015-2025
141
Capítulo 3: O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
147
3.1. Quais as condições para a formação de um planeta e surgimento da vida?
148
3.1.1. A Vida e a Habitabilidade no Sistema Solar
150
Exploração de Marte
151
16
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Índice
152
Mars Express
Cosmic Vision 2015/2025 - Missões Futuras:
Mars Sample Return, incluída no Programa Aurora
154
O Programa Aurora
154
ExoMars
157
Mars Sample Return – Missão de Retorno de Amostras de Marte
159
Objectivos do Programa Aurora
161
Exploração do Satélite Europa
162
Cosmic Vision 2015/2025 - Missões Futuras:
Europa orbiter and/or lander , incluída no Programa de Exploração de Júpiter
163
Exploração das Zonas Polares do Sol
167
3.2. Como funciona o Sistema Solar?
168
3.2.1. Do Sol ao Limite do Sistema Solar
169
Exploração do Sol e da Heliosfera
169
Ulysses
171
SOHO
171
Cosmic Vision 2015/2025 - Missões Futuras:
Solar Polar Orbiter
172
Exploração da Magnetosfera Terrestre
177
Cluster
179
Double Star
180
Cosmic Vision 2015/2025 - Missões Futuras: Earth Magnetospheric Swarm
181
Exploração da Magnetosfera de Júpiter e Processos Associados
185
Exploração das Magnetosferas de Outros Planetas
186
BepiColombo
186
Exploração do Meio Interestelar
186
Cosmic Vision 2015/2025 - Missões Futuras: Interstellar Heliopause Probe
187
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
17
Índice
3.2.2. Os Planetas Gigantes e Seus Ambientes
Cosmic Vision 2015/2025 - Missões Futuras:
Jupiter Exploration Programme; Jupiter Probes; Europa Lander
190
192
3.2.3. Asteróides e Outros Pequenos Corpos
197
Exploração de Cometas
197
Rosetta
197
Cosmic Vision 2015/2025 - Missões Futuras:
Near-Earth Object Sample Return
201
Capítulo 4: Propostas de Actividades a realizar com os alunos do Ensino Básico
e Secundário no âmbito do Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema
Solar
205
Actividade proposta nº1: Concurso
206
Actividade proposta nº2: Como ser astronauta?
208
Actividade proposta nº3: Trabalho no Espaço
209
Actividade proposta nº4: Colaboração Internacional
212
Actividade proposta nº5: Viagem turística de uma semana a Marte
213
Actividade proposta nº6: Construção de um calendário 3D
215
Actividade proposta nº7: A Vida e a Habitabilidade no Sistema Solar
216
Actividade proposta nº8: Oficina da Heliosfera
218
Actividade proposta nº9: Estudo da praticabilidade de uma "Near-Earth Object
Sample Return"
221
Capítulo 5: Conclusão
223
Lista de Referências
229
18
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Índice das Figuras
Índice das Figuras
Fonte
1
Modelo Heliocêntrico de Copérnico
31
http://www.proyectonautilus.com.ar/web/revista
s/6/faltaron4.htm
2
O Radiotelescópio de Arecibo, (...), é um dos
principais rádio observatórios do mundo
32
http://www.geneseo.edu/~meisel/Arecibo_Dish.
jpg
3
As diversas fases da formação do Sistema Solar,
situação actual e final da vida do Sol
34
http://www.space.com/images/060807_life_cycl
e_02.jpg
4
O Sol
35
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
5
Estrutura do Sol
36
http://www.ajornada.hpg.ig.com.br/ciencia/cien
cia00005.htm
6
Eclipse Total de 11 de Julho de 1981
38
http://nautilus.fis.uc.pt/astro/mirror/np/npp/sol.html
7
Mancha Solar
39
http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/i
ndex.html
8
Intensos campos magnéticos são os
responsáveis pela erupção de gases a elevadas
temperaturas, (…)
40
http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/i
ndex.html
9
Protuberância solar
40
http://www.astromia.com/fotosolar/filamentos.h
tm
10
Magnetosfera Solar
41
http://www.astromia.com/fotosolar/magnetsolar.
htm
11
Aurora Boreal
42
http://pt.wikipedia.org/wiki/Vento_solar
12
Nebulosa planetária NGC 2440
43
http://www.astromia.com/fotouniverso/enanabla
nca.htm
13
Trajectória da Sonda Ulisses
44
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ulysses
14
E só ficaram oito!!
45
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
15
Relação entre os tamanhos da Terra e de
Mercúrio
47
http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/i
ndex.html
16
Mariner 10
47
http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/tmp/1973085A.html
17
Superfície de Mercúrio
48
http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/i
ndex.html
18
Interior de Mercúrio
48
http://www.astromia.com/fotosolar/interiormerc
urio.htm
19
Mercúrio e o seu campo magnético
49
http://www.on.br/glossario/alfabeto/m/mercurio.
html
Figura
Página
Capítulo 1: Explorando o Sistema Solar
Legenda
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
19
Índice das Figuras
20
Vénus
51
http://www.astromia.com/fotosolar/fotovenus.ht
m
21
Interior de Vénus
52
http://www.astromia.com/fotosolar/interiorvenu
s.htm
22
Maat Mons
52
http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/i
ndex.html
23
O trânsito de Vénus
54
http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/i
ndex.html
24
Venera 13 na superfície de Vénus em Março de
1982
55
http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/i
ndex.html
25
A Sonda Magalhães no Centro Espacial
Kennedy
55
http://www2.jpl.nasa.gov/magellan/image14.ht
ml
26
Visão artística da Venus Express por cima de
uma tempestade atmosférica
56
http://www.esa.int/esammg/mmg.pl?b=b&type=I&mission=Venus%2
0Express&single=y&start=47
27
Planeta Terra
57
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
28
Estrutura Interna da Terra
58
http://www.astromia.com/fotosolar/interiortierra
.htm
29
As camadas da Atmosfera Terrestre
59
http://usrlazio.artov.rm.cnr.it/concluse/scienza2001/modu
lo-snaturali/dimenno/pressione.htm
30
Campo magnético terrestre
60
http://pt.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3
%A9tico_terrestre
31
Auroras Polares fotografas pelo HST
61
http://www.uc.pt/iguc/atlas/05terra.htm
32
A Lua
61
http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Moon_mer
ged_small.jpg
33
Mapa topográfico de South Pole- Aitken
baseado em informações da sonda Clementine
63
http://en.wikipedia.org/wiki/South_PoleAitken_basin
34
O Homem na Lua
64
Enciclopédia do Universo, O Espaço, Porto
Editora, 2000
35
Diagrama do veículo Surveyor - NASA
65
http://pt.wikipedia.org/wiki/Surveyor
36
Apollo 11
66
Enciclopédia do Universo, O Espaço, Porto
Editora, 2000
37
Eugene Cernan a conduzir o Lunar Rover na
missão Apollo 17
67
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Apollo_ast
ronauts
38
Fotografia tirada pela sonda Clementine onde se
vêem a Lua, a corona solar e Vénus.
67
http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Clementine
ObservesTheMoonSolarCoronaAndVenus.jpg
39
SMART-1
68
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=31407
40
O planeta Marte
69
http://www.astromia.com/fotosolar/fotomarte.ht
m
41
A estrutura interior de Marte
69
http://www.astromia.com/fotosolar/interiormart
e.htm
42
Fotografia (…) a missão Pathfinder
70
http://mpfwww.jpl.nasa.gov/MPF/index1.html
20
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Índice das Figuras
43
Imagem a 3D de Olympus Mons
71
http://www.exploringmars.com/science/olympus
_mons.html
44
Esta imagem de alta resolução (…) a notícia de
que poderá ter existido vida em Marte (…)
73
http://www.portaldoastronomo.org/npod.php?id
=453
45
Nave Viking
74
http://www.matemagica.hpg.ig.com.br/space5.ht
m
46
Marte vista do Viking Lander
75
http://www.matemagica.hpg.ig.com.br/space5.ht
m
47
Sojourner Rover
75
http://mpfwww.jpl.nasa.gov/MPF/index1.html
48
MRO em Marte
76
49
À esquerda, Fobos, e à direita, Deimos
78
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
50
Ceres
79
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
51
Gaspra
81
52
Ida e Dactyl
81
53
Cintura de Asteróides
82
http://cftc.cii.fc.ul.pt/coccix/capitulos/capitulo2/
modulo2/topico5.php
54
O Planeta Júpiter
83
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
55
A estrutura interna de Júpiter
84
http://www.astromia.com/fotosolar/interiorjupit
er.htm
56
A Grande Mancha Vermelha de Júpiter
85
http://www.solarviews.com/portug/jupiter.htm
57
Magnetosfera de Júpiter
86
http://www.ualg.pt/ccviva/astronomia/sistema_s
olar/jupiter.htm
58
Anel de Júpiter
87
http://cftc.cii.fc.ul.pt/coccix/capitulos/capitulo2/
modulo2/topico5.php
59
Visão artística da Sonda Galileu
89
http://pt.wikipedia.org/wiki/Galileu_Galilei
60
A família joviana, o grande Júpiter e seus
maiores satélites, observados pela primeira vez
por Galileu
90
http://www.ualg.pt/ccviva/astronomia/sistema_s
olar/jupiter.htm
61
Galileu Galilei
90
http://pt.wikipedia.org/wiki/Galileu_Galilei
62
Io
90
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
63
Europa
91
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
64
Ganimedes
92
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
65
Calisto
93
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
66
O Planeta Saturno
95
http://nautilus.fis.uc.pt/astro/ss/htmlpt/saturno/intro.php
67
Estrutura interna de Saturno
95
http://www.astromia.com/fotosolar/interiorsatur
no.htm
68
Auroras Polares em Saturno
97
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
http://www.bbc.co.uk/portuguese/especial/208_
mronasa/
Moore,Sir Patrick, Atlas Of The Universe,
Philip’s, 2004
Moore,Sir Patrick, Atlas Of The Universe,
Philip’s, 2004
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
21
Índice das Figuras
69
Os anéis de Saturno em cores falsas- Imagem
Voyager
98
http://www.uc.pt/iguc/atlas/17saturno.htm
70
As diferentes orientações dos anéis, (…)
99
http://www.astrosurf.com/nc/sis_solar/sat_galeri
a.html
71
Estrutura dos anéis de Saturno
100
http://cftc.cii.fc.ul.pt/coccix/capitulos/capitulo1/
modulo6/topico6.php
72
Titã
101
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
73
Reia
101
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
74
Jápeto
102
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
75
Dione
102
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
76
Tétis
103
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
77
Encélado
103
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
78
Mimas
103
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
79
Voyager 1
105
http://pt.wikipedia.org/wiki/Voyager
80
Visão artística da Cassini (…)
106
http://es.wikipedia.org/wiki/Saturno_(planeta)
81
O Planeta Úrano
106
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
82
Estrutura interna de Úrano
107
http://www.astromia.com/fotosolar/interioruran
o.htm
83
Campo magnético de Urano
108
http://www.solarviews.com/cap/uranus/vuranus
1.htm
84
Anéis e principais satélites de Úrano
109
http://www.astromia.com/fotosolar/uranorings.h
tm
85
À esquerda, Oberon, e à direita, Titânia
110
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
86
À esquerda, Umbriel, e à direita, Ariel
110
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
87
Miranda
111
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
88
O Planeta Neptuno
112
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
89
Estrutura interna de Neptuno
113
http://www.astromia.com/fotosolar/interiorneptu
no.htm
90
Estas duas exposições de 591 segundos dos
anéis de Neptuno (…)
115
http://www.solarviews.com/portug/neptune.htm
91
Tritão
115
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Solar
92
Missão Voyager
117
http://voyager.jpl.nasa.gov/science/neptune.html
93
O Planeta Plutão
118
http://pt.wikipedia.org/wiki/Plut%C3%A3o
94
À esquerda, o Sistema Solar até a órbita de
Júpiter, (…)
119
http://www.atica.com.br/Artigos/?a=17
95
Sistema Plutão-Caronte
120
http://www.if.ufrj.br/teaching/astron/pluto.html
96
Tamanhos relativos dos principais objectos da
Cintura de Kuiper conhecidos até (…)
123
http://www.atica.com.br/Artigos/?a=17
22
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Índice das Figuras
97
Cometa Hale-Bopp
123
http://www.astromia.com/fotosolar/halebopp.ht
m
98
Nos confins do sistema solar (Cintura de Kuiper
e Nuvem de Oort), para além da órbita de
Neptuno, (…)
124
http://pt.wikipedia.org/wiki/Objecto_transneptu
niano
99
Orientação da cauda do cometa
125
http://www.todooceu.com/detalhamento/general
idades_cometas.html
100
Colisão dos fragmentos do cometa ShoemakerLevy 9 com o planeta Júpiter em Julho de 1994
126
http://www.solarviews.com/cap/sl9/sl9rend.htm
101
Cratera do Meteorito
127
http://www.zenite.nu/tema/
102
O meteorito ALH84001
127
http://www.lpi.usra.edu/lpi/meteorites/The_Met
eorite.html
Capítulo 2: ESA – Uma Agência Espacial
103
Países membros da ESA
129
http://www.astro.auth.gr/elaset/hipparchos/hipp
archos_v2_1.pdf
104
Visão artística da missão Cluster
130
http://news.bbc.co.uk/2/low/science/nature/8710
78.stm
105
Principal centro de controlo no ESOC, em
Darmstadt, na Alemanha
131
http://www.esa.int/SPECIALS/ESOC/index.htm
l
106
Equipa de astronautas da ESA
132
http://www.esa.int/esaHS/ESA75G0VMOC_ast
ronauts_0.html
107
O quotidiano no espaço
132
http://www.esa.int/esaHS/ESA1RMGBCLC_ast
ronauts_1.html
108
Poster apresentado pelos Portuguese Trainees
(…) Holanda.
133
http://www.portuguesetrainees.esa.int/actividad
es.html
109
Envisat - Programa de Observação da Terra
134
http://www.raumfahrer.net/multimedia/4images/
details.php?image_id=859
110
XMM – Newton
135
http://chandra.harvard.edu/chronicle/0405/gaens
ler/xmm.jpg
111
Cometa Halley visto pela Giotto
136
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=11981
112
Sonda Giotto
137
http://www.uc.pt/iguc/atlas/25cometas.htm
113
A viagem da Cassini-Huygens
138
http://www.tiosam.com/enciclopedia/encicloped
ia.asp?title=SONDA_CASSINI-HUYGENS
114
Visão artística da missão Cassini-Huygens
139
http://en.wikipedia.org/wiki/Cassini-Huygens
115
Telescópio Espacial Hubble
140
Enciclopédia do Universo, O Espaço, Porto
Editora, 2000
116
Poster da missão SOHO-CLUSTER (©
ESA/NASA)
141
http://www.pierrebastin.info/gravitation/astrob3.
html
117
Cosmic Vision 2015-2025
142
http://www.esa.int/esaCP/SEMDH41XDYD_in
dex_1.html
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
23
Índice das Figuras
118
“Como funciona o Sistema Solar?”
143
http://www.esa.int/esaSC/SEMNNJ2IU7E_inde
x_1.html#subhead3
119
Como é que uma missão é escolhida?
144
http://sci.esa.int/science-emedia/img/ef/ACFGAB5waqXc.jpg
Capítulo 3: O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
120
Terra, à esquerda, e Marte, à direita
151
http://www.abmbrasil.com.br/news/marte/img/t
humb-terra-e-marte.jpg
121
Meteorito ALH84001
153
http://www.editorialbitacora.com/bitacora/marte
/meteorito.jpg
122
Visão artística do Programa Aurora
154
http://www.esa.int/esammg/mmg.pl?b=b&mission=Aurora&single=y
&start=4
123
Programa de Exploração Aurora
154
http://www.esa.int/esammg/mmg.pl?b=b&mission=Aurora&single=y
&start=26&size=b
124
Visão artística da base lunar Aurora
155
http://www.esa.int/esammg/mmg.pl?b=b&mission=Aurora&single=y
&start=7
125
Há água em Marte!
156
http://planicieheroica.weblog.com.pt/arquivo/aguaemMARTE
.jpg
126
Visão artística do ExoMars Orbiter
157
http://www.esa.int/esammg/mmg.pl?b=b&type=IVA&mission=ExoM
ars&start=1
127
Visão artística do módulo de descida da
ExoMars
158
http://www.esa.int/esammg/mmg.pl?b=b&type=IVA&mission=ExoM
ars&start=1
128
Visão artística do ExoMars rover a perfurar a
superfície de Marte
158
http://www.esa.int/esammg/mmg.pl?b=b&type=IVA&mission=ExoM
ars&start=2
129
Visão artística do Mars Sample Return Orbiter
159
http://www.esa.int/images/MSRorbiter_tga_L.jp
g
130
Visão artística da entrada, descida e aterragem
na superfície de Marte da missão Mars Sample
Return
160
http://www.jpl.nasa.gov/images/mer/2004-0302/26-jg-02-edl-380.jpg
131
Os primeiros passos à Lua, a Marte e além deles
161
http://www.esa.int/SPECIALS/Aurora/ESAON
KTHN6D_0.html
132
Ampliação da imagem de Europa onde se
observam as rachadelas na superfície de gelo
162
http://www.cielosur.com/imagenes/i_lunasjupiter/europa7b.jpg
133
Visão artística da missão Europa orbiter and/or
lander
166
http://www2.jpl.nasa.gov/files/images/browse/p
48326.gif
134
Sistema Joviano
164
http://www.multimeios.pt/public/imagens/activi
dades/7_166_grande.jpg
135
Visão global de Europa
164
www.cao.pt
136
Esquema da NASA, Agosto de 2000
165
http://www.if.ufrgs.br/oei/solar/solar16/solar16.
htm
24
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Índice das Figuras
http://www.space.com/businesstechnology/tech
nology/cryobot_test_020115.html
http://www.space.com/businesstechnology/tech
nology/cryobot_test_020115.html
http://www.lws.nasa.gov/news/solar_sails_conf/
McInnes.pdf
137
Visão artística do Europa Lander
166
138
Visão artística do Submarine Rover
166
139
Solar Polar Orbiter
168
140
Actividade Solar - os filamentos escuros são
proeminências
169
http://astro.if.ufrgs.br/esol/esol.htm
141
Diagrama da Heliosfera no Sistema Solar
170
http://pt.wikipedia.org/wiki/Heliosfera
142
Raios-X do Sol
171
143
Sonda Ulysses
171
144
Módulo payload da SOHO, constituído por 12
instrumentos
172
http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_and_Heliosp
heric_Observatory
145
Tecnologia (…) Solar Polar Orbiter (…) vela
solar
173
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=36025
146
Foguetão Soyuz na plataforma de lançamento
174
147
Trajectória do Solar Polar Orbiter
175
148
Vela Solar
176
149
Vela Solar
176
150
Movimento orbital em torno do Sol induzido
pela acção do fluxo solar no sail
177
http://solarsail.jpl.nasa.gov/introduction/howsails-work.html
151
A interacção do vento solar com a magnetosfera
terrestre (…)
178
http://pt.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3
%A9tico_terrestre
152
Visão artística das quatro naves da missão
Cluster
179
http://www.esa.int/esaSC/120383_index_0_m.ht
ml
153
Double Star
180
154
Bow shock junto a uma estrela jovem (…)
183
155
Órbita com passagens perto do equador e (…)
da missão Earth Magnetospheric Swarm
184
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=38982
156
Proposta da configuração científica da missão
Earth Magnetospheric Swarm
184
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=38982
157
Visão artística da missão BepiColombo
186
http://en.wikipedia.org/wiki/BepiColombo
158
Zona fronteiriça entre a Heliosfera e o Meio
Interestelar (…)
187
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=36022
159
Representação da Interstellar Heliopause
Mission
188
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=36022
160
Jovian Minisat Explorer (JME)
192
161
Jovian Relay Spacecraf (JRS)
193
162
Jovian Europa Orbiter (JEO)
194
http://heasarc.gsfc.nasa.gov/nasap/docs/solar2_p
/sun_p.html
http://www.esa.int/esaSC/120395_index_0_m.ht
ml
http://en.wikipedia.org/wiki/Soyuz_launch_vehi
cle
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=36025
http://www.lws.nasa.gov/news/solar_sails_conf/
McInnes.pdf
http://www.lws.nasa.gov/news/solar_sails_conf/
McInnes.pdf
http://www.esa.int/esaSC/120381_index_0_m.ht
ml
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=38982
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=35982
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=35982
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=35982
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
25
Índice das Figuras
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=35982
http://www.esa.int/SPECIALS/CDF/SEMV5D
ULWFE_0.html
163
Composição JRS - JEO
195
164
Esquema da Jupiter Entry Probe
195
165
Constelação de três naves espaciais (…)
196
http://www.esa.int/esapub/br/br247/br247.pdf
166
Visão artística do encontro da Giotto com o
cometa Halley
197
http://www.esa.int/SPECIALS/Rosetta/ESAP6F
7708D_1.html
167
Encontro da missão Rosetta com o cometa
Churyumov-Gerasimenko
198
http://www.esa.int/SPECIALS/Rosetta/ESAIBF
7708D_1.html
168
A missão Rosetta fará aterrar um lander pela
primeira vez num núcleo cometário
198
http://www.esa.int/SPECIALS/Rosetta/ESAIBF
7708D_1.html#subhead2
200
http://neo.jpl.nasa.gov/missions/hayabusa.html
169
170
171
172
Visão artística da nave espacial Japanese
Hayabusa a descer sobre o asteróide Itokawa
Há mais de 365 000 asteróides no Sistema
Solar. (…)
A selecção do local de aterragem (…) danificar
a nave.
Configuração possível (…) Near-Earth Object
Sample Return (HAYABUSA/JAXA)
202
203
203
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=40608
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=40608
http://sci.esa.int/sciencee/www/object/index.cfm?fobjectid=40608
Capítulo 4: Propostas de Actividades a realizar com os alunos do Ensino Básico e Secundário no âmbito do
Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
173
Programa espacial Cosmic Vision 2015/2025
206
174
O astronauta Bruce McCandless numa EVA
208
175
Equipamento para os fatos espaciais
211
176
Os parceiros internacionais
212
177
Turismo Espacial
213
178
Europa Orbiter
216
179
Os limites da Heliosfera
218
26
http://images.spaceref.com/news/aurora.esa.2.jp
g
http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:AstronautEVA.jpg
http://esamultimedia.esa.int/docs/issedukit/pt/ht
ml/subj4t.html
http://esamultimedia.esa.int/docs/issedukit/pt/ht
ml/subj4t.html
http://www.portaldoastronomo.org/images/autot
emas/tema_115_1146037978_2407931.jpg
http://www.jpl.nasa.gov/news/profiles/wright/i
mages/europaorbiterbig.jpg
http://www.nasa.gov/images/content/52997main
_bubble_v2.jpg
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Indice das Tabelas
Página
Tabela
Índice das Tabelas
Legenda
Fonte
1
Características Gerais do Sol
35
Monteiro, Mário João P.F.G., Sebenta de O Sol e
Evolução Estelar, FCUP, 2004
2
Composição Química do Sol
36
Monteiro, Mário João P.F.G., Sebenta de O Sol e
Evolução Estelar, FCUP, 2004
3
Características dos planetas do
Sistema Solar
46
Viana, Pedro, Sebenta de Sistema Solar, FCUP, 2004
4
Camadas da atmosfera terrestre
60
http://usrlazio.artov.rm.cnr.it/concluse/scienza2001/modulosnaturali/dimenno/pressione.htm
5
Características de Lua
62
Viana, Pedro, Sebenta de Sistema Solar, FCUP, 2004
6
Características de Fobos e Deimos
77
http://en.wikipedia.org/wiki/Deimos_(moon)
http://pt.wikipedia.org/wiki/Fobos_(sat%C3%A9lite)
7
Algumas características dos maiores
asteróides
79
Geografia Universal, Grande Atlas do Século XXI,
Volume 15, Planeta De Agostini, 2005
8
Algumas características dos Satélites
Galileanos
93
Geografia Universal, Grande Atlas do Século XXI,
Volume 15, Planeta De Agostini, 2005
9
Alguns satélites menores de Júpiter
94
Moore,Sir Patrick, Atlas Of The Universe, Philip’s, 2004
10
Distâncias e períodos orbitais dos
anéis e satélites interiores de Saturno
104
Moore,Sir Patrick, Atlas Of The Universe, Philip’s, 2004
11
Os principais satélites de Urano
111
Moore,Sir Patrick, Atlas Of The Universe, Philip’s, 2004
12
Os principais satélites de Neptuno
117
Moore,Sir Patrick, Atlas Of The Universe, Philip’s, 2004
13
Os maiores objectos transneptunianos
encontrados até hoje
122
http://pt.wikipedia.org/wiki/Objecto_transneptuniano
14
Características da vela
177
http://www.lws.nasa.gov/news/solar_sails_conf/McInnes.p
df
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
27
Indice das Tabelas
28
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Introdução
Introdução
Ao longo dos últimos anos tem sido consensual a ideia de que há uma disparidade crescente
entre a instrução dada aos alunos nas escolas e as necessidades e os interesses dos mesmos. A
maior parte das pessoas interessa-se por temas como a vida, os seres vivos, a matéria, o
Universo e tudo o que se possa encontrar nele, como, por exemplo, o nascimento, a vida e a
morte das estrelas; a origem, evolução e constituição do Sistema Solar, etc. Mas a mais
pertinente das interrogações foi, é e será (pelo menos enquanto não surgir uma explicação
cientificamente fundamentada): “Será que a vida existe noutros mundos ou estaremos
sozinhos no Universo?” As explicações são mais vezes fornecidas pela comunicação social,
fidedigna ou não, do que pela escola. A Ciência transformou não só o ambiente natural, mas
também a nossa forma de pensar sobre nós próprios e sobre o planeta que habitamos.
O papel da Ciência e da Tecnologia no nosso dia-a-dia exige uma população com
conhecimento e compreensão suficientes para entender e seguir debates sobre temas
científicos e tecnológicos e envolver-se em questões que estes temas colocam, quer para eles
como indivíduos quer para a sociedade como um todo.
Ao longo da educação básica e secundária, o aluno precisa de adquirir competências
necessárias à qualidade da vida pessoal e social. Assim, à saída da sua educação de base, o
aluno deverá ser capaz de dominar saberes culturais, científicos e tecnológicos para
compreender a realidade e para abordar situações e problemas do quotidiano; usar
adequadamente diferentes linguagens das diferentes áreas do saber cultural, científico e
tecnológico para se expressar; pesquisar, seleccionar e organizar informação; adoptar
estratégias adequadas à resolução de problemas e à tomada de decisões; realizar actividades
de forma autónoma, responsável e criativa; cooperar com os outros em tarefas e projectos
comuns.
Para que os alunos possam adquirir o conhecimento científico, há necessidade de uma
intervenção planeada do professor, a quem cabe a responsabilidade de encaminhar o aluno na
sua aprendizagem, adaptando o processo de ensino-aprendizagem ao contexto escolar. Para
que o professor possa agir de acordo com estes pressupostos, tem de possuir algum domínio
dos conteúdos a leccionar, tal como dispor de um leque de fontes de informação e
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
29
Introdução
actualização dos assuntos. Sabe-se que na Ciência “aquilo que se descobriu ontem, estará
desactualizado amanhã”!
O objectivo principal deste documento é a abordagem à temática da exploração espacial do
Sistema Solar, prevista no programa da Agência Espacial Europeia (ESA) Cosmic Vision
2015/2025, e foi elaborado essencialmente a pensar nos alunos do ensino secundário, onde o
processo utilizado visa ser um bom contributo para o desenvolvimento cultural do discente.
No entanto, uma vez que a disciplina de Ciências Físico-Químicas possui uma forte
componente em Astronomia e dos assuntos relacionados, este documento apresenta um
primeiro capítulo que remete directamente para o programa da disciplina de 7º e 10º anos de
escolaridade e 12º ano de Química.
Um quarto capítulo inclui a apresentação de propostas de actividades a realizar com os alunos
do ensino básico e secundário no âmbito do futuro da exploração espacial europeia do
Sistema Solar. Em particular, foi elaborado um projecto a implementar ao longo de um ano
lectivo na área curricular não disciplinar de “Área de Projecto”, do 12º ano, que visa envolver
os alunos na «concepção, realização e avaliação de projectos, através da articulação de
saberes de diversas áreas curriculares/disciplinares ou disciplinas em torno de problemas ou
temas de pesquisa ou de intervenção, de acordo com a necessidade e os interesses dos
alunos».
Ao longo da elaboração deste trabalho foram seleccionadas e integradas no documento um
elevado número de figuras com o objectivo de complementar o texto, facilitando a
compreensão dos conteúdos. Em Astronomia, “uma imagem vale mais do que mil palavras”!
Para concluir, espero que O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
também possa constituir uma mais valia nas aulas de alguém que pretenda aprofundar um
pouco mais o tema da exploração espacial na Europa para os anos que se avizinham.
30
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Capítulo 1: Explorando o Sistema Solar
1.1.
Perspectiva Histórica
Na história do estudo do Sistema Solar podem salientar-se os seguintes períodos
característicos:
•
Período compreendido entre a mais remota antiguidade e a invenção do telescópio;
O modelo geocêntrico de Ptolomeu, do século XII, defendia a Terra como centro do Universo
em torno da qual giravam a Lua, o Sol e todos os planetas conhecidos na altura, contra um
fundo “crivado” de estrelas. No século XVI, Nicolau Copérnico, recuperou o modelo
heliocêntrico, colocando o Sol no centro do Universo e a Terra a girar em torno deste, numa
órbita perfeitamente circular. Inicialmente este modelo foi rejeitado, tendo a contribuição dos
trabalhos de Galileu Galilei, Tycho Brahe e Johannes Kepler sido fundamental para que, um
século depois de ter sido proposta, fosse finalmente aceite. As observações dos movimentos
planetários e a análise dos resultados obtidos deram então origem ao acontecimento científico
mais importante da época renascentista, isto é, à recuperação do sistema heliocêntrico de
Copérnico.
Figura 1: Modelo Heliocêntrico de Copérnico
•
Período compreendido entre a invenção do telescópio e meados do século XIX;
Galileu descobriu os quatro maiores satélites de Júpiter com o auxílio do primeiro telescópio
astronómico, os quais ficaram conhecidos por satélites galileanos. Foram ainda descobertas as
fases de Vénus, a estrutura da superfície lunar e os anéis de Saturno. Kepler concluiu que as
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
31
Explorando o Sistema Solar
órbitas dos planetas são elípticas e que estes estão sujeitos a uma interacção com o Sol. Para
esclarecer esta interacção, Newton elaborou a Lei da Gravitação Universal.
•
Período compreendido entre meados do século XIX e século XX;
No final do séc. XIX, os telescópios, no que diz respeito à qualidade do seu sistema óptico,
atingiram, praticamente, o nível moderno de perfeição. Durante este período foram
descobertos os satélites de Marte, muitos dos satélites dos planetas gigantes, assim como a
estrutura fina da imagem de Marte e as variações sazonais neste planeta. As observações
visuais foram sendo substituídas pelas observações fotográficas. No entanto, as observações
telescópicas à superfície terrestre são limitadas pela atmosfera.
•
A partir dos anos 20 do séc. XX;
Iniciaram-se as primeiras observações astrofísicas dos planetas: a avaliação da temperatura
pela radiação infravermelha, a fotometria e a polarimetria dos discos planetários para estudar
as características da superfície e da atmosfera, a espectroscopia.
•
Período compreendido entre 1950 e 1970;
Neste intervalo de tempo, a astrofísica foi completada por novos processos muito eficientes:
a espectroscopia no infravermelho e a radioastronomia. Na segunda metade deste período
foram iniciados os voos espaciais, primeiro à Lua e depois rumo a Marte e a Vénus.
Figura 2: O Radiotelescópio de Arecibo, no Novo México, é um dos principais rádio observatórios do mundo.
32
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
•
Período compreendido entre 1970 e a actualidade.
Sondas espaciais já visitaram a superfície de Marte e Vénus, ao passo que satélites foram
colocados a orbitar em torno destes planetas. Nos aparelhos colocados em órbita usam-se
quase todos os meios astrofísicos de estudo dos planetas. A passagem do ponto de observação
da Terra para estes aparelhos tem três vantagens fundamentais:
- aumento considerável da resolução espacial;
- possibilidade de observar zonas da superfície dos planetas não visíveis da Terra;
- a ausência das interferências causadas pelas atmosfera terrestre, especialmente no que diz
respeito à absorção nas bandas do ultravioleta e infravermelho.
Embora as sondas espaciais constituam, actualmente, processos fundamentais de estudo dos
planetas, os observatórios astronómicos serão ainda utilizados, e por muitos anos, para
observação dos planetas.
1.2.
A Formação do Sistema Solar
“O Sistema Solar constitui o nosso minúsculo e conhecido canto do Universo. Há cinco mil
milhões de anos, o Sol e todo o séquito de corpos que o rodeia, não eram mais do que gás e
poeira.”
Texto retirado de Astronomia – O Guia Essencial
Graças ao desenvolvimento da exploração espacial, a partir dos anos 70 o problema da origem
do Sistema Solar começou a ser abordado muito seriamente. Em finais do século XVIII, Kant
e Laplace propuseram a teoria da nuvem primordial, que é a teoria aceite actualmente. Há
cerca de 4,6 mil milhões de anos atrás, uma nuvem de gás e poeiras entrou em colapso
gravítico. À medida que a nuvem se ia contraindo, a sua velocidade de rotação aumentava
originando um disco mais denso e quente no centro do que na periferia. O centro da nuvem
atinge uma temperatura suficientemente elevada para se iniciarem reacções nucleares e dar
origem a uma proto-estrela. O disco de acrecção em torno da estrela torna-se mais frio e liso e
as instabilidades gravitacionais começam a surgir e a colapsar devido à própria gravidade.
Ter-se-ão formado assim os planetas, mas de forma diferente na zona interior do Sistema
Solar, até à órbita de Júpiter, e para além dela. Na zona interior, a radiação solar terá mantido
no estado gasoso os elementos mais voláteis, que por sua vez foram empurrados, pelo vento
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
33
Explorando o Sistema Solar
solar, para lá da órbita de Júpiter, onde se mantiveram principalmente na forma de gelos. Por
isso, os planetas exteriores são mais ricos em hidrogénio, hélio e outros elementos leves,
enquanto os planetas interiores são essencialmente rochosos. Os cometas e asteróides são
provavelmente restos deste processo de acrecção, sendo assim os objectos mais primitivos do
Sistema Solar. A sua composição química reflecte, portanto, a da nuvem primordial, sendo
por isso actuais e fundamentais objectos estudo.
Figura 3: As diversas fases da formação do Sistema Solar, situação actual e final da vida do Sol
1.3.
Descrição, Características e Dinâmica do Sistema Solar
O Sistema Solar é constituído pelo Sol, por oito planetas principais e respectivas luas,
planetas anões, asteróides, meteoróides, cometas e poeira interplanetária.
34
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
1.3.1 O Sol
“O nosso Sol é uma esfera gigantesca de hidrogénio e hélio que através de reacções
nucleares, gera quantidades inimagináveis de energia no seu interior, entre elas a luz e o
calor, de que tanto dependemos aqui na Terra.”
Texto retirado de Astronomia – O Guia Essencial
Figura 4: O Sol
O Sol é uma dos milhares de milhões de estrelas que constituem a nossa galáxia. Esta estrela
encontra-se situada num dos braços em espiral da Via Láctea, o braço de Orion, a cerca de 7,5
mil parsecs do centro desta. O Sol move-se, em conjunto com todas as estrelas que constituem
a Galáxia, em torno do seu centro e demora cerca de 200 milhões de anos a efectuar uma volta
completa.
Tabela 1: Características Gerais do Sol
Características Gerais do Sol
Massa
Raio Equatorial
1,989X1030Kg
6,95x105 Km
99,86% mSistemaSolar
109 RTerra
Densidade Média
1,4 g/cm3
Período de
Temperatura
Rotação
à superfície
25 dias no
Equador
5800 K
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Idade
4,7X109 anos
35
Explorando o Sistema Solar
Tabela 2: Composição Química do Sol
Composição Química do Sol
% em massa
Hidrogénio
73
Hélio
25
Outros Elementos (Oxigénio, Carbono, Azoto,
Néon, Ferro, Silício, Magnésio, Enxofre, etc.)
2
Estrutura Interna do Sol
Figura 5: Estrutura do Sol
O Sol produz a sua energia no núcleo através de reacções nucleares que convertem por
segundo cerca de 700 milhões de toneladas de hidrogénio em hélio, onde são libertadas o
equivalente a 5 milhões de toneladas de energia. O núcleo tem uma temperatura estimada em
cerca de 14 000 000 ºC e uma pressão de 340 milhares de milhões de vezes superior à da
atmosfera da Terra ao nível do mar. A produção de energia decorre dos processos de fusão
nuclear. A fusão nuclear consiste na junção de núcleos de elementos leves, fundindo-se num
núcleo mais pesado. No processo liberta-se energia, devido ao facto da massa do núcleo final
ser inferior à soma das massas do núcleo a fundir. Este processo só é possível se o
combustível usado for composto por elementos mais leves do que o ferro, o que não constitui
qualquer problema, pois no seu início o Sol tinha (e ainda tem) quase só hidrogénio e hélio. A
energia gerada no interior do Sol demora cerca de um milhão de anos a atingir a superfície,
tendo de passar pela zona radiativa - região onde a energia é transportada pela radiação (em
36
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
forma de fotões) – e zona convectiva - região onde a energia é transportada pela convecção
(como um fluido em ebulição). Este último é o principal processo e transporte de energia
perto da superfície e inclui a fotosfera.
Como o Sol é gasoso não existe nenhuma separação abrupta na sua estrutura que marque a
sua superfície. A atmosfera solar é constituída pela fotosfera, cromosfera e corona. É a
partir da fotosfera que é emitida a grande parte da energia solar recebida na Terra. A fotosfera
pode-se ver durante as observações directas do Sol, à luz branca, formando a “superfície”
solar aparente. É por este motivo a parte mais brilhante do Sol. O primeiro fenómeno que se
vê durante as observações é a diminuição do brilho do disco solar à medida que se aproxima
do seu bordo, o que se deve ao facto de que na fotosfera se dá um aumento da temperatura em
função da profundidade. A fotosfera é uma camada fina de gás com extensão de várias
centenas de quilómetros, bastante opaca, com concentração de partículas na ordem dos 1016 –
1017 partículas por cm3, temperatura de 5 – 6 mil graus Kelvin e pressão de 0,1 atm,
aproximadamente. As observações visuais e fotográficas da fotosfera realizadas nos dias
muito favoráveis permitem descobrir a sua estrutura fina que lembra uma superfície encoberta
por grãos de arroz, dando-se o nome de grânulos às formações arredondadas brilhantes e de
granulação a toda a estrutura. As dimensões dos grânulos não excedem os 700 km da
superfície solar. Cada grânulo tem um período de duração de 5 – 10 minutos, depois do qual
se desintegra surgindo novos grânulos. Os grânulos ficam separados por intervalos escuros, o
que significa que o material dos grânulos tem movimento ascendente, enquanto que o material
dos intervalos tem movimento descendente. Conclui-se, portanto, que a granulação é um
fenómeno observado na fotosfera onde se manifesta a zona de convecção situada abaixo
desta.
A densidade solar, na fotosfera, diminui rapidamente com o aumento da altitude. Nas
camadas exteriores da atmosfera solar, a densidade diminui até 3x10-8 g/cm3 e a temperatura
cai até aproximadamente 4500 K. Este valor é o mínimo da temperatura em toda a atmosfera
solar, e a camada onde este mínimo se verifica dá pelo nome de cromosfera.
Nas camadas superiores, onde a rarefacção alcança 10-15 g/cm3, dá-se uma vez mais o
aumento brusco da temperatura até aproximadamente 1 milhão de graus. Aqui começa a parte
mais externa do Sol, a corona solar.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
37
Explorando o Sistema Solar
O brilho da cromosfera é centenas de vezes inferior ao brilho da fotosfera. Portanto, para
observação da cromosfera é necessário usar processos que permitam distinguir as suas
radiações, mais fracas, das radiações da fotosfera. O método mais prático é a observação da
cromosfera por altura dos eclipses solares totais, pois a fotosfera é completamente encoberta
pela Lua ao passo que a cromosfera fica visível.
Figura 6: Eclipse Total de 1977
Por vezes, na fotosfera, na cromosfera e na corona solares surgem manifestações da
actividade solar que se devem ao campo magnético solar. Na fotosfera solar podem-se
observar formações activas que diferem nitidamente das regiões não perturbadas vizinhas, isto
porque as primeiras se apresentam excessivamente brilhantes e resultam dum campo
magnético fraco que provoca um aumento da intensidade de convecção nessas regiões. As
fáculas ou faculae são formações relativamente estáveis, podendo durar, sem alterações
visíveis, várias semanas ou até meses.
Nas zonas de fáculas ou faculae com campos magnéticos mais fortes podem formar-se as
manchas solares. Uma mancha solar pode atingir dimensões na ordem dos 20 000 km. A sua
zona central é mais escura e chama-se umbra, a zona periférica, mais clara, denomina-se
penumbra. As manchas correspondem a zonas com temperatura inferior à da fotosfera
(aproximadamente menos 2000K). Através das manchas solares é possível medir a velocidade
de rotação do Sol. O período de rotação é de 25 dias no equador e 35 dias nos pólos. Esta
diferença só se verifica, porque o Sol não gira como um corpo rígido, pois na realidade ele é
um corpo gasoso. A mancha solar aparece como um poro que difere muito pouco dos
intervalos escuros que separam os grânulos. Este desenvolve-se e transforma-se numa mancha
escura circular de configuração nítida, cujo diâmetro cresce até atingir várias dezenas de
38
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
milhares de quilómetros. Este fenómeno é acompanhado por um aumento gradual da
intensidade do campo magnético. Por vezes, aparecem uma série de manchas numa zona
paralela ao equador. As manchas isoladas formam-se geralmente nas margens oeste e leste da
zona onde se desenvolvem duas manchas com maior intensidade. Os campos magnéticos das
duas manchas principais e das pequenas que se lhes associam, têm sempre polaridades
opostas, razão porque este tipo de manchas se chama bipolar.
O número de manchas, tamanho e localização variam de uma forma aproximadamente cíclica,
correspondendo àquilo a que se chama “ciclo magnético solar”. A diminuição da temperatura
na mancha deve-se à influência exercida pelo campo magnético sobre a convecção. O campo
magnético, em especial quando for de grande intensidade, retarda os movimentos da matéria
cuja direcção é transversal às linhas de força. Portanto, na zona de convecção por baixo da
mancha fica diminuída a circulação dos gases que transporta a maior parte de energia
proveniente das camadas mais profundas. Em consequência disso, a temperatura da mancha é
menor do que na fotosfera não perturbada.
Figura 7: Mancha Solar
Na cromosfera, em especial, numa pequena zona entre as manchas crescentes,
designadamente, perto da linha de divisão da polarização dos campos magnéticos de grande
intensidade, podem observar-se as mais fortes e dinâmicas manifestações da actividade solar,
chamadas flares (ou fulgurações). Além do aumento do brilho, durante os flares verificam-se
movimentos intensos dos gases, assim como enormes jactos luminosos de nuvens de plasma.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
39
Explorando o Sistema Solar
Figura 8: Intensos campos magnéticos são os responsáveis pela erupção de gases a elevadas temperaturas, os
quais formam arcos que seguem as linhas de campo magnético
As formações activas observadas na corona e constituídas por nuvens mais densas e menos
quentes de gás luminoso suportadas pelo campo magnético local denominam-se
protuberâncias ou proeminências. A maior parte das vezes, as protuberâncias são
constituídas por jactos luminosos compridos e quase perpendiculares à superfície solar. As
protuberâncias são as formações activas mais grandiosas da atmosfera solar, cujo
comprimento atinge centenas de milhares de quilómetros.
Figura 9: Protuberância solar
O Campo Magnético Solar
O campo magnético solar foi descoberto em 1952, no entanto ainda não existe um modelo
satisfatório que explique como ele se forma e como evolui. Ainda que não seja possível medir
directamente a extensão do campo magnético solar, há modelos que permitem mapear o
campo magnético tridimensional do Sol a partir das observações da fotosfera. A uma distância
de quatro ou cinco raios solares do centro do Sol, o fluxo transportado pelo vento solar rompe
40
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
todas as estruturas magnéticas e transporta o campo magnético do Sol pelo espaço
interplanetário. Assim, a magnetosfera solar, isto é, a região da heliosfera controlada pelo
campo magnético do Sol antes de ser deformada pelo vento solar, estende-se por uns quatro
raios solares desde o centro da nossa estrela e a sua forma é praticamente esférica.
Figura 10: Magnetosfera Solar
Por outro lado, a magnetosfera solar está sujeita a um ciclo de 22 anos ao longo do qual sofre
alterações drásticas. O número de manchas e doutras manifestações da actividade solar
relacionadas com elas varia ao longo deste período. O intervalo de tempo durante o qual se
verifica o número máximo de centros de actividade tem o nome de máximo da actividade
solar, enquanto que o intervalo de tempo durante o qual deixam de existir estes centros de
actividade ou o seu número é mínimo, chama-se mínimo da actividade solar. Assim, os
máximos e os mínimos alteram-se ao fim de um período médio de onze anos. A variação da
polaridade magnética das manchas constitui uma característica muito importante do ciclo da
actividade solar. Durante cada ciclo de onze anos todas as manchas anteriores dos grupos
bipolares têm a polaridade de um dado sinal no Hemisfério Norte e a de sinal oposto no
Hemisfério Sul. O mesmo se verifica no caso das manchas posteriores, cuja polaridade é
sempre oposta à das manchas anteriores. Em cada ciclo inverte-se a polaridade das manchas
anteriores e posteriores. Simultaneamente, verifica-se também a inversão da polaridade do
campo magnético do Sol.
A magnetosfera solar, ao contrário das magnetosferas planetárias, apresenta-se aberta, isto é,
as linhas de campo estão sempre coordenadas com o vento solar, salvo raras excepções. No
período correspondente ao mínimo de manchas solares, a corona toma a forma alongada com
jactos compridos e encurvados ao longo do equador. Nos pólos observam-se os jactos curtos
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
41
Explorando o Sistema Solar
formando “escovas polares”. Durante o máximo de manchas a configuração da corona é
arredondada devido ao grande número de jactos radiais.
As razões que determinam o ciclo da actividade solar constituem ainda um dos enigmas do
Sol.
Por outro lado, o vento solar corresponde à emissão contínua de partículas electricamente
carregadas provenientes da corona solar. Estas partículas podem ser electrões, protões ou
partículas carregadas de átomos mais pesados. A velocidade do vento solar, em regiões
próximas da Terra, varia entre os 400 e os 800 km/s e a sua densidade ronda as 10 partículas
por centímetro cúbico. O mecanismo exacto de formação do vento solar ainda não é
conhecido, no entanto, o vento solar manifesta-se, por exemplo, na orientação das caudas dos
cometas, as quais apontam sempre na direcção oposta ao Sol. As variações na corona solar,
devido à rotação diferencial do Sol e às suas actividades magnéticas, fazem com que o vento
solar se torne instável e variável. Assim quando ocorrem explosões na “superfície” do Sol,
verifica-se um aumento da radiação emitida, a densidade do vento solar aumenta, e gera-se
uma tempestade magnética que deforma a magnetosfera terrestre e produz fenómenos como
as auroras polares.
Figura 11: Aurora Boreal
As tempestades magnéticas são causadas pela emissão para o espaço de grandes quantidades
de partículas e radiação em virtude das explosões solares, as quais estão associadas ao
aparecimento cíclico de manchas solares na superfície do Sol. As tempestades geomagnéticas
que se fazem sentir na Terra provocam alterações meteorológicas e interferem com satélites,
estações espaciais e comunicações por rádio. Actualmente, os cientistas já conseguem ter uma
visão ampla do campo magnético global e das tempestades magnéticas da Terra. As
42
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
observações estão a ser feitas a partir do satélite IMAGE (Imager for Magnetopause to Aurora
Global Exploration) que está em órbita polar.
O Futuro do Sol
O Sol já viveu cerca de 4,5 mil milhões de anos e brilhará ainda por mais 4,5 mil milhões de
anos. Quando o seu combustível – hidrogénio - começar a escassear, o sol começará a
queimar o hélio transformando-o em elementos mais pesados como o carbono. Nesta fase, o
raio da nossa estrela aumentará o suficiente para “engolir” a Terra, transformando-se numa
gigante vermelha. Esta fase prolongar-se-á por cerca de mil milhões de anos, até que o núcleo
do Sol colapse numa anã branca, com um diâmetro semelhante ao da Terra. As camadas
exteriores do Sol serão ejectadas para o espaço circundante formando uma nebulosa
planetária.
Figura 12: Nebulosa planetária NGC 2440
Exploração do Sol
O Sol e a sua heliosfera têm sido explorados pelas missões Ulysses e pelo Observatório Solar
e Heliosférico (SOHO). A 6 de Outubro de 1990, a sonda Ulysses, uma missão conjunta entre
a Europa e os Estado Unidos, foi enviada como objectivo de estudar as regiões polares do Sol.
Ulysses sobrevoa os pólos do Sol a cada cinco anos para observar a nossa estrela a partir de
direcções inacessíveis a partir da Terra. Pioneira neste campo, Ulysses produziu a primeira
caracterização tridimensional do Sol, demonstrando diferenças muito significativas entre o
mínimo e o máximo do ciclo de actividade solar e revelou grandes lacunas na nossa
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
43
Explorando o Sistema Solar
compreensão e nos nossos conhecimentos acerca de como os campos magnéticos e as
partículas preenchem a heliosfera.
Figura 13: Trajectória da sonda Ulysses
O Observatório Solar e Heliosférico (SOHO), lançado em 1995, também um projecto europeu
e norte-americano, foi destinado a estudar a corona e a actividade solar desde o espaço. A
SOHO tem usado técnicas pioneiras no estudo da superfície solar, através da heliosismologia,
revelando uma complexa série de movimentações que transportam energia e campo
magnético através da zona de convecção solar. Instrumentos a bordo da SOHO têm revelado
uma nova corona solar, a qual tem forçado os cientistas a repensar as suas ideias acerca da
forma de como a corona é “aquecida”. Finalmente, a SOHO tem demonstrado uma forte
ligação entre as erupções solares massivas e as perturbações no ambiente terrestre, dominadas
pelas ejecções de massa a partir da corona.
No futuro, a missão “Solar Orbiter” da ESA irá examinar o Sol de pontos únicos no que
concerne a dois aspectos: muito próximo, a cerca de 1/5 de distância Sol-Terra, e muito
próximo dos pólos solares.
44
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
1.3.2. O Reino do Sol
Figura 14: E só ficaram oito!!
Os planetas Mercúrio, Vénus, Marte, Júpiter e Saturno são conhecidos desde a antiguidade.
Em 1781, W. Herschel descobriu Úrano e, em 1846, foi descoberto Neptuno. O astrónomo
norte-americano C. Tombaugh descobriu Plutão, agora reclassificado como planeta anão.
Galileu Galileu descobriu que em torno de Júpiter também orbitavam satélites e,
posteriormente, foram descobertos satélites em torno de Marte, Saturno, Úrano, Neptuno e
Plutão.
Conforme as suas características físicas, os planetas principais dividem-se em telúricos
(Mercúrio, Vénus, Terra e Marte) e gigantes gasosos (Júpiter, Saturno, Úrano, Neptuno).
Todos os corpos do Sistema Solar orbitam em torno de um corpo central; os planetas em torno
do Sol e os satélites e anéis em torno dos respectivos planetas. O movimento de translação
dos planetas em torno do Sol faz-se no mesmo sentido e as suas órbitas são executadas
praticamente no mesmo plano. Já Plutão apresenta uma inclinação de 17º relativamente ao
plano da elíptica. A excentricidade das órbitas planetárias é próxima de zero, o que significa
que elas são praticamente circulares. Mas, por exemplo, a órbita de Plutão possui uma
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
45
Explorando o Sistema Solar
excentricidade de tal forma elevada que chega a “ultrapassar” Neptuno por um período de
vinte anos durante a sua translação, a qual dura 247,7 anos terrestres. Os planetas e satélites
têm também movimento de rotação em torno de si próprios, no sentido directo ou
retrógrado. A obliquidade dos planetas, isto é, a inclinação do equador do planeta
relativamente ao plano orbital, é geralmente moderada, com excepção de Vénus, com uma
obliquidade de 177º, e Úrano, com 97º. Por isso, Vénus roda no sentido retrógrado e Úrano
roda “deitado”.
Os movimentos de rotação são os responsáveis pela sucessão dos dias e das noites, enquanto
que os movimentos de translação, associados à obliquidade dos planetas, originam as estações
do ano.
Tabela 3: Características dos planetas do Sistema Solar
Planetas
Mercúrio
Vénus
Terra
Marte
Júpiter
Saturno
Urano
Neptuno
Distância média
ao Sol (UA)
0,39
0,72
1,0
1,5
5,2
9,5
19,2
30,1
Densidade
(g/cm3)
5,43
5,25
5,52
3,95
1,33
0,69
1,29
1,64
Raio (Terra=1)
0,38
0,95
1
0,53
11,2
9,4
4
3,9
Massa (Terra=1)
0,05
0,89
1
0,11
318
95
15
17
Período de
Translação
(Terra=1)
0,2408
0,6152
1
1,8809
11,882
29,458
84,01
164,79
Inclinação
Orbital (º)
7
3,394
0
1,850
1,308
2,488
0,774
1,774
Excentricidade
0,2056
0,0068
0,0167
0,0934
0,0483
0,0560
0,0461
0,0097
Período de
Rotação (dias
terrestres)
58,8
-244
1
1,029
0,411
0,428
-0,748
0,802
Obliquidade (º)
0
177,4
23,45
23,98
3,08
26,73
97,92
28,8
Luas
0
0
1
2
63
31
27
13
Mercúrio
Mercúrio é um pequeno mundo rochoso, cuja superfície acidentada faz lembrar a nossa Lua.
Por estar tão próximo do Sol e não ter atmosfera apresenta um clima de extremos: um calor
abrasador durante o dia e um frio intenso durante a noite.
46
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Figura 15: Relação entre os tamanhos da Terra e de Mercúrio
Mercúrio, um pequeno planeta e o mais próximo do Sol, é por estes motivos muito difícil de
observar, razão pela qual os astrónomos têm pouca informação acerca deste astro. A maior
parte dos conhecimentos que possuímos sobre Mercúrio foram revelados em 1974 pela sonda
norte-americana Mariner 10, o único veículo espacial que até agora visitou o planeta.
Figura 16: Mariner 10
A Superfície de Mercúrio
A sonda Mariner 10 transmitiu para a Terra imagens televisivas do planeta Mercúrio,
aproximadamente com os mesmos pormenores que se conseguem ao estudar a Lua com
telescópios terrestres.
A superfície de Mercúrio lembra a lunar. Foi-nos apresentado um mundo estéril e árido. O
grande número de crateras das mais variadas dimensões é imediatamente notado e não foi
detectada a presença de placas tectónicas, pois Mercúrio é muito pequeno para que o processo
de placas tectónicas tenha lugar. No entanto as diferenças entre estes dois astros também são
relevantes. Em Mercúrio não há grandes regiões onde a superfície seja relativamente lisa,
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
47
Explorando o Sistema Solar
isenta de crateras, ou seja, mares. Por outro lado, na superfície de Mercúrio observam-se
terrenos escarpados até 3000 metros de altura por 20 a 500 quilómetros de comprimento. A
mais impressionante característica de Mercúrio, descoberta pela Mariner 10, é uma enorme
cratera gigante chamada Caloris Basin com 1300 quilómetros de diâmetro. Esta foi
provavelmente formada pelo impacto de um corpo com cerca de 100 quilómetros de diâmetro,
há 3,9 ou 3,8 mil milhões de anos. O impacto produziu montanhas concêntricas com 3000
metros de altura e terá projectado material a 800 quilómetros de distância. As ondas sísmicas
produzidas neste impacto revelaram-se no lado oposto do planeta produzindo uma vasta
região de terreno caótico. Este forte impacto terá reactivado temporariamente o vulcanismo do
planeta.
Figura 17: Superfície de Mercúrio
A Estrutura Interna de Mercúrio
A elevada densidade de Mercúrio (5,42 g/cm3) similar à da Terra (5,52 g/cm3), sugere que o
planeta será constituído por 70% de metal, principalmente ferro, e cerca de 30% de silicatos
(rocha). Assim cerca de ¾ do planeta serão ocupados por um núcleo ferroso.
Figura 18: Interior de Mercúrio
48
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Pensa-se que o material metálico pesado fundido no interior do núcleo se comporte como um
dínamo, tal como acontece na Terra. Daí a presença de um leve campo magnético na ordem
de 1% do da Terra, medido pela sonda Mariner 10.
Mercúrio está coberto por uma crosta e um manto relativamente finos e em sequência disto
pensa-se que é muito pouco provável que, até ao momento da sua formação, o planeta
Mercúrio tivesse um núcleo ferroso de dimensões tão elevadas, portanto põe-se a hipótese que
tenha perdido parte do seu manto rochoso externo. Este fenómeno poderá ter ocorrido no
decurso de uma colisão com outro objecto, que teve lugar por altura da formação do planeta.
Uma outra teoria defende que a energia libertada pelo Sol, nos seus primórdios, vaporizou
parte da camada superficial de Mercúrio. Uma terceira teoria aponta a elevada densidade da
nebulosa inicial na zona mais próxima do Sol como responsável pelo facto de Mercúrio ser
essencialmente constituído por elementos mais pesados.
Figura 19: Mercúrio e o seu campo magnético
As características específicas deste planeta podem resumir-se da seguinte forma:
exteriormente é semelhante à Lua e interiormente é semelhante à Terra.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
49
Explorando o Sistema Solar
Os Movimentos de Mercúrio
Com uma distância média de cerca de 58 milhões de quilómetros ao Sol, a órbita de Mercúrio
é caracterizada por uma excentricidade elevada (0,206), dado que a distância entre o planeta e
o Sol varia durante o percurso orbital em cerca de 24 milhões de quilómetros. A velocidade
com que mercúrio se move em torno do Sol varia consoante o planeta se encontra no afélio,
38,7 km/s, ou no periélio 56,6 km/s.
O período de rotação do planeta é de 58,65 dias terrestres, exactamente 2/3 do período de
translação, 87,97 dias. O facto da rotação do planeta ser extremamente lenta implica que as
diferentes faces de Mercúrio permaneçam durante longos períodos de tempo voltadas para o
Sol. Também por isso se manifesta um contraste tão grande entre o dia e a noite em Mercúrio.
Durante o dia as temperaturas podem ascender aos 430 ºC e durante a noite descem até aos
180 ºC negativos.
Por outro lado, e dado que o eixo de rotação forma quase um ângulo recto em relação ao
plano orbital, em Mercúrio não existem estações do ano como na Terra, o que implica que nos
pólos existam áreas nunca iluminadas pela luz do Sol. Investigações efectuadas com o
radiotelescópio de Arecibo, em Porto Rico, detectaram zonas de gelo de água nos pólos de
Mercúrio. A confirmar-se, poder-se-á dizer que Mercúrio é mesmo um planeta de extremos.
A Exploração de Mercúrio
Como já foi referido, a observação de Mercúrio através de um telescópio terrestre é muito
difícil, porque o planeta está muito próximo do Sol. Antes de missão Mariner 10 pouco se
sabia acerca deste planeta. A Mariner 10 partiu em Novembro de 1973 e a sua trajectória foi
calculada de maneira que, três meses mais tarde, passasse a 6000 quilómetros de Vénus.
Aproveitando a posição dos dois planetas foi possível beneficiar da gravidade de Vénus para
acelerar a sonda em direcção a Mercúrio. Nunca uma sonda espacial esteve tão perto do Sol e
por este motivo teve de ser reforçada para se proteger das elevadas temperaturas que se fazem
sentir durante o dia mercuriano. A órbita a realizar pela Mariner 10 foi cuidadosamente
calculada pelo cientista italiano Giuseppe Colombo, de maneira que a sonda passasse três
vezes nas proximidades de Mercúrio antes de deixar de funcionar. A bordo da sonda
encontravam-se telecâmaras para observar a superfície, um espectrómetro para procurar
eventuais vestígios de gases atmosféricos, um sensor de raios infravermelhos para medir a
temperatura superficial e um magnetómetro, apto para revelar eventuais campos magnéticos.
50
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
A Mariner 10 chegou a Vénus em Fevereiro de 1974 e a Mercúrio em Março do mesmo ano.
À passagem tirou milhares de fotografias que cobriram cerca de 40% da superfície do planeta.
As imagens revelaram um mundo profundamente craterizado, muito semelhante à nossa Lua.
Os instrumentos a bordo descobriram também que Mercúrio tem um fraco campo magnético.
Depois de uma órbita em volta do Sol, a Mariner 10 visitou Mercúrio mais duas vezes,
tirando fotografias e estudando mais a fundo o campo magnético acabado de descobrir.
A missão foi um sucesso e demonstrou a possibilidade de utilizar a gravidade de um planeta
como propulsante para enviar uma sonda em direcção a outro planeta, ou outro objecto
celeste, ainda mais distante.
Vénus
Vénus manteve os seus segredos ocultos por detrás de um grande manto de nuvens, até há
bem pouco tempo. As sondas espaciais mostraram um mundo proibido, ao mesmo tempo
fascinante com temperaturas abrasadoras, planícies rochosas e enormes vulcões.
“Astronomia – o Guia Essencial”
Figura 20: Vénus
A Estrutura Interna de Vénus
O núcleo de Vénus, de raio 2900 km, é rico em ferro e, à semelhança da Terra, espera-se que
seja parcialmente liquefeito. As camadas exteriores do manto são mais quentes do que na
Terra e estão num estado de fusão parcial. A crosta é muito grossa, entre os 20 e os 60 km de
diâmetro, e de origem basáltica. À partida, o núcleo ferroso deveria criar um campo
magnético que, porém, não existe, talvez devido à sua rotação muito lenta.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
51
Explorando o Sistema Solar
Figura 21: Interior de Vénus
Superfície de Vénus
A superfície de Vénus apresenta-se praticamente plana, normalmente as oscilações não vão
além dos 500 metros, mas existem excepções consideráveis. Atalanta Planitia, Guinevere
Planitia e Lavinia Planitia surgem como depressões a referir, enquanto Istar Terra, no
Hemisfério Norte, e Afrodite Terra, ao longo do equador, constituem formações bastante
extensas, semelhantes aos continentes na Terra. No interior de Istar Terra existe um grande
planalto, Lakshmi Planun, que está rodeado pelas maiores montanhas de Vénus, incluindo os
Maxwell Montes de 11 km de altura. Não existem pequenas crateras em Vénus, porque
certamente a densa atmosfera protege a superfície de pequenos meteoritos e apenas os
objectos maiores sobreviveram ao trajecto atmosférico até chegar à superfície. As crateras são
bastante jovens em termos geológicos, com idades inferiores a 500 milhões de anos. Ao que
parece, a imensa actividade vulcânica, existente na altura, cobriu as crateras de impacto mais
antigas.
Figura 22: Maat Mons
52
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
A Atmosfera de Vénus
Vénus e Terra são muito semelhantes no que respeita à massa (M=0,82MTerra) e ao tamanho
(R=0,95RTerra). Assim sendo, supunha-se que as condições físicas na superfície de Vénus e da
Terra seriam aproximadamente iguais. Não podíamos estar mais enganados!
A superfície de Vénus está completamente coberta de nuvens que provocam uma elevada
reflexão da luz do Sol, fazendo com que ele seja, depois do Sol e da Lua, o objecto mais
brilhante no céu. As observações espectroscópicas demonstraram que em toda a atmosfera de
Vénus existe dióxido de carbono e, em percentagem muito inferior, outros gases, tais como
vapor de água, monóxido de carbono, dióxido de enxofre, vapores de ácido clorídrico e
vapores de ácido fluorídrico. Antes das investigações in situ efectuadas pelas Venera-4,
Venera-5 e Venera-6 e comparando com a Terra, supunha-se que na atmosfera de Vénus
existisse uma grande quantidade de azoto. Na realidade a proporção de dióxido de carbono
nas camadas inferiores da atmosfera de Vénus constitui aproximadamente 97% contra os 2%
de azoto. A proporção de água nas camadas profundas da atmosfera é apenas na ordem de
0,002% conforme dados fornecidos pelas Venera-11, Venera-12, Venera-13 e Venera-15. É
de realçar que a quantidade de água que se pode detectar na atmosfera deste planeta nada tem
a ver com a quantidade de água presente na Terra. No entanto, Vénus terá possuído grandes
quantidades de água, perdida para o espaço interplanetário devido à elevada temperatura.
A atmosfera de Vénus mostra zonas estratificadas com composição e estruturas das nuvens
diversa. Na parte mais alta existem ventos com velocidades na ordem dos 350 km/h, o que faz
com que a camada mais alta de nuvens dê uma volta completa em redor de Vénus em apenas
quatro dias. Na parte baixa da atmosfera – aproximadamente 50 km de altitude - há uma faixa
de nuvens, também de ácido sulfúrico (tal como nas camadas de nuvens mais elevadas) que,
no entanto, se condensou em gotas de maior tamanho. Graças às elevadas temperaturas em
Vénus, o ácido sulfúrico nunca cai na superfície sob a forma de chuva. Nestas altitudes, a
densidade é elevada e a visibilidade fraca. Em baixo a densidade mantém-se de tal forma
elevada que restringe muito o horizonte visível.
A densa atmosfera de Vénus é responsável pelo elevado efeito de estufa, o que eleva a
temperatura média aos 460 ºC à superfície de Vénus, a mais alta do Sistema Solar.
Como a atmosfera de Vénus é constituída por moléculas pesadas, a coluna de gás que assenta
num metro quadrado de terreno “pesa” muito e a pressão à superfície é altíssima: cerca de 90
atmosferas.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
53
Explorando o Sistema Solar
Os Movimentos de Vénus
Tal como Úrano, Vénus roda em torno de si próprio no sentido retrógrado. Para além disto, a
rotação de Vénus é muito lenta, pelo que demora 243 dias terrestres a efectuá-la, 18 dias mais
do que demora a girar à volta do Sol. Isto é, o período de rotação é maior do que o período de
translação, ou seja, o dia é maior do que o ano.
Imagem 23: O trânsito de Vénus
Exploração de Vénus
Vénus, um dos corpos celestes mais luminosos no céu nocturno, já foi investigado por dezoito
sondas soviéticas e três americanas, desde 1960.
As sondas soviéticas Venera foram as primeiras a explorar o planeta e, durante muitos anos,
os soviéticos mantiveram uma espécie de monopólio na exploração de Vénus. Começaram
uma longa série de lançamentos e a primeira sonda, Venera 1, partiu exactamente no mesmo
ano em que Yuri Gagarin se tornou no primeiro homem a orbitar em torno da Terra, 1961. As
duas primeiras sondas perderam-se, mas a Venera 3 e a Venera 4, pelo contrário, conseguiram
transmitir, pela primeira vez, dados sobre a composição da atmosfera de Vénus. Em 1970, a
Venera 7 penetrou na atmosfera de Vénus e transmitiu informações para a Terra durante mais
de 20 minutos, mediu uma temperatura de 475 ºC e uma pressão de 92 atmosferas. Era a
primeira vez que um objecto produzido pelo Homem pousava noutro planeta. Os lançamentos
continuaram durante os anos 70 e os resultados obtidos puseram fim a quaisquer ilusões sobre
a existência de vida neste planeta. Em 1975, a Venera 9 tirou as primeiras fotografias a preto e
branco do planeta. No início dos anos 80 do século XX, a União Soviética construiu os
últimos modelos da série Venera, as sondas 14 e 15. Estas sondas destinavam-se ao encontro
com o cometa Halley, no entanto, à passagem pelo planeta Vénus deixaram cair dois módulos
54
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
e dois balões atmosféricos que efectuaram uma série de medições a 50 quilómetros de
altitude. Alguns anos antes, os americanos lançaram as duas sondas Pioneer-Venus, também
elas equipadas com módulos de investigação da superfície do planeta.
Figura 24: Venera 13 na superfície de Vénus em Março de 1982
No entanto, a sonda que mais contribuiu
observadas estruturas vulcânicas circulares
para o conhecimento do planeta Vénus foi
em forma de panquecas tendo adoptado o
a Magalhães, que no início dos anos 90
mesmo nome.
cartografou a superfície de Vénus com um
detalhe até então nunca conseguido. A
sonda Magalhães foi lançada a partir do
vaivém espacial Atlantis a 4 de Maio de
1989. Um mapeamento por radar teve
início em Setembro de 1990 e em 1993 já
se tinha feito a cobertura de 98% da
superfície do planeta. A sonda Magalhães
resolveu características abaixo dos 120
metros e revelou detalhes do vulcanismo à
superfície. Para exemplo, a sonda revelou
múltiplos rios de lava em forma de
serpentina e superfícies rochosas. A sonda
Magalhães
mostrou
também
muitas
Figura 25: A Sonda Magalhães no centro Espacial
Kennedy
coronae, em tempos causadas por plumas
de material quente em ascensão partindo
abaixo da superfície. Também foram
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
55
Explorando o Sistema Solar
A Venus Express foi lançada a 9 de Novembro de 2005, a partir de um Soyuz-Fregat em
Baikonur, no Casaquistão, e chegou a Vénus em Abril de 2006. A duração da viagem da
Terra a Vénus foi de 150 dias e a órbita em torno do planeta será de 1000 dias.
O nome da missão, Venus Express, vem do curto intervalo de tempo que decorreu entre a
aprovação de missão, a sua consecução e lançamento, cerca de três anos. Para tornar isto
possível, a ESA reutilizou o mesmo projecto usado na missão Mars Express e as mesmas
equipas industriais que trabalharam nesta missão. Assim, projecto Venus Express tornou-se
numa missão mais barata e prontamente conseguida. A missão Venus Express também utiliza
instrumentos desenvolvidos para a missão da sonda Rosetta. A Venus Express é a primeira
nave espacial da ESA a visitar este planeta.
Figura 26: Visão artística da Venus Express por cima de uma tempestade atmosférica
Graças a um conjunto de avançados instrumentos para as investigações planetárias, a missão
Venus Express estuda a atmosfera de Vénus, a sua dinâmica e composição química, a
interacção entre a atmosfera e a superfície, e também as nuvens venusianas em detalhe.
Estuda a interacção entre a atmosfera e o ambiente interplanetário (vento solar), para melhor
compreendermos a evolução deste planeta e faz mapas das temperaturas à superfície do
planeta e da sua atmosfera.
56
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Terra
“A Terra é apenas mais um planeta do Sistema Solar. Isto pode estar certo, mas quanto mais
aprendemos sobre os outros planetas, mais apreciamos as características que tornam
especial o terceiro rochedo a partir do Sol.”
Texto retirado de Astronomia – O Guia Essencial
Figura 27: Planeta Terra
A Estrutura Interna da Terra
A existência de biosfera e hidrosfera, assim como a grande actividade dinâmica da crosta e da
atmosfera, constituem características únicas do nosso planeta. A atmosfera e a crosta
terrestres têm também sofrido grandes modificações ao longo da vida do planeta e também
em consequência da evolução dos organismos vivos.
O estado inicial do planeta Terra era bem diferente. As elevadas temperaturas mantinham-no
num estado de fusão que veio favorecer a fase de diferenciação, ou seja, os materiais mais
densos migraram em direcção ao centro do planeta, como o ferro e o níquel, enquanto que os
materiais menos densos, tais como os silicatos responsáveis pela formação das rochas,
permaneceram à superfície. Entretanto o processo terminou, a temperatura baixou e o planeta
solidificou. Além disso, condições favoráveis levaram a que grande parte do planeta se
cobrisse de água líquida.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
57
Explorando o Sistema Solar
Figura 28: Estrutura Interna da Terra
O estudo da estrutura interna da Terra processa-se de forma indirecta, isto é, através do estudo
da propagação das ondas sísmicas. A estrutura interna do nosso planeta é estratificada em
núcleo, manto e crosta. O núcleo, por sua vez, distingue-se em núcleo interior, com um raio
de 1200 quilómetros, e um núcleo exterior, de espessura 2300 quilómetros, constituído
essencialmente por ferro e níquel. No centro da Terra, a temperatura poderá atingir os 7500K,
que quando comparada com a temperatura à superfície do Sol, se verifica que esta é inferior.
O manto divide-se em manto interior, com silício, magnésio, oxigénio, algum ferro, cálcio e
alumínio na sua constituição, e em manto superior, formado por silicatos de ferro, magnésio,
cálcio e alumínio. O manto inferior é caracterizado por uma estrutura rígida, enquanto que o
manto superior apresenta uma maior plasticidade. A parte superior do manto tem de espessura
cerca de 100 quilómetros e em conjunto com a crosta toma o nome de litosfera. A crosta é
essencialmente constituída por dióxido de silício e outros silicatos. A parte continental da
crosta, menos densa, tem uma espessura de cerca de 30 quilómetros e a parte oceânica, mais
densa, cerca de 8 quilómetros.
A Superfície da Terra
A litosfera é formada por placas que estão sujeitas a um constante movimento determinado
pelas correntes convectivas provocadas pela mistura de rochas fundidas, ainda a decorrer, e
que é responsável pelo fenómeno que os geólogos denominam de tectónica de placas. O
afastamento das placas leva ao aparecimento de uma nova crosta como resultado do magma
que surge à superfície. Por outro lado, também se pode verificar o deslizamento de uma placa
sob a outra ou até o movimento transversal ao longo das suas divisórias, o que origina falhas
58
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
sísmicas e vulcanicamente instáveis. As colisões entre as placas continentais dão origem à
formação de cadeias montanhosas, ao passo que o afastamento produz os oceanos.
A superfície da Terra é relativamente recente, pois a erosão e a tectónica de placas destruíram
e recriaram a grande parte da superfície terrestre nos últimos 500 milhões de anos.
A Terra é o único planeta do Sistema Solar com água no estado líquido e numa tal quantidade
que cobre 71% da superfície terrestre. A erosão e a manutenção de uma menor amplitude
térmica à superfície do planeta são da responsabilidade desta característica.
A Atmosfera Terrestre
À semelhança do que aconteceu com o
planeta propriamente dito, também a
atmosfera terrestre sofreu uma grande
evolução
desde
Actualmente
a
a
sua
atmosfera
formação.
terrestre
é
constituída em 78% por azoto, 20,9% por
oxigénio, 0,9% de árgon, 0,2% de dióxido
de carbono, água, néon, hélio e hidrogénio.
A quantidade de dióxido de carbono terá
diminuído drasticamente ao longo dos
tempos como resultado da combinação
com rochas formando carbonatos, por
dissolução nos oceanos ou terá até sido
consumido em processos fotossintéticos.
Processos como a tectónica de placas
também providenciam uma troca contínua
de dióxido de carbono entre a litosfera e a
atmosfera. O dióxido de carbono presente
na atmosfera representa um importante
papel no efeito de estufa responsável por
um aumento na temperatura média do
planeta permitindo a existência de vida tal
como nos é apresentada.
Figura 29: As camadas da atmosfera terrestre
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
59
Explorando o Sistema Solar
Tabela 4: Camadas da atmosfera terrestre
No me
Ca ract e r ístic as
Va r iação da t e mp eratu ra
A lt it ud e
( km)
Tro posfera
É a c a ma d a d a a t mos f era q u e es t á em
c o n ta c to com a sup er f íc i e ter r e s tre e
qu e con té m o ar qu e re sp ir a mo s. É
ond e se g eram as nuvens e todos os
f enó me nos me teo ro lóg ic os.
-50 ºC e -80 ºC
0-15
0 ºC na zona sup er ior
15-50
É onde se en con tra a cama d a d e
Es trato sf era o zono, qu e f iltr a o s r a io s u ltr av io le ta
(UV) nocivo s à v ida na Terra.
M eso sfe ra
D iminu ição d a concen tração d e
o zono, o ar torn a-se cada v ez ma is
r ar efe i to .
Cheg a ao s –100 ºC co m a
altitude.
50-80
T e r mo sf e ra
N es ta zona o ar é ma is r ar efe ito . É
tamb ém onde se d e sin tegr a m o s
me teo r itos, or ig in ando o ef eito d as
“ e s tr e la s cad en te s” .
A s te mp e r a tu r as s ão
e lev ad ís s ima s, ch eg a m a
ating ir o s 2000 ºC, d evido
à absor ç ão d a r ad ia ç ão
s o l ar .
Mais d e
80
Exosfera
Nesta cama d a orb itam o s satélites
a r t if i cia i s.
_______
Mais d e
600
O Campo Magnético Terrestre
Figura 30: Campo magnético terrestre
60
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
O núcleo metálico fundido e a rotação rápida do nosso planeta produzem um extenso campo
magnético que, em conjunto com a atmosfera, gera a magnetosfera que age como escudo
contra o vento solar, um fluxo de partículas carregadas provenientes do Sol. A interacção da
atmosfera com essas partículas, presas no campo magnético terrestre produz as auroras
boreais e austrais, espectáculos de luzes conhecidos como auroras polares. Da análise das
antigas rochas extraídas das profundidades oceânicas, foi descoberto que o pólo sul e o pólo
norte do campo magnético terrestre têm sofrido inversões a intervalos regulares de cerca de
100 000 anos.
Na magnetosfera existem duas zonas de forte radiação, detectadas pelo satélite americano
Explorer1, em Fevereiro de 1958, e são conhecidas por Cinturões de Van Allen. Estas zonas
são formadas por plasma constituído por partículas do vento solar que foram capturadas pelo
campo magnético da Terra. Os Cinturões de Van Allen dividem-se em exterior, que varia
entre os 19 000 e os 41 000 quilómetros de altitude, e anterior, que pode medir entre 7600 e
13 000 quilómetros de altitude.
Figura 31: Auroras polares fotografadas pelo HST
A Lua
Figura 32: A Lua
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
61
Explorando o Sistema Solar
Tabela 5: Características de Lua
Distância
Satélite
média à
Terra
Diâmetro
Massa
(kg)
(km)
Lua
3,844x105
0,272
0,0123
DTerra
MTerra
Período
Densidade
Média
Gravidade
Temperaturas
3
(g/cm )
3,34
de
Rotação
(dias)
0,166
-235ºC a
gTerra
125ºC
29,531
Período de
Translação
(dias)
29,531
A Lua é o único satélite do planeta Terra e o corpo celeste mais próximo do planeta, tão
próximo que é facilmente observável com um simples binóculo. A Lua tem um diâmetro de
3476 quilómetros, igual a um quarto do diâmetro terrestre. Com um período de translação
igual ao de rotação, para um observador na Terra, a Lua apresenta sempre a mesma face.
A Estrutura Interna da Lua
A estrutura interna da Lua foi estudada através do registo de alguns “lunamotos” de fraca
intensidade, efectuado pelos sismógrafos deixados pelos astronautas, confirmando que esta é
muito semelhante à da Terra, embora as proporções entre os diferentes estratos sejam muito
diferentes. A Lua poderá ter um núcleo ferroso com cerca de 700 quilómetros de diâmetro e
contendo somente 2% da massa da Lua. A este seguir-se-á o manto que ocupa grande parte do
volume lunar. A crosta lunar apresenta-se muito variável em termos de espessura: cerca de
100 quilómetros na face escondida da Lua e que corresponde a uma superfície quase coberta
de crateras e montanhas; e cerca de 60 quilómetros na fase voltada para a Terra, onde
predominam os mares. Pensa-se que esta diferença na morfologia do satélite se prenda
precisamente com a diferença de espessura da crosta e que em tempos a lava presente no
manto emergisse mais facilmente em zonas de crosta mais fina, determinando a formação dos
mares.
A Superfície da Lua
A superfície lunar é caracterizada por dois tipos de terrenos principais: os marea, que
correspondem a zonas mais escuras e lisas, e os terrea, zonas mais brilhantes, montanhosas e
bastante craterizadas. A superfície actual da Lua estará relacionada com dois momentos
fundamentais: o primeiro terá ocorrido há cerca de 3,8 mil milhões de anos, devido a um
intenso bombardeamento meteorítico; num segundo momento, as crateras resultantes do
62
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
primeiro, terão sido preenchidas por lava resultante da actividade vulcânica, resultando daí os
mares. À vista desarmada é relativamente fácil distinguir as zonas mais brilhantes das zonas
mais escuras. As primeiras são cordilheiras montanhosas, terrenos elevados, materiais
expulsos pela formação de crateras, e rególito, o fino e poeirento solo lunar. O rególito formase à custa da erosão provocada nas rochas lunares por incontáveis meteoritos minúsculos. Este
solo tem dois a oito metros de profundidade na zona dos mares e chega a atingir os quinze
metros nas terras altas. A maior cratera de impacto na Lua, com 2250 quilómetros de
diâmetro e 12 quilómetros de profundidade, encontra-se no lado não visível da Lua e dá pelo
nome de South Pole- Aitken.
Figura 33: Mapa topográfico de South Pole- Aitken baseado em informações da sonda Clementine
As regiões escuras correspondem a vales ou planícies com poucas crateras. O Maré
Tranquillitates, Crisium e Serenitates são visíveis durante a fase de Quarto-Crescente, no
hemisfério oriental da Lua.
A Origem da Lua
A origem do satélite da Terra é ainda hoje um tema de discussão. Até à realização das missões
Apollo, existiam três teorias sobre a formação da Lua: a teoria da “captura”, a teoria da
“agregação” e a teoria da “fissão”. A teoria da “captura” defende que a Lua se terá formado
noutra zona do Sistema Solar, tendo posteriormente sido capturada pela Terra por acção da
gravidade. Esta teoria explicaria a diferença entre as composições químicas da Terra e da Lua,
mas tal acontecimento é altamente improvável, pois um corpo de dimensões lunares
dificilmente seria capturado pela gravidade da Terra, provavelmente só sofreria algum tipo de
desvio na sua trajectória. A teoria da “agregação” aponta para uma formação comum e em
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
63
Explorando o Sistema Solar
simultâneo da Terra e da Lua, a partir da nebulosa primordial. Esta teoria não explica as
diferenças na composição química dos dois astros, pelo que não é bem aceite. A teoria da
“fissão” avança que a Lua se terá formado a partir da fragmentação da Terra, no seu período
de formação.
O estudo dos materiais rochosos trazidos para a Terra, revelou que a origem provável da Lua
terá por base a colisão da Terra com um corpo de dimensões semelhantes às de Marte. Esta
colisão terá levado à projecção de material que ficou a orbitar em torno da Terra, tendo-se
mais tarde compactado e levado à formação da Lua. Esta hipótese explica a diferença entre o
material lunar e o manto terrestre. Se esta teoria for efectivamente correcta, a sonda Smart1deverá ter detectado na Lua uma menor razão do que na Terra entre a abundância de ferro e
de elementos mais leves como o magnésio e o alumínio. A Smart-1 foi a primeira das Small
Missions for Advanced Research in Technology e foi lançada a 27 de Setembro de 2003, para
estudar, com maior detalhe do que até então conseguido, a superfície lunar. A missão Smart-1
já foi concluída, tendo a sonda colidido propositadamente com a Lua.
Exploração da Lua
A 20 de Julho de 1969, os astronautas Armstrong e Aldrin conquistaram a Lua em nome da
Humanidade, no entanto, a corrida à conquista da Lua tinha começado bastante tempo antes.
Figura 34: O Homem na Lua
Os russos foram os primeiros a fazer uma alunagem controlada com uma sonda automática. O
Luna 9 desceu no Oceanus Procellarum, a 3 de Fevereiro de 1966, disposto a confirmar a
64
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
teoria que indicava que os mares lunares estariam cobertos por uma profunda camada de
poeira. Algum tempo depois, os russos já estavam preparados para enviar veículos para a Lua
que coleccionariam amostras de material lunar, que depois seriam transportadas para a Terra.
Por outro lado, os americanos colocaram na Lua os veículos Ranger que enviaram
informações e fotografias para a Terra antes de se auto-destruirem. Os Surveyors obtiveram
uma grande quantidade de informação. Entre 1966 e 1968, os cinco Orbiters providenciaram
mapas muito detalhados da superfície lunar.
Figura 35: Diagrama do veículo Surveyor - NASA
Entretanto tinha chegado o momento do programa Apollo. A 21 de Dezembro de 1968, Frank
Bormen, James Lovell e William Anders tripulavam a Apollo 8 e após uma viagem de 400000
quilómetros entraram na órbita circunlunar. Estes astronautas foram os primeiros a ver o
nosso planeta a uma distância tão grande e a observar a face escondida da Lua. Seguiu-se-lhes
a Apollo 9 que orbitou em torno da Terra, testando o módulo lunar que iria descer à superfície
lunar. A Apollo 10 consistiu numa preparação exaustiva para o sucesso da primeira alunagem.
A célebre missão que levou o Homem à Lua passa obrigatoriamente pelo nome dos três
astronautas envolvidos: Neil A. Armstrong, Michael Collins e Edwin “Buzz” Aldrin.
Columbia era o nome do módulo de comando e o LEM chamava-se Eagle. O foguetão
Saturno V ergueu-se da plataforma a 16 de Julho de 1969 e a 20 de Julho já a Apollo 11 se
encontrava em órbita circunlunar. É então que o LEM, com Armstrong e Aldrin a bordo, se
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
65
Explorando o Sistema Solar
separa do módulo de comando. Doze minutos e meio de grande tensão e nervosismo foi o
tempo necessário para a alunagem. As primeiras palavras proferidas ficaram célebres:
“Controlo de Houston, Base da Tranquilidade, a Águia pousou”. Os dois astronautas
passaram mais de duas horas fora do LEM a fixar o primeiro ALSEP – Apollo Lunar Surface
Experimental Package – que incluía vários instrumentos, entre os quais um sismómetro, um
projecto para procurar quaisquer vestígios de atmosfera lunar e um instrumento preparado
para recolher partículas do vento solar.
Figura 36: Apollo 11
É visto que quando o Homem alunou pela primeira vez já o projecto Apollo para a conquista
da Lua estava no auge. Um grande sucesso também foi a Apollo 12 lançada em Novembro de
1969. Os astronautas Charles Conrad, Richard Gordon e Allan Bean estiveram nesta missão,
entre 14 e 24 de Novembro. O LEM Intrepid transportou Corad e Bean para a superfície
lunar, apenas a 180 metros da sonda lunar Surveyor, que se encontrava na lua desde 1967. Em
Abril de 1970, os astronautas James Lovell, John Swigert e Fred Haise foram os três
protagonistas da quase-desastrosa missão Apollo 13. Evitaram por pouco o desastre depois da
explosão de um reservatório de oxigénio ter danificado o módulo de comando a meio
caminho da Lua. Em Janeiro de 1971, os astronautas Shepard e Michell, na missão Apollo 14,
colocaram na Lua o primeiro “cart lunar” para transportar o equipamento dos astronautas. A
missão Apollo 15, partida a 26 de Julho de 1971, foi a primeira a utilizar o famoso todo-oterreno lunar: o Rover. Os astronautas da Apollo 15 fizeram três viagens diferentes com o
Rover, permanecendo, ao todo, mais de dezoito horas sobre a superfície lunar e percorrendo
mais de 27 quilómetros durante as explorações do desfiladeiro de Ridley Hill. Durante este
processo foram recolhidos cerca de 80 quilogramas de material rochoso lunar, que depois
foram transportadas para a Terra. Os Rovers também foram utilizados nas missões Apollo 16,
lançada em Abril de 1972, e Apollo 17, de Dezembro de 1972, e depois foram abandonados
na Lua onde ainda permanecem. Graças aos Rovers, os astronautas podiam-se afastar do LEM
e recolher uma maior variedade de material rochoso. Sem estes aparelhos teriam de se cingir
66
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
ao encontrado na zona de alunagem. Um dos astronautas da Apollo 17 , Dr. Harrison Schimitt,
geólogo, encontrou pedras cor-de-laranja que remontam a 3800 milhões de anos. Nenhum
homem voltou à Lua desde 1972.
Figura 37: Eugene Cernan a conduzir o Lunar Rover na missão Apollo 17
A sonda Clementine foi lançada da Base da Força Aérea de Vanderburg, na Califórnia, a 24
de Janeiro de 1994. Esta sonda inspeccionou e fotografou toda a Lua e mapeou as regiões
polares com o maior rigor até então conseguido. Por exemplo, foram obtidas observações
detalhadas da zona do Pólo Sul, Aitken Basin, com 2250 quilómetros de diâmetro por 12
quilómetros de profundidade. A sonda Clementine detectou indícios da existência de água
dentro de crateras polares, permanentemente na sombra, onde nunca incide a luz solar.
A sonda que lhe seguiu, Prospector, foi
lançada a 3 de Janeiro de 1998, com a
intenção de levar a cabo uma inspecção da
superfície lunar. A 31 de Julho de 1999,
chocou violentamente com uma cratera
lunar a fim de procurar maiores evidências
da presença da água nos escombros, mas
nenhum sinal de gelo de água foi
encontrado e a ideia foi, pelo menos
genericamente, abandonada.
Figura 38: Fotografia tirada pela sonda Clementine
onde se vêem a Lua, a corona solar e Vénus.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
67
Explorando o Sistema Solar
A SMART-1 foi lançada a 27 de Setembro
de 2003, tendo-se tornado na primeira
missão da Agência Espacial Europeia
(ESA) a visitar a Lua. Este lançamento foi
inserido num conjunto de missões de baixo
custo,
SMART
(Small
Missions
for
Advanced Research in Technology Pequenas Missões para a Investigação
Avançada em Tecnologia), cujo objectivo
primordial era testar novas tecnologias
para
futura
espaciais.
utilização
em
missões
Figura 39: SMART-1
No caso da SMART-1, o objectivo primário foi testar e validar um motor de propulsão
eléctrica para missões interplanetárias. Adicionalmente foram testadas novas tecnologias para
sondas e instrumentos. A bordo foram colocados diversos instrumentos científicos, em que
alguns serviriam para estudar o desempenho do motor e outros foram destinados à aquisição
de dados científicos, em especial da Lua. Os instrumentos científicos relacionados com a
investigação lunar foram uma câmara de alta resolução (AMIE), com a qual foi possível obter
imagens com uma resolução nunca antes conseguida a partir de uma nave em órbita lunar. A
SMART-1 contou também com um espectrómetro de infravermelho (SIR), para análise de
compostos da superfície lunar, entre eles a água. A sonda possuía também um inovador
espectrómetro de raio-X (DCIXS) com o objectivo de fazer uma análise dos elementos da
superfície lunar.
A missão terminou a 3 Setembro 2006 quando a nave espacial se despenhou
propositadamente na superfície lunar na região de Lacus Excellentiae.
68
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Marte
Figura 40: O planeta Marte
Os dados e as imagens enviadas pelas sondas espaciais mostram que o planeta vermelho é um
deserto onde reina um clima muito severo. Mesmo assim, Marte continua sendo o objectivo
principal para a procura de vida fora do planeta.
Marte, o primeiro planeta para além da órbita da Terra, sempre teve especial interesse para o
Homem, mas agora mais que nunca, uma vez que nos encontramos na expectativa de
encontrar vida neste planeta.
A Estrutura Interna de Marte
Marte é menos denso do que a Terra e
silicatos,
também muito mais pequeno, o seu
aproximada de 1800 quilómetros, enquanto
tamanho
que
encontra-se
numa
situação
intermédia entre a Terra e a Lua. Ao
a
abrange
crosta
pode
uma
atingir
espessura
os
100
quilómetros.
contrário de Vénus, Marte tem uma
atmosfera muito ténue, o que favorece a
observação
da
sua
superfície.
À
semelhança de Vénus e da Terra, Marte
apresenta uma estrutura interna dividida
em núcleo, manto e crosta. O núcleo,
composto por ferro, níquel e enxofre, tem
um raio estimado entre os 1300 e os 2000
quilómetros. O manto, essencialmente de
Figura 41: A estrutura interior de Marte
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
69
Explorando o Sistema Solar
Os resultados das medições do campo magnético, realizadas pelas sondas Mars – 2, 3, 5,
levaram a crer que o planeta possui o seu próprio campo magnético, embora muito fraco,
aproximadamente 10-3 do campo magnético terrestre. Se tal se verificar poder-se-á concluir
acerca de um núcleo líquido de Marte.
A Superfície de Marte
Marte não parece ter tectónica de placas, no entanto não está completamente posta de lado a
ideia de que o poderá ter tido num passado remoto. Se considerarmos Marte um planeta com
uma única placa, não existirá movimento da crosta relativamente ao manto, o que explica o
planalto de Tharsis e os seus enormes vulcões, actualmente inactivos. Quase metade da
superfície de Marte corresponde a regiões ocupadas pelas antigas crateras, embora o seu
número por unidade de superfície seja consideravelmente inferior ao que se verifica na Lua e
no satélite Fobos. Em Marte há enormes montanhas de origem vulcânica, mas não existem
cordilheiras. Na superfície de Marte realçam-se os canais curvilíneos que poderão ser leitos de
rios secos. Actualmente é impossível a existência de água no estado líquido na superfície
marciana, pois se existisse evaporar-se-ia devido à baixa pressão atmosférica neste planeta.
No entanto, os leitos de antigos rios são indícios de que há milhões de anos o planeta tinha
uma atmosfera mais densa e de que nele existia água líquida. Estes podem ter sido causados
por grandes fluxos de água, cuja origem ainda não é certa, mas que pode estar associada a
gelo derretido por acção da actividade vulcânica, erupções de água sob pressão, liquefacção
de finos sedimentos saturados de água ou ainda pela erosão lenta de glaciares.
Figura 42: Fotografia panorâmica de Marte obtida durante a missão Pathfinder
70
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
O solo marciano consta essencialmente de matéria fragmentada (rególito) e de um grande
número de blocos de pedra à superfície. Das análises feitas ao solo de Marte, conclui-se que,
comparativamente com as rochas terrestres, as de Marte são mais ricas em magnésio, ferro e
cálcio e mais pobres em potássio, sílica e alumínio. Detectou-se também a presença de
minerais hidratados e de minerais magnetizados.
Entre o Hemisfério Norte e o Hemisfério Sul existem diferenças notáveis: o Hemisfério Norte
apresenta planícies lisas e uma craterização moderada, enquanto que no Hemisfério Sul
existem enormes crateras. Isto talvez se deva ao facto do Hemisfério Sul ser “mais velho”,
remontando a cerca de 3,8 mil milhões de anos, uma época em que se deu o grande
bombardeamento meteorítico que envolveu todo o Sistema Solar. Entre os dois hemisférios
existe um enorme planalto que se estende por 4000 quilómetros e com uma altura de 10
quilómetros e que se denomina Região de Tharsis. Outras formações geológicas relevantes
são Olympus Mons, a maior montanha do Sistema Solar, elevando-se a uma altura de 24
quilómetros acima da planície que o rodeia com um diâmetro de 500 quilómetros delimitada
por uma escarpa de 6 quilómetros de altura; Valles Mariners, um complexo sistema de
desfiladeiros que serpenteia pela superfície marciana ao longo de mais de 4000 quilómetros,
possuindo uma profundidade de entre 2 a 7 quilómetros e Hellas Planitia, cratera de impacto
no Hemisfério Sul de Marte, com um diâmetro de 2000 quilómetros e uma profundidade de 6
quilómetros.
Figura 43: Imagem a 3D de Olympus Mons
As calotes polares são formações de estrutura complexa, podendo distinguir-se nelas partes
permanentes e outras que variam de estação para estação. É de referir que analogamente ao
que acontece na Terra, também Marte, devido à inclinação do eixo de rotação, possui estações
do ano. Estas áreas estão cobertas por calotes de gelo de água a que, no Inverno, se sobrepõe
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
71
Explorando o Sistema Solar
um estrato de gelo seco de dióxido de carbono. Na Primavera, o dióxido de carbono sublima,
sendo “transportado” para o hemisfério oposto, constituindo as zonas que variam ao longo das
estações do ano. Por vezes, a sublimação pode provocar a emissão de grandes quantidades de
gases para a atmosfera, o que gera ventos violentos acompanhados por tempestades de poeira
à escala planetária, capazes de tornar opaca a atmosfera durante algumas semanas. Durante a
estação fria, as duas calotes expandem-se atingindo respectivamente 60º de latitude norte e
60º de latitude sul, onde as camadas de dióxido de carbono chegam a atingir os 50
centímetros. Existem também as partes permanentes das calotes polares que constam
essencialmente de gelo de água. Nas zonas polares de Marte são típicas as acumulações
estratificadas de gelo, separadas por camadas de poeira de pouca espessura.
A temperatura à superfície de Marte varia bastante ao longo do seu dia. A temperatura média
neste planeta é de -63 ºC, com uma temperatura máxima no equador de +20º e mínima de 140º.
A Atmosfera de Marte
A atmosfera de Marte é muito pouco densa, pelo que a pressão ao nível do solo é muito baixa,
cerca de seis milésimos da terrestre. As sondas revelaram que esta atmosfera é composta por
95,32% de dióxido de carbono, 2,7% de azoto molecular, 1,6% de árgon, 0,13% de oxigénio,
0,07% de monóxido de carbono e 0,03% de vapor de água. A sonda Mars Express, através do
instrumento Planetary Fourier Spectrometer (PFS) detectou metano na atmosfera de Marte,
cerca de dez partes em mil milhões. Em algumas centenas de anos, o metano presente na
atmosfera transformar-se-á em água e dióxido de carbono, logo a sua existência indica a
presença de mecanismos contínuos de produção de metano. A actividade vulcânica, processos
hidrotermais ou, melhor ainda, fenómenos biológicos são hipóteses a considerar.
Vida em Marte
O interesse pelo planeta Marte foi grande durante muito tempo e, na realidade, continua a sêlo. Até à visita da sonda Mariner 4, em 1965, a ideia de que Marte podia ser habitado por uma
civilização semelhante à da Terra, capaz de gigantescas obras como os famosos canais
“observados” por Schiaparelli, inspirou escritores de ficção científica e deliciou as mentes dos
leitores. Por isso, quando as sondas começaram a enviar para a Terra os dados e as imagens
recolhidos “in situ”, a desilusão foi grande. Na superfície de Marte não existiam artefactos ou
72
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
vestígios da civilizações marcianas - Mariner 4 – nem sequer formas de vida primitiva –
Viking 1 e 2. Os laboratórios das sondas Viking realizaram experiências bioquímicas que
confirmaram a ausência de qualquer forma de actividade biológica. No entanto, meteoritos
encontrados na Antártida levantaram novamente a polémica. O mais famoso destes meteoritos
é o ALH 84001, onde cientistas da NASA afirmam ter identificado compostos orgânicos
fossilizados, que, em conjunto com outras características mineralógicas do meteorito,
constituem para estes investigadores a evidência da existência de vida em Marte, pelo menos
no passado deste planeta. De acordo com a comunidade científica, este meteorito terá sido
formado em Marte nos primórdios do Sistema Solar e expelido do planeta por ocasião de um
violento impacto com um corpo de dimensões consideráveis. O meteorito marciano terá
viajado durante cerca de 15 milhões de anos e caiu na Antártida, tendo sido recolhido em
1984. A dúvida persistirá, pelo menos até que as numerosas missões a Marte, previstas para
os próximos anos, permitam dar uma resposta definitiva à interrogação sobre se existe ou terá
existido alguma forma de vida em Marte.
Figura 44: Esta imagem de alta resolução obtida com um microscópio electrónico tornou-se mundialmente
famosa em 1996 ao mostrar algumas formações misteriosas. A imagem foi obtida a partir do meteorito
ALH84001. Este meteorito terá vindo de Marte e foi encontrado na Antártida. Os estudos realizados levaram a
NASA a lançar a notícia de que poderá ter existido vida em Marte no passado.
Exploração de Marte
O trabalho de Schiaparelli, apoiado pelo americano Percival Lowell, que construiu,
propositadamente para estudar Marte, um observatório no Arizona, EUA, e que defendia
vigorosamente a existência de vida em Marte, levou a que o Homem revelasse uma
curiosidade acrescida pela exploração do planeta vermelho.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
73
Explorando o Sistema Solar
A exploração “in situ” com o envio de sondas para Marte permitiu a obtenção de valiosas
informações e também a resolução de muitas questões até então por solucionar. Durante cerca
de 10 anos antes do envio das duas sondas americanas Viking, uma série de naves
aproximaram-se do planeta e estudaram algumas das suas características gerais abrindo
caminho para as Viking. A primeira sonda que chegou às proximidades de Marte foi a
Mariner 4, que em Julho de 1965, a 10 000 quilómetros de altitude tirou e enviou para a Terra
22 fotografias da superfície marciana. Em 1969, a Mariner 6, dotada pela primeira vez de um
computador reprogramável a partir da Terra, tirou 75 fotografias a 3429 quilómetros de
altitude, revelando, entre outros, a calote polar sul.
As sondas soviéticas Mars 2 (1971) e a série Mars 4-5-6 (1973-1974) também prestaram um
notável contributo na recolha de dados.
A sonda americana Mariner 9 veio então revelar a mais alta montanha de todo o Sistema
Solar, Olympus Mons, com a altura de 24 quilómetros.
Figura 45: Nave Viking
No entanto uma ambiciosa missão para explorar o misterioso planeta vermelho foi enviada
em 1975 e consistia em duas sondas. Cada uma destas sondas continha um módulo de
aterragem que se separaria do aparelho, uma vez atingida a órbita marciana, e pousaria na sua
superfície. Em Junho de 1976, a Viking 1 entrou em órbita à volta de Marte e a partir das
fotografias enviadas por esta para a Terra foi escolhido o melhor local de aterragem para o
Viking Lander. No dia 20 de Junho de 1976, e pela primeira vez, uma máquina construída
pelo Homem “passeava” pela superfície de Marte. Poucos dias depois, a Viking 2 realizou a
mesma proeza, a cerca de 6000 quilómetros de distância da primeira, para poderem explorar
zonas diferentes do planeta. As duas sondas foram equipadas com um braço telescópico que
permitiu recolher amostras do solo que foram analisadas no micro-laboratório a bordo. As
sondas possuíam também instrumentos metereológicos, uma telecâmara digital e um
74
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
sismógrafo. A superfície marciana surgiu então como um deserto avermelhado desprovido de
vida, cuja cor se deve à elevada quantidade de óxido de ferro presente.
As Viking, tanto em órbita como no solo, tiraram dezenas de milhar de fotografias e
recolheram uma enorme quantidade de informações. Projectadas para transmitir dados durante
três meses, as duas sondas tiveram uma vida muito mais longa, tendo terminado a sua missão
nos anos 80, mais precisamente em 1982 para a Viking 1 e em 1980 para a Viking 2.
Figura 46: Marte vista do Viking Lander
Em Julho de 1997 aterrou em Marte a sonda Pathfinder, com o seu rover Sojourner. Em dois
meses e meio tirou 16 000 fotografias, estudou a atmosfera, a meteorologia e os ventos e
realizou 15 análises químicas pormenorizadas ao solo e rochas marcianas.
Figura 47: Sojourner Rover
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
75
Explorando o Sistema Solar
A sonda Mars Global Surveyor entrou em órbita em torno de Marte em Setembro de 1997 e
revelou novas evidências da existência de água líquida em Marte, num passado remoto.
Seguiu-se-lhe a Mars Odissey que chegou a Marte a 24 de Outubro de 2002.
A missão seguinte, Mars Express, é uma missão não tripulada da ESA e da Agência Espacial
Italiana. A sonda foi lançada a 2 de Junho de 2003 no Cosmódromo de Baikonur, no
Casaquistão, pelo foguetão Soyuz-Fregat. A Mars Express consistia numa sonda orbital e na
sonda de entrada Beagle 2, destinado a pesquisas exobiológicas e geoquímicas. Os sete
instrumentos a bordo da sonda orbital foram projectados para realizar uma série de pesquisas
a fim de estudarem a atmosfera, a estrutura, a geologia e a composição de Marte. O veículo de
reconhecimento Beagle 2 não conseguiu cumprir o seu objectivo de realizar as experiências
de pesquisa de formas de vida, pois foi dado como perdido. Porém, a sonda orbital opera
normalmente, e, em Setembro de 2005, foi anunciado que a missão seria prolongada por mais
dois anos, a partir de Dezembro de 2005.
Entre os finais de 2003 e inícios de 2004 aterraram em Marte os veículos de reconhecimento
geológico Spirit e Opportunity, cujo objectivo era a análise de material rochoso. Estes
objectos permitiram a descoberta de minerais cuja origem poderá estar associada à presença
de água e continuam a enviar dados para a Terra, muito depois do tempo de vida previsto para
estes objectos.
A NASA (National Aeronautics and Space Administration) lançou, a 12 de Agosto de 2005, a
Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), ou Satélite de Reconhecimento de Marte, a partir do
Centro Espacial Kennedy, no Cabo Canaveral, na Flórida. Depois de ter viajado 492 milhões
de quilómetros ao longo de 7 meses, a sonda deverá permanecer na órbita de Marte durante
dois anos.
Figura 48: MRO em Marte
76
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
A MRO tem desenvolvido um trabalho precioso a mapear a superfície de Marte, monitorizar a
atmosfera e procurar qualquer evidência sobre a existência de gelo e água. A sonda está
igualmente a analisar os melhores locais para a aterragem de uma futura missão que levará o
primeiro Homem ao Planeta Vermelho. A missão MRO está ainda a revelar alguns dos mais
interessantes pormenores da geografia do Planeta Vermelho, que podem ajudar a desvendar o
passado remoto do planeta.
A sonda está equipada com sofisticados instrumentos, entre eles um espectrómetro, capaz de
detectar minerais relacionados com a existência de água; um radiómetro, que analisa a poeira
atmosférica, vapor de água e temperatura; e um radar italiano, que pode analisar o subsolo na
tentativa de detectar indícios de água.
A MRO possui três câmaras: uma é equipada com o telescópio de maior diâmetro já enviado
ao espaço, outra tem capacidade para preparar imagens de alta resolução, e uma terceira é
capaz de fazer um mapeamento climático de Marte.
Os Satélites Fobos e Deimos
Tabela 6: Características de Fobos e Deimos
Período Orbital
Raio da Órbita
Densidade
(dias)
(km)
Média (g/cm3)
1,08x1016
0,319
9380
2
1,8x1015
1,26
23460
1,7
Satélite
Diâmetro (km)
Massa (kg)
Fobos
27x22x19
Deimos
15x12x11
O planeta Marte possui dois satélites, Fobos e Deimos, que foram descobertos pelo astrónomo
Asaph Hall, em 1877. A difícil observação destes satélites através de telescópios terrestres
tem a ver com o facto destes se encontrarem muito próximos do planeta e o seu brilho ser
muito fraco. A distância de Fobos ao centro de Marte é igual a 2,77 raios do planeta e a de
Deimos é igual a 6,96 raios do planeta. Fobos tem então um raio orbital inferior ao raio
necessário para que o seu período de translação igualasse o período de rotação de Marte, à
semelhança do que se passa com o sistema Terra-Lua. Desta forma, a forças de maré
exercidas por Marte sobre Fobos estão a desacelerar a translação de Fobos e as forças de maré
de Fobos sobre Marte estão a acelerar a rotação de Marte. Verifica-se, assim, uma
aproximação progressiva entre o planeta e o satélite na ordem dos 180 centímetros por século
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
77
Explorando o Sistema Solar
e prevê-se, desta forma, que o destino de Fobos seja um choque inevitável com Marte, o que
provocará a desintegração do satélite. Outra ocorrência possível será a fragmentação em
órbita e a formação dum anel em torno de Marte.
Fobos e Deimos apresentam uma forma irregular e a superfície destes satélites está muito
mais marcada pelas crateras do que a do próprio planeta Marte, devido à total ausência de
erosão atmosférica. Fobos parece estar coberto por uma fina camada de poeira com um metro
de profundidade, muito semelhante ao rególito que se encontra na Lua. A composição dos
satélites marcianos revela que são ricos em carbono, sendo muito semelhantes a asteróides do
tipo-C. Esta evidência levou a traçar a hipótese que originalmente Fobos e Deimos seriam
asteróides da cintura que entretanto foram capturados por Marte.
Por outro lado, as formas regulares das órbitas de Fobos e Deimos e num plano quase
coincidente com o equatorial de Marte apontam para outra explicação. Os satélites marcianos
terão então surgido após a fragmentação do único satélite que orbitaria em torno de Marte, há
alguns milhares de milhões de anos. Esta hipótese é apoiada pela forma irregular que Fobos e
Deimos apresentam.
A densidade apresentada por estes satélites leva a crer que se poderá encontrar neles grandes
quantidades de gelo.
Figura 49: À esquerda, Fobos, e à direita, Deimos.
78
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Asteróides
A 1 de Janeiro de 1801, o astrónomo italiano Giuseppe Piazzi descobriu, por mero acaso, um
novo objecto ao qual foi dado o nome de Ceres. Posteriormente foram descobertos mais três
objectos idênticos a este: Palas, Vesta e Juno. No final do século XIX já várias centenas
destes pequenos astros eram conhecidas e foi-lhes atribuído o nome de asteróides.
Figura 50: Ceres
À semelhança dos planetas, os asteróides são corpos do tipo rochoso, mas as suas dimensões
são demasiado pequenas e as suas formas irregulares para que possam ser classificados como
planetas. O asteróide mais brilhante do céu é Vesta, mas o maior é Ceres, com 955
quilómetros de diâmetro, agora reclassificado como planeta anão, seguido de Palas, com 500
quilómetros de diâmetro. A maioria dos asteróides com órbitas bem determinadas são corpos
celestes cujo diâmetro não excede algumas dezenas de quilómetros.
Tabela 7: Algumas características dos maiores asteróides
Asteróide
Diâmetro (km)
Distância Média
ao Sol (UA)
Período de
Translação
(anos)
Período de
Excentricidade
Rotação (horas)
da Órbita
Ceres
930
2,77
4,60
9,1
0,08
Pallas
552
2,77
4,61
10,1
0,239
Vesta
521
2,36
3,63
10,6
0.089
Juno
242
2,67
4,36
7,2
0,257
Nota: Neste momento, Ceres já não é classificado como asteróide, mas como planeta anão. Este assunto será
tratado com maior pormenor mais à frente, ainda neste capítulo.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
79
Explorando o Sistema Solar
A grande parte dos asteróides orbitam em torno do Sol à distância média entre as 2 e as 4
unidades astronómicas, o que se situa entre as órbitas de Marte e Júpiter e que constitui a
chamada Cintura de Asteróides. Nesta zona do espaço, que curiosamente corresponde à zona
de separação entre planetas telúricos e gigantes gasosos, “deveria” existir um planeta, mas
devido à instabilidade local tal não é possível. Também pode ser que, durante a formação e
evolução do Sistema Solar, na zona da Cintura de Asteróides existisse um antigo planeta de
dimensões semelhantes às da Lua, que se tenha fragmentado devido à ocorrência de uma
grande colisão ou até por acção da gravidade de Júpiter. Se a acção da força da gravidade de
Júpiter se revelar superior à força de atracção que mantém o sistema em equilíbrio, sistema
esse que pode ser um planeta, então este tende a fragmentar-se em muitos pedaços que
seguirão uma órbita independente.
Na Cintura de Asteróides só existem 26 asteróides com mais de 200 quilómetros de
diâmetros, motivo pelo qual a massa de todos estes objectos junta é inferior à massa do nosso
satélite, a Lua.
Os conhecimentos de que dispomos sobre estes corpos celestes vêm essencialmente da
observação directa com telescópios terrestres e, mais recentemente, dos dados recolhidos e
transmitidos para a Terra pela sonda Galileu ao atravessar a Cintura de Asteróides na sua
viagem para Júpiter. A composição química também foi estudada a partir da análise de rochas
caídas na superfície terrestre. Os dados recolhidos permitiram classificar os asteróides em três
famílias distintas. Os critérios de classificação basearam-se nas características morfológicas e
na sua composição química. Os asteróides não emitem luz própria, mas reflectem a luz solar.
Como a forma dos asteróides é altamente irregular, a reflexão da luz durante a sua rotação
também é muito variável. A morfologia de um asteróide é deduzida a partir da reflexão da luz
solar. Assim sendo podemos classificar os asteróides em asteróides carbónicos ou tipo C,
asteróides silícicos ou tipo S e asteróides metálicos ou tipo M. Cerca de 75% de todos os
asteróides são do tipo C, são extremamente escuros e têm uma abundância relativa dos
diferentes elementos químicos, à excepção do hidrogénio, hélio e outros voláteis. Os
asteróides do tipo S constituem cerca de 17% dos asteróides, são mais brilhantes do que os do
tipo C e são compostos por minerais ferrosos misturados com silicatos de magnésio. Os
asteróides do tipo M são compostos unicamente por níquel e ferro e o seu albedo é
comparável à dos asteróides de tipo S. Os asteróides de tipo C localizam-se preferencialmente
nas regiões mais externas da Cintura de Asteróides. Os asteróides de tipo S povoam a região
80
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
mais interior da cintura e os de tipo M encontram-se na região mais central da Cintura de
Asteróides.
Os únicos asteróides estudados com algum detalhe foram Ida e Gaspra, pela sonda Galileu. A
sonda Galileu revelou uma curiosa descoberta ao detectar um pequeno satélite a Ida, ao qual
foi dado o nome de Dactyl.
Figura 51: Gaspra
Figura 52: Ida e Dactyl
Na cintura de asteróides estes corpos não estão uniformemente distribuídos, pelo contrário
podemos encontrar vários agrupamentos de asteróides, cujo nome deriva daquele por que é
conhecido o maior asteróide: Hungarias, Floras, Phocaea, Koronis, Eos, Themis, Cybeles e
Hildas. Assim, na Cintura de Asteróides existem zonas quase vazias que são conhecidas como
falhas de Kirkwood.
Entre os milhares de asteróides actualmente conhecidos podemos encontrar um com cerca de
10 quilómetros de diâmetro, ao qual foi dado o nome de Portugal pelo seu descobridor
Richard West, aquando da assinatura do Acordo entre Portugal e o Observatório Europeu do
Sul (ESO).
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
81
Explorando o Sistema Solar
Figura 53: Cintura de Asteróides
A Cintura de Asteróides não é a única zona do Sistema Solar onde podemos encontrar
asteróides. Outros conjuntos de asteróides são os Near-Earth Asteroids (NEAs) e os Troianos.
Os Near-Earth Asteroids caracterizam-se por se aproximarem ou até interceptarem a órbita
terrestre. Os Atenas e os Apolos interceptam a órbita da Terra, a menos de 1 unidade
astronómica e a 1 UA respectivamente, e os Amores aproximam-se bastante, isto é, a cerca
de 1,3 UA. Actualmente estão identificados cerca de 250 asteróides com órbitas que poderiam
interceptar a da Terra, no entanto, pensa-se que muitos mais existirão nesta condição. O maior
deles tem cerca de 40 quilómetros de diâmetro e dá pelo nome de Ganimedes. No que respeita
à probabilidade de uma colisão com o nosso planeta, os cálculos apontam para um número
muito baixo, mas não completamente desprezável. É de referir que a presença de crateras na
Terra demonstra que, num passado longínquo, o nosso planeta esteve sujeito a um intenso
bombardeamento. Em particular, pode-se apontar a teoria que atribui a responsabilidade da
extinção dos dinossauros à colisão com um asteróide de pelo menos 10 quilómetros de
diâmetro, há cerca de 65 milhões de anos.
Os únicos asteróides do tipo NEAR estudados com algum detalhe foram Mathilde e Eros, pela
sonda NEAR. No final da sua missão, a sonda NEAR acabaria por colidir propositadamente
com Eros.
82
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Os Troianos gravitam à volta do Sol na mesma órbita de Júpiter, constituindo dois grupos
diferentes: um grupo 60º à frente de Júpiter e o outro grupo localizado 60º atrás de Júpiter.
Estes asteróides devem os seus nomes a heróis da guerra de Tróia, daí a designação de
Troianos.
Por último foram encontrados objectos semelhantes a asteróides, que, no entanto, também
podem ter sido cometas, ou até estar em vias de se tornarem cometas de curto período, e que
devido às suas excêntricas órbitas interceptam a órbita de vários planetas entre Marte e
Neptuno. Estes objectos dão pelo nome de Centauros.
Júpiter
Figura 54: O Planeta Júpiter
Júpiter é o maior planeta do Sistema Solar, um gigante gasoso que “aspirou” a estrela. Na
realidade, Júpiter é mais parecido com o Sol do que com a Terra, pois é essencialmente
formado por hidrogénio, constituindo 75% da sua massa, e hélio, na proporção de cerca de
25%, podendo ainda encontrar-se metano, água, amónia e outros compostos de elementos
mais pesados. Se Júpiter tivesse algumas vezes mais massa do que a que tem seria
eventualmente uma estrela. A título de comparação, a massa deste planeta é 318 vezes maior
do que a da Terra e constitui 1/1050 da massa do Sol.
Por ser considerado uma bola de gás, o raio de Júpiter, tal como o raio dos restantes gigantes
gasosos Saturno, Úrano e Neptuno, é definido como a distância do centro do planeta até à
camada de nuvens onde a pressão atmosférica iguala o valor de 1 atmosfera, que corresponde
à pressão atmosférica no planeta Terra, ao nível do mar.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
83
Explorando o Sistema Solar
A Estrutura Interna de Júpiter
Figura 55: A estrutura interna de Júpiter
A estrutura interna de Júpiter ainda é uma hipótese. Pensa-se que este planeta possui um
núcleo de material rochoso, onde estará concentrada a grande parte dos materiais mais
pesados, como o magnésio, alumínio, silício, enxofre, árgon, ferro e níquel. A seguir ao
núcleo podemos encontrar uma camada de hidrogénio metálico líquido. A existência desta
camada só é possível quando se verifica o movimento de uma mistura de protões e electrões
livres, isto é, uma espécie de plasma a baixas temperaturas (~6000K), num ambiente cuja
pressão atinge valores na ordem dos 4 milhões de atmosferas. Poder-se-á também encontrar
algum hélio, gelo de água, amónia e compostos de carbono, cuja abundância irá aumentar à
medida que nos aproximarmos da superfície de Júpiter.
A camada que se segue representa uma transição entre a camada de hidrogénio metálico e a
camada de hidrogénio molecular, e consiste numa camada de hidrogénio líquido, tornando-se
gasoso na parte superior. Por último encontramos a atmosfera constituída principalmente por
hidrogénio molecular e hélio.
A superfície de Júpiter
Na superfície de Júpiter há uma série de formações que puderam ser observadas ao longo dos
séculos, manifestando alterações da sua posição e aspecto. Estas observações revelaram que a
superfície visível de Júpiter consiste num invólucro de nuvens. Desse invólucro destacam-se
umas faixas vermelhas nítidas, orientadas paralelamente ao equador. Os intervalos que
separam essas faixas chamam-se zonas e têm uma tonalidade mais clara, enquanto que as
faixas são mais escuras. Este aspecto alternadamente de zonas claras e faixas mais escuras
84
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
devem-se à dinâmica permanente da atmosfera onde existem ventos que sopram de Este para
Oeste e vice-versa. Provavelmente as diferenças de cores e tonalidades estão relacionadas
com a composição química e com a profundidade a que se encontram.
Figura 56: A Grande Mancha Vermelha de Júpiter
Em 1665, Gian Domenico Cassini descobriu a Grande Mancha Vermelha, uma enorme
mancha oval, com 12 000 quilómetros por 25 000 quilómetros, existente na zona tropical sul e
que permitiu calcular o período de rotação do planeta. Note-se que por ser uma “bola de gás”,
Júpiter tem uma rotação diferenciada, mais rápida no equador do que nos pólos. Desta forma,
o período de rotação oscila entre as 9 horas e 50 minutos na faixa equatorial e as 9 horas e 55
minutos nas latitudes mais elevadas. Júpiter é ainda o planeta com menor período de rotação,
de tal modo que a sua alta velocidade determinou o achatamento dos pólos na ordem de 1/15
do seu diâmetro. Assim, diâmetro do planeta nos pólos é de 134 700 quilómetros, contra os
143 000 quilómetros do diâmetro equatorial.
A Energia Gerada por Júpiter
As medições da energia emitida por Júpiter comprovam que este planeta irradia cerca 60%
mais energia do que aquela que recebe do Sol. No entanto não se pense que as reacções
nucleares são a sua fonte de energia. O que deverá suceder prende-se com uma reserva de
energia acumulada durante a compressão gravitacional de Júpiter. Isto é, no decurso da
formação do planeta a partir da nébula primordial, a energia potencial gravítica transformouse em energia cinética, o que se traduziu num aumento da temperatura. Este mecanismo
denomina-se Mecanismo de Kelvin-Helmholtz. A existência de um grande fluxo de calor
interno significa que a temperatura cresce rapidamente com o aumento da profundidade. Por
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
85
Explorando o Sistema Solar
outro lado, a existência de ventos fortes com velocidades aproximadas dos 360-720 km/h vem
reforçar a ideia da convecção no interior de Júpiter, como resultado da energia aí gerada.
O Campo Magnético de Júpiter
Figura 57: Magnetosfera de Júpiter
Júpiter tem um intenso campo magnético, cerca de 10 vezes mais intenso do que o da Terra.
A camada da estrutura interna de Júpiter formada essencialmente por hidrogénio metálico
líquido é um excelente condutor eléctrico, originando, através do efeito de dínamo, o forte
campo magnético. As características do campo magnético de Júpiter são semelhantes às do
campo magnético terrestre, no entanto os pólos magnéticos em Júpiter estão invertidos, ou
seja, a agulha magnética da bússola indicaria o sul magnético e não o norte como acontece na
Terra. A diferença entre o pólo norte geográfico e o pólo sul magnético assenta num ângulo
de cerca de 11º. A magnetosfera de Júpiter estende-se por mais de 650 milhões de
quilómetros, centenas de vezes superior ao tamanho do próprio planeta. Os electrões e protões
muito energéticos, depois de capturados pelo campo magnético de Júpiter, formam zonas de
radiação semelhantes às terrestres, mas de muito maiores dimensões. O lançamento das
estações interplanetárias automáticas norte-americanas Voyager-1 e Voyager-2 permitiu
observar, do lado nocturno de Júpiter, regiões que se pensa corresponderem a zonas de
tempestades com relâmpagos, mas também a zonas de auroras polares. Durante as erupções
vulcânicas de Io, partículas carregadas electricamente são expelidas do satélite e capturadas
pela magnetosfera de Júpiter dando origem aos belos espectáculos de luzes, as auroras
polares.
86
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
O Sistema de Anéis de Júpiter
Figura 58: Anel de Júpiter
Em 1979, o sistema de anéis de Júpiter foi descoberto pela sonda Voyager-1. Este sistema é
bastante menor e menos brilhante do que o de Saturno, tendo início a cerca de 20 000
quilómetros acima da última camada de nuvens e estendendo-se até 222 000 quilómetros de
largura, enquanto que a sua espessura é de cerca de 30 quilómetros na zona principal. O
sistema de anéis de Júpiter será essencialmente constituído por pequenos grãos de poeira e
muito pouco gelo, ao contrário do sistema de anéis de Saturno. O material dos anéis provém
muito provavelmente dos satélites mais interiores de Júpiter, Metis, Adrasteia, Amalteia e
Tebe, em consequência da respectiva colisão com micrometeoritos.
A Exploração de Júpiter
Júpiter, o gigante do Sistema Solar, encontra-se a 5 unidades astronómicas da Terra, mas já
foi visitado por sete sondas enviadas a partir do nosso planeta. As sondas foram Pioneer 10,
Pioneer 11, Voyager-1, Voyager-2, Ulysses, Galileu e Cassini.
As duas sondas gémeas americanas Pioneer 10 e Pioneer 11 foram lançadas em Março de
1972 e Abril de 1973. Até este momento nunca ninguém tinha ousado a enviar uma sonda
automática para além dos planetas mais próximos, tais como Marte ou Vénus. Mas as sondas
Pioneer comportaram-se muito bem e provaram que afinal até é possível atravessar a Cintura
de Asteróides sem se ser apanhado por um objecto de maiores ou menores dimensões que
viesse a danificar o aparelho. Dada a distância à Terra, a NASA teve de tornar mais potentes
as antenas de recepção, caso contrário os sinais enviados pelas Pioneer perder-se-iam no
ruído de fundo. As sondas fizeram grandes descobertas quando chegaram a Júpiter. O intenso
campo magnético de Júpiter e o facto deste planeta não possuir uma superfície sólida, mas
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
87
Explorando o Sistema Solar
sim várias camadas de gases cuja densidade aumenta com a profundidade, são exemplos. A
Pioneer 10 continuou viagem até que, a 13 de Junho de 1983, abandonou o Sistema Solar. A
Pioneer 11 seguiu para Saturno, onde fotografou e transmitiu imagens dos anéis deste planeta,
tendo descoberto mais dois.
O projecto Voyager foi desenvolvido na previsão do alinhamento dos planetas exteriores, um
fenómeno que se repete de 200 em 200 anos. Este facto tornou possível a exploração dos
planetas Júpiter, Saturno, Úrano e Neptuno com uma única viagem. As sondas Voyager-1 e
Voyager-2 partiram com quinze dias de intervalo em 1977. A partir de 1979, as duas sondas
enviaram para a Terra imagens e informações extraordinárias do planeta e seus satélites. O
sistema de anéis de Júpiter foi descoberto e a famosa Grande Mancha Vermelha foi
perfeitamente fotografada. As Voyager fizeram também impressionantes observações das luas
de Júpiter. Io revelou-se um astro muito activo, de tal forma que as sondas tiveram
oportunidade de registar um vulcão em erupção. Era a primeira vez que tal facto era
observado fora do planeta Terra. Por outro lado, Europa revelou uma superfície lisa isenta de
crateras.
A 6 de Outubro de 1990, a sonda Ulysses foi enviada com o objectivo de estudar as regiões
polares do Sol, no entanto para alcançar o seu objectivo, a nossa sonda teve de apanhar o
impulso de Júpiter. Desta forma, Ulysses aproximou-se de Júpiter e fez uma série de
revelações sobre o campo magnético deste planeta, com especial referência ao anel de plasma
que órbita em torno do planeta e que está centrado no seu satélite Io. Como já foi referido, o
plasma é resultado da ionização pelo vento solar das partículas electricamente carregadas
projectadas no espaço pelas erupções vulcânicas que ocorrem em Io.
A sonda Galileu chegou a Júpiter a 17 de Novembro de 1995, depois de mais de seis anos de
viagem. O objectivo principal da missão era fazer descer da sonda-mãe, em órbita em torno
do planeta, um pequeno módulo que viesse a fornecer informações sobre a atmosfera de
Júpiter, por isso, a 7 de Dezembro do 1995, e pela primeira vez, um objecto automático entrou
na atmosfera do planeta. A sonda conseguiu resistir às difíceis condições ambientais durante
57 minutos, penetrou cerca de 150 quilómetros atmosfera adentro e depois foi destruída pela
pressão atmosférica. Os resultados obtidos revelaram uma densidade e temperaturas muito
acima das esperadas. Estes resultados diferem das informações enviadas pelas sondas
Voyager, pois não se descobriram nuvens de água e as percentagens de hélio, néon, oxigénio e
88
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
enxofre revelaram-se inferiores ao esperado. No entanto, observações com Telescópio
Espacial Hubble revelaram que a sonda Galileu penetrou numa zona particularmente quente,
densa e seca. Mas a sonda também obteve confirmações de dados já revelados,
nomeadamente, que tal como as estrelas, este planeta é formado essencialmente por
hidrogénio e hélio, e descobriu que a velocidade e violência com que os ventos sopram é
muito superior à esperada.
Por outro lado, a Galileu revelou imensa informação sobre Io, tendo mesmo descoberto a
estrutura interna do satélite. Um enorme núcleo de ferro rodeado de uma camada de rochas
fundidas pelas marés gravíticas geradas pelas luas Europa e Ganimedes. Pensa-se que essas
marés sejam a causa do intenso vulcanismo de Io. A sonda Galileu explorou ainda a superfície
gelada de Europa. Este satélite, juntamente com a Terra, poderá ser o corpo celeste mais rico
em água do Sistema Solar, pois pensa-se que, por baixo da enorme camada de gelo que o
cobre, possa existir água no estado líquido, onde talvez se possa encontrar vida, pelo menos
no estado primitivo.
Figura 59: Visão artística da Sonda Galileu
Em 2001, a sonda espacial Cassini, no decurso da sua viagem para Saturno, aproximou-se de
Júpiter e fez cerca de 26 000 fotografias.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
89
Explorando o Sistema Solar
Os Satélites Galileanos de Júpiter
Em 1610, Simon Marius e Galileu Galilei observaram os quatro maiores satélites de Júpiter.
Estes satélites ficaram conhecidos por Galileanos. Actualmente conhecem-se 63 satélites
deste planeta.
Figura 61: Galileu Galileu
Figura 60: A família joviana, o grande Júpiter e
seus maiores satélites, observados pela primeira vez
por Galileu
Io
Figura 62: Io
A superfície de Io é relativamente jovem, pois terá apenas alguns milhões de anos. Io
apresenta centenas de vulcões, géiseres, extensas zonas de material fundido e a sua superfície
90
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
é quase isenta de crateras de impacto, o que se deve à imensa actividade vulcânica deste astro.
O exame de uma fotografia obtida pela Voyager 1 revelou uma enorme nuvem devida a uma
erupção vulcânica. Investigações posteriores revelaram a existência de nove vulcões activos
que lançavam material até 300 quilómetros de altitude. Dos nove vulcões observados pela
Voyager 1, sete ainda estavam activos quando a Voyager 2 chegou quatros meses mais tarde.
Daí se ter concluído que a erupções são frequentes e podem durar de alguns meses a alguns
anos. A energia necessária para manter Io vulcanicamente activo provém das intensas forças
de maré exercidas por Júpiter, mas também por Europa e Ganimedes.
Io deverá ter na sua constituição grandes quantidades de enxofre e seus compostos, o que
justifica a cor da sua superfície.
Relativamente à estrutura interna de Io, este parece ser constituído por um núcleo ferroso com
um raio de cerca de 900 quilómetros, o que é muito grande dado o raio do satélite de 1815
quilómetros.
Europa
Figura 63: Europa
As imagens de Europa revelam uma superfície lisa que não apresenta desníveis para além de
algumas centenas de metros e coberta de gelo de água. As crateras são quase inexistentes e
apenas três têm mais de 5 quilómetros de diâmetro. Quando observadas, as fotografias de
Europa revelam-se muito semelhantes a superfícies geladas do nosso planeta. Estas mostram
objectos que parecem enormes icebergs. Para além disto também se podem ver fracturas na
superfície do gelo muito semelhantes às que se observam no degelo da Antártida com a
chegada da Primavera. Devido a estes factos especula-se que por baixo da camada de gelo
possa existir um oceano de água no estado líquido, com uma profundidade que pode atingir os
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
91
Explorando o Sistema Solar
50 quilómetros! Para que este oceano de água se mantenha no estado líquido é necessário uma
fonte de calor, que se pensa estar associada à interacção gravitacional entre Júpiter, Io e
Ganimedes.
Europa revelou um fraco campo magnético, que será devido à presença de sais dissolvidos na
camada de água líquida.
No que respeita à estrutura interna de Europa, tudo indica que o satélite apresenta um pequeno
núcleo ferroso rodeado por um extenso manto constituído essencialmente por silicatos.
Estes resultados excepcionais levaram a NASA a decidir pelo prolongamento da missão
Galileu por um período de mais dois anos com vista a um melhor e maior mapeamento da
superfície de Europa.
Ganimedes
Figura 64: Ganimedes
Ganimedes é o maior satélite de Júpiter e do Sistema Solar.
Ganimedes apresenta uma superfície complexa coberta por uma crosta de gelo. Há ainda
quem especule que por baixo se poderá encontrar um oceano de água líquida como em
Europa! O manto, rico em silicatos, rodeia um núcleo constituído essencialmente por ferro, o
que justifica a presença de um campo magnético. Ainda em relação à superfície deste astro,
podemos encontrar em Ganimedes dois tipos diferentes de terrenos. O primeiro terreno, mais
escuro, apresenta um elevado número de crateras; o segundo, menos escuro do que o
primeiro, compreende cumes e vales de idades variáveis, com larguras até 15 quilómetros e
comprimentos de muitas centenas de quilómetros, possivelmente de origem tectónica. O
segundo tipo de terreno também apresenta crateras. A típica cratera de Ganimedes não
92
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
apresenta um círculo de terreno elevado à sua volta. Pensa-se que este facto se prende com a
constituição da superfície, rica em gelos, logo mais flexível.
Calisto
Figura 65: Calisto
Ao contrário dos outros satélites Galileanos, Calisto não parece apresentar um interior
diferenciado. Pensa-se que cerca de 60% do satélite seja formado por silicatos e ferro e os
restantes 40% se encontrem na forma de gelos, mais abundantes perto da superfície. Também
lhe foi detectado um fraco campo magnético que, tal como em Europa, parece ter origem
numa camada líquida com sais dissolvidos. O terreno de Calisto é caracterizado por inúmeras
crateras pouco profundas e sem grandes quantidades de terreno a circundá-las, que tal como
em Ganimendes, se deverá ao relaxamento do terreno ao longo do tempo. O número de
crateras em Calisto é tão elevado que faz deste astro o mais marcado do Sistema Solar. Por
outro lado, tudo indica que a superfície de Calisto não tenha sofrido alterações consideráveis
nos últimos milhares de milhões de anos, o que faz da superfície de Calisto a mais antiga do
Sistema Solar.
Tabela 8: Algumas características dos Satélites Galileanos
Diâmetro
Distância Média
Período Orbital
(xDTerra)
a Júpiter (km)
(dias)
Io
0,286
422 000
1,77
0,015
3,57
Europa
0,245
671 000
3,55
0,008
2,97
Ganimedes
0,413
1 070 000
7,16
0,025
1,94
Calisto
0,378
1 883 000
16,69
0,018
1,87
Satélite
Massa (xMTerra)
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Densidade
(g/cm3)
93
Explorando o Sistema Solar
Os Satélites Menores de Júpiter
Júpiter possui 63 satélites conhecidos até ao momento, os 4 Galileanos e 59 satélites que na
sua maioria corresponderão a asteróides que a dada altura terão sido capturados pelo campo
gravitacional de Júpiter.
Em 1610, Galileu Galilei observou os quatro maiores satélites de Júpiter. Desde então e até à
chegada da sonda Galileu, em 1995, só foram identificados dez novos satélites, em que quatro
deles correspondem aos satélites mais interiores de Júpiter: Metis, Adrasteia, Amalteia e
Tebe. Mais tarde, graças às observações feitas pela sonda Galileu e também através do
Telescópio Espacial Hubble, foram descobertos os restantes satélites conhecidos até ao
momento. À excepção de Amalteia, com 168 quilómetros de diâmetro, e Himalia, com 184
quilómetros, o diâmetro de outros dez satélites varia entre os 10 e os 100 quilómetros, e os
restantes satélites são muito pequenos, com menos de 10 quilómetros de diâmetro. Quase
todos os satélites menores de Júpiter orbitam a uma grande distância de Júpiter,
nomeadamente para além da órbita de Calisto, que é o mais exterior dos Galileanos.
Tabela 9: Alguns satélites menores de Júpiter
Distância a
Período Orbital
Júpiter (km)
(dias)
Méltis
127 900
0,290
40
Adrasteia
128 980
0,298
26 x 20 x 16
Amalteia
181 300
0,498
262 x 146 x 143
Tebe
221 900
0,675
110 x 90
Leda
11 094 000
238,7
8
Himália
11 480 000
250,6
186
Lisiteia
11 720 000
259,2
36
Elara
11 737 000
259,7
76
Ananke
21 200 000
631*
30
Carme
22 600 000
692*
40
Pasife
23 500 000
735*
40
Sinope
23 700 000
758*
35
Satélite
Diâmetro (km)
* movimento retrógrado
94
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Saturno
“Saturno tem muito em comum com o seu vizinho Júpiter, mas distingue-o dele um sistema de
anéis espectaculares, que o converte num dos mundos mais fáceis de identificar no Sistema
Solar.”
Texto retirado de Astronomia – O Guia Essencial
Figura 66: O Planeta Saturno
Saturno é o segundo dos quatro gigantes gasosos do nosso Sistema Solar e possui uma
estrutura semelhante à do planeta Júpiter. Também os componentes principais são comuns aos
dois planetas: 75% em massa de hidrogénio e 25% em massa de hélio. Contém ainda metano,
água, amónia e compostos de elementos mais pesados.
Estrutura Interna de Saturno
Figura 67: Estrutura interna de Saturno
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
95
Explorando o Sistema Solar
À semelhança de Júpiter, pensa-se que este planeta possui um núcleo de material rochoso rico
em ferro, onde estará concentrada também a grande parte dos materiais mais pesados. A
seguir ao núcleo podemos encontrar uma camada de hidrogénio metálico líquido. A camada
que se segue consiste numa camada de hidrogénio líquido, tornando-se gasoso na parte
superior. Por último, encontramos a atmosfera constituída principalmente por hidrogénio
molecular e hélio.
A superfície de Saturno
Embora os dois gigantes gasosos, Júpiter e Saturno, sejam muito idênticos em estrutura e
composição, a verdade é que os respectivos aspectos são muito diferentes. Enquanto Júpiter
apresenta claramente bandas de tonalidades fortes alternadamente escuras e claras, as bandas
de Saturno têm um aspecto mais ténue, ou seja, apresentam-se muito menos marcadas. As
cores de um planeta dependem das diversas substâncias contidas na atmosfera, e para Saturno
as cores dominantes são o branco das nuvens de amoníaco e o ocre do hidrossulfureto de
amónio metálico líquido. A atmosfera de Saturno é composta por 96% de hidrogénio, 3% de
hélio e 0,4% de metano gasoso. Existe um nível para o qual a temperatura toma valores
suficientemente baixos e a pressão toma valores suficientemente altos, de modo que o
amoníaco condensa e forma as nuvens esbranquiçadas que se podem observar à superfície de
Saturno.
A Densidade de Saturno
Uma das características mais relevantes de Saturno prende-se com o facto deste ser muito
pouco denso. Frequentemente se ouve dizer que se pudéssemos colocar Saturno no oceano,
ele flutuaria.
A Energia Gerada por Saturno
As medições da energia emitida por Saturno comprovam que este planeta irradia mais energia
do que aquela que recebe do Sol. Tal como acontece com Júpiter, parte dessa energia deverse-á ao Mecanismo de Kelvin-Helmholtz, onde a compressão gravitacional de Saturno
transforma a energia potencial gravítica em energia cinética, o que se traduz num aumento da
temperatura e libertação de calor. Por outro lado, pensa-se que este mecanismo não é
96
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
suficiente para explicar toda a energia que Saturno produz. Se Saturno ainda se encontrar em
processo de diferenciação, então o afundamento de hélio em direcção ao centro do planeta,
poderá explicar o resto da energia gerada e emitida. De facto a presença de uma menor
quantidade percentual de hélio na atmosfera de Saturno do que na atmosfera de Júpiter, vem
reforçar esta hipótese.
Uma consequência destes mecanismos é a formação de ventos. Em Saturno mediram-se
ventos que chegam aos 1800 km/h, uma velocidade elevadíssima que nem os ventos de
Júpiter conseguem alcançar. Também em Saturno se manifestam estruturas ciclónicas capazes
de persistir no tempo, mas nenhuma delas apresenta nem as dimensões, nem a
espectacularidade da Grande Mancha Vermelha de Júpiter.
O Campo Magnético de Saturno
Figura 68: Auroras Polares em Saturno
A composição interna de Saturno com a presença de um líquido condutor, como o hidrogénio
metálico, produz, por efeito de dínamo, um campo magnético. Este fenómeno pode-se
constatar pela manifestação das auroras boreais e austrais. Em volta de Saturno estende-se
uma magnetosfera que assume forma alongada na região do espaço oposta ao Sol,
precisamente pela interacção com o vento solar. Assim, a forma da magnetosfera de Saturno
assume uma forma muito semelhante à magnetosfera de todos os outros planetas que possuem
campo magnético.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
97
Explorando o Sistema Solar
Anéis de Saturno
Figura 69: Os anéis de Saturno em cores falsas - Imagem Voyager.
Saturno apresenta o maior e único sistema de anéis observáveis da Terra, logo os únicos
conhecidos durante muito tempo. Galileu Galilei, em 1610, viu “algo” em volta de Saturno,
semelhante a duas “protuberâncias” que desapareceram para, depois, reaparecerem com uma
forma ligeiramente diferente. Só em 1655, Christiaan Huygens concluiu que tal seria um anel.
Gian Domenico Cassini, em 1675, conseguiu observar uma divisão no interior de anel de
Saturno que desde aquele momento tomou o nome do astrónomo italiano – Divisão de
Cassini. Em 1785, Laplace formulou a hipótese de que os anéis não poderiam ser sólidos, pois
se assim fosse seriam destruídos pelas forças de maré. Mais tarde, Maxwell provou
teoricamente que os anéis teriam de ser principalmente constituídos por pequenos grãos de
poeira, o que veio mais tarde a ser confirmado.
A verdadeira origem dos anéis de Saturno ainda hoje é desconhecida, no entanto sabe-se que
se um corpo se aproximar de um planeta para além de uma distância mínima (limite de
Roche), será fragmentado em pequenas partículas, por acção das forças de maré. Esta poderá
ter sido a origem dos anéis.
Os anéis de Saturno orbitam em torno do planeta num plano que faz 28º com o plano da órbita
de Saturno em torno do Sol. Assim, os anéis assumem um aspecto diferente consoante vão
variando as posições dos dois planetas, sendo possível observá-los a partir da Terra de perfil,
mas também em toda a sua largura.
98
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Figura 70: As diferentes orientações dos anéis, consoante a posição na sua órbita, ou seja, a sua estação do ano.
Estas fotos foram obtidas pelo Telescópio Espacial Hubble entre 1996 e 2000.
Os anéis são formados por inúmeras partículas com um alto coeficiente de reflexão, cujo
tamanho varia desde os centímetros até alguns metros, existindo também poeiras e objectos
com centenas de quilómetros de extensão. Este material é essencialmente formado por gelo de
água ou, então, está coberto por gelo de água. O conjunto de anéis de Saturno tem um
diâmetro superior a 250 000 quilómetros, mas, no máximo, com 1 quilómetro de espessura.
A massa total dos anéis tem um valor muito baixo, de tal forma que se toda a massa se
concentrasse num único corpo o seu diâmetro não excederia os 100 quilómetros.
O sistema de anéis de Saturno é composto por três anéis principais e outros quatro “menos
importantes”. As imagens enviadas pelas sondas mostraram que, na realidade, os anéis são
formados por milhares de pequenos anéis alternados com lacunas que, no seu conjunto, fazem
lembrar um autêntico disco de vinil.
No extenso sistema de anéis de Saturno podemos então encontrar três anéis principais: os
anéis A e B, os mais brilhantes, e C. Estes anéis podem ser observados da Terra. O anel B é o
anel central, o mais largo e brilhante. Do lado interior situa-se o anel C que é quase
transparente. Do lado exterior podemos observar o anel A. Os anéis aparecem separados por
uma série de divisões, mais escuras. A maior, que separa os anéis A e B, dá pelo nome de
Divisão de Cassini e tem uma largura de 4000 quilómetros. Para explicar a existência destas
divisões há que considerar que existem ressonâncias orbitais complexas entre alguns dos
satélites de Saturno e o seu sistema de anéis. As órbitas de dois corpos estão em ressonância
quando o coeficiente entre os períodos de translação dos dois corpos se pode exprimir como a
relação de dois números inteiros pequenos, como, por exemplo, se um período for o triplo do
outro, os corpos estarão em ressonância 1:3. O motivo pelo qual algumas zonas estão quase
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
99
Explorando o Sistema Solar
vazias de material prende-se com o facto da atracção gravitacional exercida pelos satélites ser
suficientemente forte para levar o material a abandonar a essa zona em direcção ao satélite.
Por exemplo, tudo leva a crer que o satélite Mimas é o responsável pela ausência de material
na Divisão de Cassini. Há satélites que orbitam no interior do sistema de anéis e são
fundamentais na manutenção da estrutura do sistema, como por exemplo, Atlas, Prometheus e
Pandora. Outra divisão também importante é a Divisão de Encke, que se encontra no interior
do anel A. O satélite Pan localiza-se no interior da Divisão de Encke.
As sondas Voyager identificaram quatro novos anéis: D, E, F, G e E. Estes anéis são muito
mais ténues do que os anéis A, B e C.
Figura 71: Estrutura dos anéis de Saturno
Satélites de Saturno
Actualmente, Saturno possui 33 satélites conhecidos, no entanto até 1981 apenas eram
conhecidos 10 satélites, mas com a passagem de várias sondas espaciais perto do planeta,
foram descobertos os restantes. A presença dos anéis de Saturno torna a observação dos
satélites muito difícil, pois os anéis apresentam-se muito brilhantes ofuscando os pequenos
astros.
Em 1655, Christian Huygens descobriu Titã e, nas últimas décadas do século XVII, Cassini
descobriu Jápeto, Reia, Tétis e Dione. Em 1789, Herschel identificou Mimas e Encélado. Em
1848, dois astrónomos de Cambridge, nos EUA, descobriram Hiperíon. Em 1898, através da
análise de fotografias, foi reconhecido Febe.
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Explorando o Sistema Solar
Titã
Titã, com 2575 quilómetros de raio, é o
maior satélite de Saturno, o segundo maior
satélite do Sistema Solar a seguir a
Ganimedes e também maior que Mercúrio.
Titã orbita em torno do seu planeta a uma
distância média de 1 221 900 quilómetros,
demorando cerca de 16 dias a dar uma
Figura 72: Titã
volta completa em torno de Saturno.
Titã apresenta uma atmosfera muito densa, rica em azoto e com algum metano. Pensa-se que
esta atmosfera é semelhante à atmosfera primitiva do planeta Terra. Os cientistas,
nomeadamente os paleoclimatólogos, estão muito interessados no estudo desta lua com o
objectivo de melhor compreender a origem da vida na Terra.
Em Janeiro de 1997 foi lançada a sonda Cassini, um projecto conjunto da NASA e ESA, com
destino a Saturno. Um dos seus objectivos era o lançamento de uma sonda atmosférica a Titã,
a sonda Huygens. Assim, em Janeiro de 2005, a sonda Huygens revelou a superfície de Titã.
O terreno onde a sonda aterrou mostrou-se mole e lamacento, o que leva à hipótese da
superfície da lua ser formada por uma fina camada sólida que poderá ter sofrido uma
inundação provocada por chuva de metano. A análise do material evaporado pela sonda,
revelou a presença de hidrocarbonetos, entre os quais metano, etano e etileno. A sonda
observou no terreno pedras de gelo de água.
Reia
Reia, com 765 quilómetros de raio, é a
segunda maior lua de Saturno. Esta lua
apresenta um terreno muito antigo, coberto
de crateras e geologicamente inactivo.
Figura 73: Reia
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
101
Explorando o Sistema Solar
Jápeto
Jápeto tem 730 quilómetros de raio e é um
objecto misterioso, pois a característica
mais evidente de Jápeto é a diferente
reflectividade entre o hemisfério voltado
para Saturno e o oposto. O hemisfério
voltado para Saturno é pelo menos cinco
vezes mais luminoso do que o outro e está
coberto de gelo e crateras. Pelo contrário,
na face escura é provável que caia material
Figura 74: Jápeto
pouco luminoso, talvez proveniente de
Febe.
Dione
Dione, de raio 560 quilómetros, deverá ter
uma maior densidade de material rochoso
do que os outros satélites gelados, à
excepção de Titã. Dione tem um elevado
número de crateras e, à semelhança de
Jápeto, também esta lua apresenta uma
diferença morfológica entre as duas faces:
de um lado observam-se muitas estrias
luminosas que atravessam crateras com
Figura 75: Dione
diâmetros de 50 a 100 quilómetros,
enquanto que do outro lado a luminosidade
é praticamente uniforme.
102
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Tétis
Tétis tem um raio de 530 quilómetros e a
sua
superfície,
completamente
bastante
coberta
antiga,
de
está
crateras.
Figura 76: Tetis
Encélado apresenta um raio de 255
quilómetros e uma grande variedade de
Encélado
formações geológicas à sua superfície.
Imagens de alta-resolução da Cassini
revelaram jactos que projectam grandes
quantidades de material (água e outras
substâncias voláteis) que provém de
reservatórios próximos da superfície onde
o material estará sob pressão elevada. Este
material, devido às baixas temperaturas,
Figura 77: Encêlado
solidifica e cai na superfície, originando o
que
habitualmente
se
designa
por
criovulcanismo.
Mimas
Mimas tem de raio 196 quilómetros,
apresenta um elevado número de crateras
e pensa-se estar geologicamente inactivo.
Figura 78: Mimas
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
103
Explorando o Sistema Solar
Entre os satélites ainda se podem observar pares com órbitas ressonantes, isto é, pares de
satélites que interagem gravitacionalmente: Mimas – Tetis; Encélado – Dione; Titã –
Hiperíon. Mimas e Tetis estão em ressonância do tipo 1:2, ou seja, o período da órbita de
Mimas é metade do período da órbita de Tetis. Encélado e Dione estão também em
ressonância do tipo 1:2. Titã e Hiperíon estão em ressonância do tipo 3:4.
Tabela 10: Distâncias e períodos orbitais dos anéis e satélites interiores de Saturno
104
Distâncias e períodos dos
Distância ao centro de
anéis e satélites interiores
Saturno
Topo das nuvens
60 330
10,66
Limite interior do anel D
67 000
4,91
Limite interior do anel C
73 200
5,61
Limite interior do anel B
92 200
7,93
Limite exterior do anel B
117 500
11,41
Divisão de Cassini
119 000
11,75
Limite interior do anel A
121 000
11,92
Divisão de Encke
133 500
13,82
Pan
133 600
14
Limite exterior do anel A
135 200
14,14
Atlas
137 670
14,61
Prometheus
139 350
14,71
Anel F
140 600
14,94
Pandora
141 700
15,07
Epimetheus
151 420
16,65
Janus
151 420
16,68
Limite interior do anel G
165 800
18
Limite exterior do anel G
173 800
21
Limite interior do anel E
180 000
22
Mimas
185 540
22,60
Enceladus
238 040
32,88
Tethys
294 760
1,88 d
Dione
377 420
2,74 d
Limite exterior do anel E
480 000
4d
Rhea
527 040
4,52 d
Período Orbital (h)
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Exploração de Saturno
Saturno já foi visitado por quatro sondas, cujos dados enviados para a Terra enriqueceram
muito os nossos conhecimentos acerca do planeta, seus anéis e luas.
A primeira sonda a chegar a Saturno foi a Pioneer 11, que, depois de ter visitado Júpiter,
chegou a Saturno em 1979. As suas imagens deram a conhecer ao “mundo” os anéis de
Saturno e uma pequena lua de nome de código 1979 S1.
Em Novembro de 1980, as Voyager aproximaram-se de Saturno onde fizeram sucessivas
descobertas. A sonda Voyager 1 orbitou a 64 000 quilómetros do planeta, tendo feito o
reconhecimento dos seus satélites e, com o objectivo de estudar mais em pormenor o satélite
Titã, a sonda Voyager 1 foi desviada da sua rota pré-estabelecida. A grandiosidade dos anéis
de Saturno também foi, pela primeira vez, observada pela sua complexidade. As imagens
enviadas pelas sondas mostraram que, na realidade, os anéis são formados por milhares de
pequenos anéis alternados com lacunas que, no seu conjunto, fazem lembrar um autêntico
disco de vinil. A Voyager 2 chegou a Saturno em Agosto de 1981 e depois seguiu viagem em
direcção a Úrano e Neptuno e agora encontra-se para lá dos limites do Sistema Solar, mas
continua a transmitir o seu fraquíssimo sinal.
Figura 79: Voyager 1
A sonda Cassini foi lançada em 1997. Chegou à órbita de Saturno em 2004 e, em Janeiro de
2005, a sonda Huygens, transportada pela Cassini, entrou na atmosfera de Titã e revelou pela
primeira vez a sua superfície.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
105
Explorando o Sistema Solar
Figura 80: Visão artística da
Cassini durante a manobra de
inserção orbital no planeta
Saturno, logo depois do motor
principal ter começado a
foguear.
Urano
O sétimo planeta a contar a partir do Sol é também o terceiro maior gigante gasoso do
Sistema Solar. Urano foi descoberto a 13 de Março de 1781, por William Herschel.
Figura 81: O Planeta Úrano
Estrutura Interna de Urano
Os modelos teóricos sugerem que este planeta terá um núcleo rochoso que consiste numa
mistura de silicatos e ferro, envolto numa camada de gelos de água, amónia e metano. A sua
densidade é semelhante à de Júpiter, mas como a sua massa é muito inferior, tal impediu a
formação de uma camada de hidrogénio metálico líquido, à semelhança do que acontece com
Júpiter e Saturno.
106
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Figura 82: Estrutura interna de Úrano
A Atmosfera de Urano
O planeta está rodeado por uma espessa atmosfera constituída por hidrogénio molecular, hélio
e metano. A ténue coloração verde-azulada e quase uniforme de Urano prende-se com a
presença de metano na sua atmosfera, pois este composto absorve a radiação vermelha da luz
solar reflectindo preferencialmente o verde e o azul. A uniformidade da cor de Urano tem a
ver com o facto de só raramente se observarem bandas esbranquiçadas de nuvens. Nas
latitudes médias sopram ventos com velocidades de 600 km/h paralelamente ao equador.
A Rotação de Urano
Urano roda “deitado”, pois a inclinação do seu eixo de rotação é muito elevada, mais
precisamente de 97,86º, tornando-se quase paralelo ao plano da elíptica. Por outro lado, Urano
também roda no sentido dos ponteiros de relógio, ou seja, tem movimento retrógrado em
torno de si mesmo. Assim, um observador terrestre verá alternadamente os pólos de Urano
durante metade do período de translação, isto é, durante cerca de 42 anos. Assim, as regiões
polares de Urano recebem uma maior quantidade de radiação solar do que a zona equatorial,
no entanto, por algum processo ainda desconhecido, as regiões polares são mais geladas do
que as regiões equatoriais.
A Energia Gerada por Urano
Como já foi referido, Urano apresenta uma uniformidade única entre os gigantes gasosos e
também uma baixa actividade atmosférica. Esta característica poder-se-á dever ao facto de só
30% do calor irradiado por Urano provir do interior do planeta, enquanto que os restantes
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
107
Explorando o Sistema Solar
70% são devidos à radiação solar. Isto contrasta com o que anteriormente foi dito em relação
a Júpiter e Saturno, uma vez que o calor emitido à superfície é gerado no interior do planeta,
provavelmente pelo Mecanismo de Kelvin-Helmholtz.
Campo Magnético de Urano
Figura 83: Campo magnético de Urano
Urano apresenta um campo magnético significativo, mas com uma característica peculiar,
pois o seu eixo de rotação dista 58,6º do eixo magnético. Pensa-se que esta característica se
prenda com o facto da formação do campo magnético ocorrer a uma profundidade
relativamente baixa em Urano.
Anéis de Urano
A 10 de Março de 1977, Urano passou em frente a uma estrela ocultando-a. Este
acontecimento deu aos astrónomos uma excelente oportunidade para medir o diâmetro
aparente de Urano. A presença de um sistema de anéis com características semelhantes às de
Saturno, mas mais escuros e menos densos, foi uma surpreendente descoberta. A presença dos
anéis foi depois confirmada pela sonda espacial Voyager 2, a qual descobriu dois novos anéis
a juntar aos nove descobertos a partir da Terra. Este sistema é então constituído por dez anéis
claramente individualizados, mais um que surge a partir do anel 6, e a sua distância ao planeta
está compreendida entre os 40 000 e 50 000 quilómetros. Cada um dos anéis possui uma
espessura na ordem da centena de metros e a maior parte são pouco extensos. Na constituição
dos anéis encontram-se partículas que vão desde as poeiras até corpos com algumas dezenas
de metros. A forma irregular e as dimensões do material que compõe os anéis leva a crer que
este sistema de anéis terá menos de 100 milhões de anos e que poderia ter-se formado pela
108
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
fragmentação de um satélite, na sequência de uma colisão com outro astro. Por ordem
crescente de raio orbital, os principais anéis de Urano apresentam-se com os nomes: 6, 5, 4,
alfa, beta, eta, gama, delta, lambda e épsilon. O anel épsilon é o maior e mais excêntrico de
todos, a sua largura está compreendida entre 20 e 100 quilómetros.
Figura 84: Anéis e principais satélites de Urano
Satélites de Urano
Após ter descoberto o planeta, William Herschel continuou as suas observações e, em 1787,
descobriu as luas Titânia e Oberon. Em 1851, o astrónomo inglês William Lassel descobriu
Ariel e Umbriel. A última das cinco luas principais de Urano foi encontrada por Gerald
Kuiper, em 1948, à qual foi dado o nome de Miranda. As quatro primeiras luas foram
“baptizadas” pelo filho de William Herschel e são os únicos satélites do Sistema Solar cujos
nomes não provêm nem da mitologia grega, nem da mitologia romana, pois os seus nomes
baseiam-se em nomes de personagens da literatura inglesa. Mais tarde, a Voyager 2 detectou
mais dez luas e outras doze foram entretanto descobertas. Assim, Urano possui actualmente
27 satélites conhecidos. À excepção destas cinco luas, as outras conhecidas têm diâmetros
entre 10 e 200 quilómetros, a maioria com poucas dezenas.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
109
Explorando o Sistema Solar
Oberon e Titânia
Figura 85: À esquerda, Oberon, e à direita, Titânia
Oberon e Titânia são os maiores satélites de Urano com 1522 e 1578 quilómetros de diâmetro,
respectivamente. As superfícies destes satélites encontram-se bastante craterizadas, no
entanto, Titânia também apresenta sinais de actividade tectónica, pelo que as suas crateras
serão bastante recentes.
Umbriel e Ariel
Figura 86: À esquerda, Umbriel, e à direita, Ariel
Estes dois satélites têm 1169 e 1158 quilómetros de diâmetro, respectivamente. Umbriel é o
satélite mais escuro de Urano, é constituído por gelo de água e também apresenta crateras,
mas não se denotam as características radiais que costumam acompanhar as crateras. Ariel é,
das cinco luas principais de Urano, aquela que melhor reflecte a luz solar. A sua superfície é
bastante recente, provavelmente a mais jovem das cinco, o que se prenderá com uma
actividade geológica em larga escala, pois o facto é que apresenta indícios disso.
110
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Miranda
Miranda, com 471 quilómetros de diâmetro, apresenta uma
superfície incrivelmente variada. Aqui podem-se encontrar
regiões de tipos completamente diferentes: zonas cobertas
de crateras, zonas mais ou menos lisas, penhascos de gelo
com alturas acima dos 20 quilómetros e grandes áreas na
forma de trapézio ou “coronae”. Ainda não se conhece a
razão pela qual Miranda apresenta uma superfície tão
Figura 87: Miranda
diversificada, mas certamente que a enorme mistura de
características que a superfície de Miranda tem se deve a
algum acontecimento muito importante.
Tabela 11: Os principais satélites de Urano
Distância a
Período Orbital
Úrano (km)
(dias)
Cordélia
49 471
0,330
26
Ofélia
53 796
0,372
32
Branca
59 173
0,433
42
Créssida
51 777
0,463
62
Desdémona
62 676
0,475
54
Julieta
64 352
0,493
84
Pórcia
66 085
0,513
106
Rosalinda
69 941
0,558
54
Belinda
75 258
0,622
66
1986 U10
75 258
0,620
40
Puck
86 000
0,762
154
Miranda
129 400
1,414
472
Ariel
191 000
2,520
1158
Umbriel
256 300
4,144
1169
Titânia
435 000
8,706
1578
Oberon
583 500
13,463
1523
*Calibã
7 170 000
579
60
*Sícorax
12 214 000
1203
120
Satélite
Diâmetro (km)
* movimento retrógrado
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
111
Explorando o Sistema Solar
Exploração de Urano
Depois de ter passado por Júpiter e Saturno, a sonda Voyager 2 continuou até Urano, onde
chegou em Janeiro de 1986, mostrando o seu débil sistema de anéis e as suas cinco luas
principais, entre as quais a estranha Miranda, e revelou 10 novas luas. A trajectória da
Voyager 2 passou a cerca de 30 000 quilómetros de Miranda, tendo fornecido óptimas
fotografias da superfície deste satélite. A sonda Voyager 2 apenas permaneceu algumas horas
nas proximidades deste planeta, no entanto, foi muito grande a quantidade de informação que
enviou para a Terra, tendo esta visita permitido aumentar enormemente o nosso conhecimento
acerca do planeta Urano.
Neptuno
Depois da descoberta de Urano, os astrónomos aperceberam-se que a sua órbita apresentava
determinadas irregularidades que só poderiam ser explicadas com a existência do oitavo
planeta. Assim, a 23 de Setembro de 1846, Johann Galle, astrónomo do observatório de
Berlim, observou Neptuno no céu, numa posição muito aproximada da dos cálculos de Urbain
Le Verrier, matemático que elaborou um estudo bastante pormenorizado sobre as possíveis
posições do oitavo planeta. Le Verrier e Adams foram os descobridores de Neptuno.
Figura 88: O Planeta Neptuno
112
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Estrutura Interna de Neptuno
Figura 89: Estrutura interna de Neptuno
A estrutura interna de Neptuno será provavelmente muito semelhante à de Urano, isto é, o
planeta terá um núcleo rochoso que consiste numa mistura de silicatos e ferro, envolto numa
camada de gelos de água, amónia e metano.
A Atmosfera de Neptuno
Por cima da camada de gelos de água, amónia e metano poder-se-á encontrar uma espessa
atmosfera constituída por hidrogénio molecular, hélio e metano. A cor azul de Neptuno devese à presença de metano na sua atmosfera, pois este composto absorve a radiação vermelha da
luz solar reflectindo preferencialmente o azul. No entanto, a maior intensidade do azul em
Neptuno do que em Urano leva a colocar a hipótese da existência de um composto na
atmosfera do planeta que acentue o tom azulado, composto esse que, obviamente, não estará
presente na atmosfera de Urano.
Neptuno possui uma atmosfera muito turbulenta. Nela observam-se grandes manchas que
perduram no tempo. É exemplo disso a Grande Mancha Escura – Great Dark Spot –
observada pela Voyager 2 e que tinha o tamanho aproximado do da Terra. No entanto, cinco
anos mais tarde, em 1994, quando Neptuno foi observado pelo Telescópio Espacial Hubble, a
Grande Mancha Escura tinha desaparecido. A atmosfera de Neptuno é muito dinâmica, o que
justifica a duração desta mancha característica. A Voyager 2 fotografou também uma nuvem
branca de forma irregular, baptizada de “Scooter” pelo seu rápido movimento.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
113
Explorando o Sistema Solar
A Energia Gerada por Neptuno
Neptuno possui uma fonte interna de calor muito intensa. A sonda Voyager 2 confirmou que o
planeta emite uma quantidade de energia quase igual ao triplo da energia solar absorvida.
À semelhança do que acontece com Júpiter e Saturno, o calor libertado por Neptuno prende-se
com uma reserva de energia acumulada durante a compressão gravitacional do planeta. Isto é,
no decurso da formação do planeta a partir da nébula primordial, a energia potencial gravítica
transforma-se em energia cinética, o que se traduz num aumento da temperatura. Este
mecanismo denomina-se Mecanismo de Kelvin-Helmholtz. O calor produzido no interior de
Neptuno causa movimentos convectivos que estão na origem dos fortíssimos ventos
existentes na atmosfera de Neptuno.
Campo Magnético de Neptuno
Neptuno tem um intenso campo magnético, cujo eixo dista 47º do eixo de rotação.
Anéis de Neptuno
Neptuno possui um sistema de quatro anéis, sendo três deles muito finos. As observações da
sonda Voyager 2 mostraram anéis com uma fraca capacidade de reflexão da luz, o que
justifica o facto de se apresentarem muito escuros.
Em meados dos anos 80 do século passado, falou-se que Neptuno possuiria anéis que não
formariam circunferências completas, mas apenas pedaços delas. A sonda Voyager 2
descobriu o anel mais exterior – anel de Adams - que possui efectivamente três arcos
denominados Liberdade, Igualdade e Fraternidade. Este anel apresenta-se bastante estreito e
dista do centro de Neptuno 63 000 quilómetros.
Ainda não se encontrou uma explicação para a existência dos arcos, pois as leis do
movimento prevêem que o material que constitui os arcos se distribua formando um anel mais
ou menos uniforme. Nem os efeitos gravitacionais da lua Galateia, situada no interior do anel,
são suficientes para explicar a formação dos arcos.
114
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Figura 90: Estas duas exposições de 591 segundos dos anéis de Neptuno foram obtidas em 26 de Agosto de
1989 a uma distância de 280,000 quilómetros. O clarão luminoso ao centro é devido à sobre-exposição de
Neptuno.
A Voyager 2 descobriu ainda o anel de Le Verrier, a 53 000 quilómetros do centro do planeta,
e o anel de Galle, a 42 000 quilómetros do centro de Neptuno. Um prolongamento exterior ao
anel Le Verrier, chamado Lassell, é delimitado por fora pelo anel Arago, à distância de 57 000
quilómetros do centro de Neptuno.
Satélites de Neptuno
Figura 91: Tritão
Actualmente são conhecidos 13 satélites naturais a Neptuno. Tritão e Nereide foram os
primeiros a serem descobertos.
Tritão, com 2705 quilómetros de diâmetro, orbita em torno de Neptuno numa órbita inclinada
de 127º (ou 53º) relativamente ao plano orbital de Neptuno em torno do Sol. Desta forma, as
regiões polares e equatoriais recebem alternadamente a maior parte da radiação solar, o que
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
115
Explorando o Sistema Solar
provoca grandes variações sazonais. Tritão é também o maior satélite de Neptuno e o maior
do Sistema Solar a girar no sentido retrógrado, neste caso, em torno de Neptuno. A descoberta
de Tritão data de 1846, no entanto as características da sua superfície só foram reveladas
quando a sonda Voyager 2 lá chegou. As fotografias de Tritão revelam uma superfície com
crateras, desfiladeiros, cumes com lagos de gelo e amoníaco, fissuras de comprimentos
extraordinários e estranhos vulcões que parecem géisers que emitem jactos de azoto líquido e
também compostos escuros de carbono provenientes do subsolo. A superfície de Tritão está
coberta por azoto e gelo de metano, substâncias que reflectem muito bem a luz solar e que,
juntamente com a grande distância a que o satélite se encontra do Sol, tornam a superfície de
Tritão uma das mais geladas do Sistema Solar, cerca de -235ºC. Uma outra característica
curiosa de Tritão refere-se à sua densidade que é relativamente alta se comparada com a das
outras luas. Este facto, associado ao movimento retrógrado de Tritão, levou os cientistas a
considerar a hipótese de que Tritão e Neptuno não se terão formado a partir da mesma
condensação inicial. Provavelmente, Tritão ter-se-á formado na Cintura de Kuiper (ou noutro
local do Sistema Solar), tendo sido depois capturado pelo campo gravitacional de Neptuno. O
processo de agregação de Tritão por parte de Neptuno terá envolvido a dissipação de grandes
quantidades de energia, suficientes para aquecerem o satélite e provocar a sua diferenciação, o
que justificaria as interessantes características à sua superfície.
Num futuro distante, se Tritão não for destruído pelas forças de maré, irá inevitavelmente
colidir com Neptuno. Este destino tem a ver com a órbita retrógrada de Tritão associada ao
facto do período de translação de Tritão ser muito inferior ao período de rotação de Neptuno,
o que está a travar o satélite e a diminui o seu raio orbital, enquanto que a rotação de Neptuno
aumenta.
A lua mais exterior de Neptuno é Nereide, descoberta em 1949 por Kuiper. Nereide, com 340
quilómetros de diâmetro, move-se em torno de Neptuno, numa órbita tão excêntrica, que a sua
distância ao planeta varia em mais de 8 milhões de quilómetros. Este facto indica que se
poderá tratar de um corpo capturado por Neptuno, provavelmente proveniente da Cintura de
Kuiper.
Quando a sonda Voyager 2 chegou a Neptuno, em 1989, descobriu mais seis satélites a
orbitarem num plano quase coincidente com o equatorial de planeta e no sentido directo.
Entre eles encontram-se as quatro luas mais interiores do sistema de Neptuno que são:
Naîade, Talassa, Despina e Galateia. Estas são luas muito pequenas semelhantes a asteróides.
Larissa é o quinto satélite de Neptuno e Proteu é o sexto e também o segundo em termos de
116
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
tamanho, com cerca de 400 quilómetros de diâmetro. A superfície irregular de Proteu é
cinzenta e escura, onde abundam crateras que revelam uma história de colisões com pequenos
asteróides. As outras cinco luas foram descobertas nos últimos anos.
Tabela 12: Os principais satélites de Neptuno
Distância a
Período Orbital
Neptuno (km)
(dias)
54
48 000
0,296
Talassa
80
50 000
0,312
Despina
180
52 500
0,333
Galateia
150
62 000
0,429
Larissa
192
73 500
0,544
Proteu
416
117 600
1,121
Tritão
2705
354 800
5,877
Nereide
240
1 345 500 –
9 688 500
360,15
Satélite
Diâmetro (km)
Naîade
Exploração de Neptuno
Depois de ter passado e enviado para a Terra informações preciosas de Júpiter, Saturno e
Urano, a sonda Voyager 2 chegou a Neptuno em Agosto de 1989, tinham passado doze anos
desde o seu lançamento. A sonda passou a 4500 quilómetros de distância do pólo norte do
planeta Neptuno e descobriu seis novas luas, confirmando que também este gigante gasoso
possui um sistema de anéis.
Figura 92: Missão Voyager
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
117
Explorando o Sistema Solar
Plutão – O Planeta Anão
A partir de 1880, Percival Lowell, conhecido estudioso de Marte, dedicou-se à procura do
nono planeta, o qual seria responsável por algumas perturbações causadas na órbita de Urano.
Catorze anos mais tarde, Percival morreu com “a maior desilusão da sua vida”, segundo
palavras do seu irmão. A 13 de Março de 1930, outros catorze anos após a morte de Percival,
Clyde Tombaugh, jovem assistente do Observatório de Flagstaff, localizou Plutão somente a
6º da posição indicada por Percival Lowell. O nome foi escolhido para, com as suas iniciais,
homenagear Percival Lowell. O conhecimento acerca deste astro aumentou muito graças aos
dados recolhidos, essencialmente, pelo Telescópio Espacial Hubble. É de referir que nunca
nenhuma sonda espacial visitou Plutão na exploração dos planetas exteriores de Sistema
Solar.
Figura 93: O Planeta Plutão
A órbita de Plutão é de tal modo excêntrica que intercepta a de Neptuno durante a translação,
ou seja, Plutão chega a encontrar-se mais próximo do Sol do que Neptuno por um período 20
anos dos 248,5 anos que dura o seu período orbital. No entanto, não existe o perigo dos dois
astros colidirem, pois estes encontram-se em ressonância 3:2, isto é, por cada três órbitas de
Neptuno, Plutão dá duas voltas ao Sol. Por outro lado, a inclinação orbital de Plutão também é
muito elevada, 17º, o que ainda o afasta mais de Neptuno.
118
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Figura 94: À esquerda, o Sistema Solar até a órbita de Júpiter, mostrando a Cintura de Asteróides, localizada
entre as órbitas de Marte e Júpiter. À direita, a Cintura de Kuiper, situado para além da órbita de Neptuno. A
órbita de Plutão - mais excêntrica do que as dos planetas – cruza a órbita de Neptuno.
Estrutura Interna de Plutão
Plutão é um planeta sólido do tipo terrestre, com um núcleo, um manto e uma superfície.
Actualmente existem dois modelos que procuram retratar a estrutura interna de Plutão. O
primeiro modelo defende um núcleo de rochas silicatadas parcialmente hidratadas e uma
superfície coberta principalmente por azoto, metano e óxido de carbono. O segundo modelo
prevê um núcleo interior silicatado, coberto por uma camada de material orgânico, seguido de
uma outra camada, mas de gelo. A presença de gelo pode-se justificar com possíveis choques
entre Plutão e um ou vários asteróides, acontecimentos que terão aquecido o planeta levando à
separação do gelo das rochas primordiais. Por outro lado, caso se prove que Plutão não sofreu
nenhuma colisão capaz de desencadear este processo, então também se poderá pensar que o
calor libertado pelos materiais radioactivos presentes nas rochas foi suficiente para provocar a
subida da água para as camadas mais altas do planeta.
Superfície de Plutão
Relativamente à superfície, o Telescópio Espacial Hubble revelou variações no brilho do
planeta durante a sua rotação. Investigações laboratoriais levam a crer que o material mais
brilhante à superfície de Plutão seja constituído principalmente por azoto sólido, mas também
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
119
Explorando o Sistema Solar
metano e óxido de carbono. Por outro lado, pensa-se que estes três compostos não deveriam
ser os únicos elementos presentes na superfície de Plutão, no entanto, também ainda não se
conseguiram observar outros. Investigações efectuadas em infravermelhos, com o telescópio
IRAS, revelaram zonas com uma reflectividade mais baixa, uma cor avermelhada e uma
temperatura mais elevada, concluindo que estas zonas não estão preferencialmente cobertas
por gelo de azoto, no entanto, desconhece-se que elementos estarão presentes. Observações
espectrais revelam grandes semelhanças entre Plutão e Tritão, sendo possível que estes dois
astros se tenham formado em condições idênticas.
A Atmosfera de Plutão
Os materiais que se encontram à superfície de Plutão são os mesmos que formam a ténue
atmosfera, pois, quando Plutão se aproxima do Sol, uma parte das áreas geladas sublima,
formando a atmosfera. Depois, quando o planeta se afasta do Sol, a atmosfera condensa e
volta a cair na superfície na forma de “neve”, dando origem a algumas das áreas mais
brilhantes. No entanto, à temperatura de Plutão, o azoto é mais volátil do que metano e o
óxido de carbono, logo tem uma maior tendência a subir na atmosfera, o que faz dele o
principal componente.
Caronte
Caronte é um satélite de Plutão e foi descoberto em 1978. Por outro lado, Caronte tem cerca
de metade do tamanho de Plutão, por isso também se considera que o sistema Plutão –
Caronte é um sistema binário. Plutão e Caronte apresentam sempre a mesma face voltada um
para o outro, isto é, Caronte está sempre “parado” sobre o mesmo ponto da superfície de
Plutão, porque o período de translação de Caronte é igual ao período de rotação de Plutão.
Figura 95: Sistema Plutão-Caronte
120
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
A superfície de Caronte é menos reflectora do que a de Plutão. As observações
espectroscópicas mostram que é provável que o satélite esteja coberto de gelo de água e
outros componentes não identificados que teriam dado origem a manchas acinzentadas na
superfície deste astro.
Para além de Caronte, Plutão possui ainda dois satélites menores, descobertos em 2005 pelo
Telescópio Espacial Hubble e que receberam da União Astronómica Internacional (UAI) os
nomes mitológicos de Nix e Hydra.
Planeta Anão
Encerrada a XXVI Assembleia Geral da União Astronómica Internacional, em Agosto de
2006, o conceito de planeta do Sistema Solar sofre alterações, tendo sido criada uma nova
categoria de planetas: os planetas anões. Assim, um planeta anão do Sistema Solar passa a
ser todo o corpo celeste que: orbita em torno do Sol; tem massa suficiente para que a sua
própria gravidade lhe confira uma forma esférica; não tem uma órbita livre de outros objectos
na sua vizinhança e não é um satélite.
Mas porquê a necessidade desta reclassificação?
A classificação de Plutão como planeta principal do Sistema Solar, já há muito que era
contestada por muitos elementos da comunidade científica. O facto de Plutão ser mais
pequeno do que algumas luas do Sistema Solar, orbitar em torno do Sol a uma distância de 40
unidades astronómicas e numa órbita extremamente inclinada, a juntar à descoberta de vários
objectos de dimensões semelhantes às de Plutão, numa região exterior do Sistema Solar, a
partir de 1990, são os motivos apresentados pelos astrónomos. A partir desse momento,
muitos astrónomos entenderam que seria mais sensato encaixar Plutão na família dos
pequenos corpos gelados encontrados na denominada Cintura de Kuiper.
Assim, Plutão passou a ser um planeta anão. Mas desta nova classificação também fazem
parte Caronte, Eris e Ceres, o maior asteróide da Cintura de Asteróides que órbita entre Marte
e Júpiter.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
121
Explorando o Sistema Solar
Cintura de Kuiper
Em 1949, o astrónomo irlandês Kenneth E. Edgeworth, e, em 1951, o astrónomo holandês
Gerard Kuiper colocaram, independentemente um do outro, a hipótese da existência de corpos
de dimensões médio-pequenas localizados nos confins do Sistema Solar, ou seja, para lá da
órbita de Plutão. A fundamentação desta hipótese passava pelo facto destes astrónomos
acharem estranho que a nuvem primordial que deu origem ao Sistema Solar tivesse terminado
a sua obra nas proximidades da órbita de Neptuno de forma tão”brusca”. Os instrumentos da
época não lhes permitiram verificar a teoria, mas a confirmação desta hipótese chegou nos
anos noventa do século passado com a detecção do objecto 1992 QB1. Actualmente, todos os
objectos que se encontram para lá da órbita de Neptuno são classificados de transneptunianos
e considerados parte da Cintura de Edgeworth-Kuiper. A fronteira interior da cintura é
definida pela órbita de Neptuno e a fronteira exterior estará localizada para lá das 50 unidades
astronómicas do Sol. A densidade da Cintura de Kuiper parece aumentar na zona da órbita de
Plutão que se encontra em ressonância com a órbita de Neptuno na razão de 3:2, isto é, por
cada três órbitas de Neptuno, Plutão dá duas voltas ao Sol. De acordo com a teoria defendida
por Edgeworth- Kuiper, actualmente pensa-se que, pelo menos, os objectos mais pequenos
que constituem a Cintura de Kuiper se terão formado a partir do material que sobrou da
nuvem primordial e como a densidade da nuvem é muito baixa nesta zona, os objectos aí
formados não poderam evoluir para tamanhos maiores. É até possível que os maiores objectos
encontrados na Cintura de Kuiper se tenham formado numa zona mais interior do Sistema
Solar e depois “empurrados” pela influência dos planetas gigantes para as órbitas que ocupam
actualmente. Por outro lado, as características e semelhanças entre Plutão, o seu satélite
Caronte e o satélite de Neptuno, Tritão, evidencia uma origem comum e muito provavelmente
numa zona mais exterior do Sistema Solar. Estes objectos terão sido atraídos pelo campo
gravitacional de Neptuno, transformando Tritão num satélite e colocando o sistema PlutãoCaronte em órbita sincronizada com a de Neptuno. Existem ainda objectos provavelmente
formados na Cintura de Kuiper, os Centauros, que devido à excentricidade das suas órbitas,
podem ser cometas de período curto.
Tabela 13: Os maiores objectos transneptunianos encontrados até hoje
Objecto
Transneptuniano
Diâmetro (km)
122
Sedna
Quaoar
Ixion
Varuna
2002 AW197
2000-3000
1200
1065
800
790
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
Figura 96: Tamanhos relativos dos principais objectos da Cintura de Kuiper conhecidos até meados de 2005
Cometas e Nuvem de Oort
Figura 97: Cometa Hale-Bopp
A partir dos restos nuvem primordial formaram-se os asteróides, que orbitam entre os planetas
e em torno do Sol, e os cometas, cujas órbitas podem ser elípticas e muito excêntricas ou
hiperbólicas.
O astrofísico holandês Jan Oort, no século passado, formulou a hipótese da existência de uma
“nuvem” de cometas, com cerca de 1 ano-luz de raio, a rodear o nosso sistema planetário. Os
cometas de período longo, por exemplo, o Hale-Bopp e o Hyakutake, estão provavelmente
associados a esta nuvem, tal como os cometas com órbitas hiperbólicas, que passam uma
única vez perto do Sol e abandonam o Sistema Solar. Os cometas de período curto, como por
exemplo o cometa Halley, serão originários da Cintura de Kuiper.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
123
Explorando o Sistema Solar
Figura 98: Nos confins do sistema solar (Cintura de Kuiper e Nuvem de Oort), para além da órbita de Neptuno,
existem milhares de milhões de pequenos corpos celestes compostos essencialmente de gelo.
Os cometas são corpos rochosos gelados, semelhantes a asteróides, que quando se aproximam
do Sol desenvolvem cabeleira e cauda que aponta sempre na direcção oposta ao Sol.
O Núcleo Cometário
Os cometas são muitas vezes descritos como bolas de neve sujas. A sonda espacial Giotto da
Agência Espacial Europeia aproximou-se do cometa Halley, em 1986, e confirmou a
existência de um núcleo rochoso composto por uma mistura de gelos (80% por água, para
além de metano, amónia, dióxido de carbono, monóxido de carbono) e poeiras.
Os núcleos cometários são muito difíceis de observar quando se encontram afastados do Sol e
os gases se encontram congelados, porque para além de reflectirem muito mal a luz que
recebem do Sol, também as suas dimensões são da ordem dos 15 a 20 quilómetros de
diâmetro.
A Cabeleira
À medida que o cometa se aproxima do Sol, os seus gelos começam a sublimar, levando ao
aparecimento de uma cabeleira de vapor de água, dióxido de carbono e outros gases. Uma vez
que o núcleo cometário apresenta dimensões na ordem dos 15 quilómetros, a gravidade
exercida também é escassa, razão pela qual o gás emitido se dispersa no espaço, sendo
124
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
continuamente substituído por novo material. A sublimação do material emitido
violentamente pelo núcleo só acontece no lado activado pelo Sol, ou seja, no lado voltado
para o Sol e é lançado no espaço em linha recta podendo atingir centenas de milhares de
quilómetros. No entanto, devido ao vento solar e ao choque com as suas partículas, o material
libertado pelo cometa forma uma cauda que aponta na direcção oposta ao Sol.
A Cauda
Como já referi, a cauda é formada pelos gases da cabeleira, podendo atingir milhões de
quilómetros. Um conjunto de partículas carregadas emitidas pelo Sol constitui o vento solar
que é o responsável pela orientação da cabeleira. A força exercida pelo vento solar nas
moléculas de gás da cabeleira é muito mais forte do que a força gravitacional do Sol, daí a
orientação da cauda surgir no sentido oposto ao Sol, pois as moléculas são empurradas para
trás.
Normalmente a cauda aparece dividida em duas partes, formando a cauda de poeiras e a cauda
iónica. As partículas que constituem a cauda de poeiras são muito mais massivas do que as
partículas que formam a cauda iónica. Desta forma, a cauda de poeiras está sujeita a uma
maior inércia, o que implica uma menor aceleração das partículas para longe do cometa e dá a
esta cauda uma forma encurvada, enquanto que a cauda iónica tem uma forma rectilínea.
O brilho da cauda de poeiras resulta da absorção da radiação ultravioleta emitida pelo Sol,
mas também da quantidade de poeiras e de cristais de gelo em dispersão. A cauda iónica
torna-se visível porque as moléculas são excitadas pela radiação solar e emitem frequências
características.
Figura 99: Orientação da cauda do cometa
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
125
Explorando o Sistema Solar
A Luminosidade dos Cometas
A luminosidade aparente de um cometa depende da sua distância ao Sol e também à Terra.
Por um lado, uma maior proximidade à Terra permite uma melhor visualização do cometa, daí
falar em luminosidade aparente. Por outro lado, o brilho de um cometa é mais ou menos
proporcional à quarta potência da distância ao Sol, que indica que os cometas reflectem a luz
solar, mas também a absorvem. Outro factor importante a considerar é o ciclo de actividade
solar, pois à medida que a actividade solar aumenta verifica-se um aumento da luminosidade
do cometa. Por último, há ainda que considerar que a luminosidade dos cometas de período
curto diminui à medida que aumenta o número de passagens em torno do Sol, pois por cada
passagem verifica-se uma enorme perda de material. É bastante provável que asteróides com
órbitas muito excêntricas que atravessam as órbitas dos planetas interiores, incluído os NEAs,
sejam antigos cometas.
Ao longo da sua trajectória, os cometas libertam material na forma de poeiras, que se mantém
a orbitar em torno do Sol. Quando a Terra intercepta esta faixa de material produzem-se as
chuvas de estrelas.
Figura 100: Colisão dos fragmentos do cometa Shoemaker-Levy 9 com o planeta Júpiter, em Julho de 1994
Meteoróides
Os meteoróides são pequenos corpos rochosos, muitas vezes poeiras cósmicas, que quando se
atravessam ou aproximam da trajectória da Terra são capturados pela força gravitacional do
planeta. À medida que o meteoróide entra em contacto com a atmosfera, o atrito entre o
126
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Explorando o Sistema Solar
objecto celeste e as partículas da atmosfera aumenta, verifica-se um sobreaquecimento e o
meteoróide inflama. Se o objecto se consumir completamente na atmosfera denomina-se
meteoro, mas, se pelo contrário, chocar com a superfície terrestre originando uma cratera, tem
o nome de meteorito. Os meteoros originam o fenómeno das “estrelas cadentes”.
Figura 101: Cratera do Meteorito
Os meteoróides que não se desintegram totalmente ao atravessar a atmosfera e chocam com a
superfície terrestre, denominam-se meteoritos. Estes objectos dividem-se em três categorias,
conforme a sua composição química:
- sideritos (meteoritos metálicos compostos quase totalmente por ferro e níquel);
- aerólitos (meteoritos rochosos constituídos sobretudo por silicatos);
- siderólitos ( meteoritos formados quer por silicatos quer por ligas metálicas).
Cerca de 65% dos meteoritos conhecidos encaixam na categoria dos aerólitos, enquanto que
os sideritos constituem 30% dos meteoritos e os restantes 5% são da classe dos siderólitos.
Figura 102: O meteorito ALH 84001
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
127
Explorando o Sistema Solar
128
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
ESA – Uma Agência Espacial
Capítulo 2: ESA – Uma Agência Espacial
2.1. A Agência Espacial Europeia – ESA
A Agência Espacial Europeia tem como objectivo colocar “a Europa no Espaço”,
promovendo o melhor e maior acesso ao conhecimento cósmico. A missão da ESA passa por
desenvolver e pôr em prática as potencialidades dos projectos científicos e espaciais e
assegurar-se que o investimento dos contribuintes europeus lhes continue a oferecer
benefícios na forma de respostas às inúmeras questões científicas.
Quem são os membros da ESA?
A Agência Espacial Europeia é constituída por 17 estados membros: Alemanha, Áustria,
Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Grécia, Irlanda, Itália, Luxemburgo, Países
Baixos, Noruega, Portugal, Suécia, Suiça e Reino Unido.
Figura 103: Países membros da ESA
Como se verifica no parágrafo anterior, nem todos os países membros da União Europeia são
membros da ESA, mas também nem todos os membros da ESA pertencem à UE. A ESA é
uma organização independente, mas mantém uma ligação à UE, de tal forma que as duas
organizações partilham uma estratégia comum no que concerne ao espaço visando uma
política espacial europeia.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
129
ESA – Uma Agência Espacial
Em que consiste o trabalho da ESA?
Figura 104: Visão artística da missão Cluster
O trabalho da ESA passa por projectar e desenvolver programas de exploração espacial. Os
projectos da ESA visam o estudo do Sistema Solar, para além das fronteiras deste e até todo o
Universo. A procura do nosso lugar no Universo é também um dos objectivos da ESA, pois o
seu trabalho também aponta na procura de vida noutros planetas, pertencentes a outros
sistemas solares, e até no nosso Sistema Solar. A ESA, embora uma seja uma organização
independente, também tem acordos de cooperação com outras agências espaciais.
Por outro lado, a ESA também desenvolve tecnologias e serviços que passam pela colocação
de satélites a orbitar em torno da Terra e pela promoção das indústrias europeias.
Onde está localizada a ESA?
A Agência Espacial Europeia está sedeada em Paris, onde os programas e as políticas
espaciais são decididos. É aqui que o Director-Geral, bem como os restantes Directores têm
os seus escritórios. A ESA Paris é também um centro administrativo onde se podem encontrar
os principais escritórios para os recursos humanos, departamento jurídico, finanças,
orçamento, exame interno, estratégia, relações internacionais e comunicações.
Esta agência tem também centros noutros países europeus, cada um dos quais com
responsabilidades diferentes:
•
O EAC, Centro Europeu de Astronautas, localizado em Colónia, na Alemanha, é o
local onde os astronautas são treinados para futuras missões espaciais tripuladas;
130
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
ESA – Uma Agência Espacial
•
No ESAC, Centro Europeu de Astronomia Espacial, situado em Villafranca del
Castillo, perto de Madrid, em Espanha, encontram-se os centros de operação científica
relativamente a todas as missões de astronomia e missões planetárias da ESA,
juntamente com os seus arquivos científicos;
•
O ESOC, o Centro Europeu de Operações Espaciais, localizado em Darmstadt, na
Alemanha, é responsável pelo controlo dos satélites da ESA, em órbita em torno da
Terra e também de outras missões;
Figura 105: Principal centro de controlo no ESOC, em Darmstadt, na Alemanha
•
O ESRIN, o Instituto Europeu de Investigação Espacial, está situado em Frascati,
perto de Roma, na Itália, e é responsável por recolher, armazenar e distribuir aos
parceiros da ESA, os dados recolhidos da observação da Terra via satélite e é também
o centro da tecnologia da informação da agência;
•
O ESTEC, o Centro Europeu da Investigação e da Tecnologia Espacial, localizado em
Noordwijk, nos Países Baixos, é onde são montados, testados e geridos grande parte
dos projectos tecnológicos e naves espaciais da ESA.
Cada centro da ESA tem também escritórios para os recursos humanos, finanças e
comunicações.
Para facilitar as relações internacionais, a ESA tem ainda escritórios na Bélgica, nos
Estados Unidos e na Rússia, uma base de lançamento na Guiana Francesa e várias
estações terrestres um pouco por todo o mundo.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
131
ESA – Uma Agência Espacial
Quem são as pessoas que trabalham na ESA?
Figura 106: Equipa de astronautas da ESA
A equipa de funcionários que trabalha na ESA é constituída por indivíduos altamente
qualificados que vêm de todos os estados membros e incluem cientistas, coordenadores,
especialistas na tecnologia da informação e pessoal administrativo.
Figura 107: O quotidiano no espaço
Quem sustenta a ESA?
As actividades da ESA, em especial os programas da ciência espacial, são financiadas pela
contribuição financeira dos estados membros da Agência, calculada de acordo com o produto
nacional bruto de cada país. Por outro lado, a ESA desenvolve um conjunto de programas
opcionais e cada estado membro decide que se quer, e em qual deles quer participar e com
quanto pretende contribuir.
132
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
ESA – Uma Agência Espacial
Quanto custa a cada europeu financiar a ESA?
O investimento de cada cidadão dos estados membros, nos programas espaciais da ESA,
provém dos seus impostos pagos ao estado.
Como são os cidadãos europeus que financiam a ESA, também é importante que esta se
preocupe em revelar ao público os projectos desenvolvidos, tal como os resultados obtidos.
Assim, o escritório da comunicação da ESA tem como uma das suas actividades principais a
realização de eventos e conferências de imprensa gratuitas e a elaboração de material escrito e
audiovisual para determinado público-alvo.
Figura 108: Poster apresentado pelos Portuguese Trainees que marcaram presença no ISD2006,
realizado a 29 de Maio de 2006 na ESA\ESTEC - Noordwijk, Holanda.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
133
ESA – Uma Agência Espacial
Como funciona a ESA?
O Conselho da ESA constitui o órgão dirigente da Agência, o qual elabora as políticas básicas
a partir das quais a Agência desenvolve os programas espaciais. O Conselho da ESA é
formado por todos os estados membros e cada um tem direito a um voto, independentemente
da sua contribuição financeira, dimensão populacional ou geográfica. De quatro em quatro
anos, o Conselho elege um Director-Geral a quem é atribuída a função de presidir à Agência
Espacial Europeia.
Cada sector individual de pesquisa tem a sua própria Direcção que reporta ao Director-Geral.
As actividades da ESA estão divididas em nove direcções que são:
•
Programas de Observação da Terra
•
Gestão Técnica e da Qualidade
•
Programas do Lançador
•
Voos Espaciais Tripulados, Microgravidade e Programas Humanos de Exploração
•
Gestão de Recursos
•
Relações Externas
•
Programa Científico
•
Telecomunicações e Navegação
•
Operações e Infra-estruturas
Figura 109: Envisat - Programa de Observação da Terra
134
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
ESA – Uma Agência Espacial
2.2. Porque é que a ciência espacial precisa de uma planificação a longo
prazo?
Depois de cerca de 4000 anos de uma astronomia a olho nu, Galileu iniciou 400 anos de
astronomia com telescópios poderosos, seguidos de 40 anos de astronomia espacial. Em cada
um destes períodos históricos, os astrónomos têm conseguido mais informação sobre o
Universo, num exemplo espectacular de aceleração da ciência.
A Astronomia é o caminho para a compreensão do nosso Universo e do lugar que a
humanidade ocupa nele.
A maioria das nossas informações sobre objectos celestes vem através de radiação
electromagnética que os planetas, estrelas e galáxias reflectem. No entanto, a nossa atmosfera
não nos permite fazer uma leitura completa das radiações recebidas, daí a importância de
colocar telescópios em órbita. Esta possibilidade tem providenciado aos astrónomos um
imenso avanço nos seus poderes de observação.
Figura 110: XMM – Newton
Por outro lado, existe uma outra dimensão de investigação espacial: a exploração in situ.
Naves e sondas espaciais europeias já foram enviadas para estudar muitos dos astros do
Sistema Solar, incluído a Lua, Vénus, Marte, o sistema Saturno/Titã e, no futuro, Mercúrio. A
participação em missões de estudo do Sol tem oferecido uma nova visão da nossa estrela.
Tendo em vista o panorama geral dos avanços da ciência espacial, pode-se concluir que
através da criatividade, organização e determinação, a Europa tem conseguido a liderança
num sem número de áreas de investigação, desde a fundação da ESA. A Agência Espacial
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
135
ESA – Uma Agência Espacial
Europeia, obviamente com a preciosa colaboração de outras agências espaciais, tem
conseguido avançar com projectos difíceis e altamente originais, como, por exemplo, com a
missão Cassini-Huygens ao sistema Saturno/Titã, ou com a colocação em órbita dos
telescópios de raios-X mais sensíveis do mundo e raios gama, XMM – Newton e Integral.
Giotto
A missão Giotto foi a “cereja no topo do bolo”, tornando-se na referência de sucesso da ESA.
Na noite de 13 para 14 de Março de 1986, a sonda Giotto da ESA encontrou-se com o cometa
Halley. Esta missão consistiu na primeira missão da ESA no espaço profundo e resultou de
um grande esforço internacional, no sentido de desvendar os segredos destes misteriosos
objectos, que remontam aos primórdios do Sistema Solar. A sonda Giotto permitiu obter as
primeiras imagens do núcleo de um cometa e a primeiras evidências da presença de material
orgânico.
Figura 111: Cometa Halley visto pela Giotto
A sonda Giotto foi lançada pelo foguetão Ariane 1, a 2 de Julho de 1985. Após três órbitas à
volta da Terra, o motor de bordo foi accionado para a lançar numa órbita interplanetária. A 12
de Março de 1986, após uma viagem de oito meses e quase 150 milhões de quilómetros, os
instrumentos da sonda detectaram, pela primeira vez, os iões de hidrogénio do Halley, a uma
distância de 7,8 milhões de quilómetros do cometa.
Um dia depois, a Giotto aproximou-se do cometa Halley, entrou nas fronteiras da cabeleira e
encontrou o núcleo cometário.
136
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
ESA – Uma Agência Espacial
As equipas do Centro Europeu de Operações Espaciais, em Darmstadt, na Alemanha, ficaram
entusiasmadíssimos à medida que os primeiros dados e imagens começavam a chegar. As dez
equipas experimentais apressaram-se a examinar as informações recolhidas pela sonda e de
imediato procuraram fazer uma primeira análise.
Em 1992, a sonda Giotto foi dirigida para o cometa Grigg-Skjellerup aproximando-se a uma
distância de 200 quilómetros do núcleo, do qual emitiu muitos dados e informações,
nomeadamente o estudo da interacção entre o vento solar, o campo magnético interplanetário
e o próprio cometa.
A missão Rosetta, lançada em 2004, irá lançar um módulo de aterragem no cometa 67 PChuryumov-Gerasimenko em 2014, reforçando a posição de liderança conseguida pela
Giotto.
Figura 112: Sonda Giotto
Os institutos científicos europeus, as companhias aeroespaciais e governamentais,
rapidamente se aperceberam que para criar e preservar equipas talentosas capazes de
desenvolver e pôr em prática projectos desta envergadura, assim como para manter parceiros
de confiança em colaborações internacionais, a ESA precisaria de planos a longo prazo.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
137
ESA – Uma Agência Espacial
Cassini-Huygens
A Cassini-Huygens a Saturno é, desde sempre, a mais ambiciosa missão na exploração
planetária.
Christiaan Huygens (1629-1695) foi um cientista holandês a quem se atribui a proeza da
descoberta da maior lua de Saturno, Titã, em 1655. Jean-Dominique Cassini (1625-1712),
descobriu os satélites Jápeto, Reia, Tétis e Dione de Saturno. Em 1675 descobriu o que é
conhecido hoje como a “Divisão de Cassini”, uma estreita abertura que separa dois anéis de
Saturno. O verdadeiro nome da missão, Cassini-Huygens, pretendeu homenagear estes
astrónomos europeus que exploraram Saturno, os seus anéis e luas, no século dezassete.
Um esforço conjunto da ESA, da NASA e da ASI, criou a Cassini-Huygens, uma nave
espacial sofisticada enviada a 15 de Outubro de 1997, para estudar o sistema saturniano por
um período de quatro anos. As tecnologias básicas – propulsão por roquetes, a aterragem por
pára-quedas e a comunicação via rádio - foram todas pioneiras na Europa. A nave espacial
chegou a Saturno em Julho de 2004 e o módulo Huygens foi o primeiro objecto a aterrar num
corpo do Sistema Solar exterior, nomeadamente na superfície de Titã, a maior lua de Saturno,
a 14 de Janeiro de 2005. Os dados de Cassini e de Huygens são uma mais valia na procura da
origem da vida.
Figura 113: A viagem da Cassini-Huygens
Para conceber e executar a missão Huygens levou mais de 20 anos. Em 1982, dois cientistas
espaciais europeus propuseram formalmente à ESA, uma sonda para Titã. Seis anos mais
tarde, a cooperação NASA/ESA/ASI aprovou a missão Cassini- Huygens. Depois de um
trabalho intensivo das equipas de cientistas espaciais e engenheiros, a sonda Huygens foi
138
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
ESA – Uma Agência Espacial
concluída e unida à Cassini para ser lançada em 1997. A continuação da colaboração
transatlântica através de um longo voo para Saturno assegurou a entrega perfeita em Titã. A
grande antena de Cassini, contribuição da Agência Espacial Italiana, ASI, recebeu sinais de
Huygens e enviou-os para a Terra. O sucesso desta missão é, primeiro e acima de tudo,
atribuído à perseverança dos cientistas e às soluções engenhosas e altamente criativas
desenvolvidas pela indústria espacial na construção de um motor que tem empurrado a
exploração espacial para além das fronteiras humanas.
Figura 114: Visão artística da missão Cassini-Huygens
Equipas de cientistas, técnicos, indústria espacial e parceiros internacionais, todos se
empenharam na existência de um plano a longo prazo da ESA, para construir um projecto que
levou quase duas décadas a desenvolver, precedido de um longo esforço preparatório. Nada
disto teria sido possível se a ESA não tivesse tido um plano científico espacial de longo prazo.
2.2.1 Horizonte 2000 e Horizonte 2000 Plus
O plano Horizonte 2000, que projectou a missão Cassini-Huygens, foi preparado em 1984, e
os seus objectivos serão atingidos quando as missões astronómicas Herschel e Planck se
estabelecerem no espaço em 2007. Ao Horizonte 2000 seguiu-se o Horizonte 2000 Plus, em
1994-1995, o qual inclui missões altamente promissoras. O programa Cosmic Vision 20152025 é a continuação lógica para as próximas décadas dos ciclos científicos da ESA.
O estudo da nossa magnetosfera, a “bola magnética” que viaja com a nossa Terra e a protege
do vento solar emitido pela nossa estrela e do fluxo de raios cósmicos, é outra área sobre a
qual a ESA se irá debruçar. A ideia é fazer voar quatro naves espaciais complementares,
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
139
ESA – Uma Agência Espacial
permitindo pela primeira vez o estudo sincronizado em três dimensões de partículas e campos
da nossa magnetosfera.
Na investigação planetária, a missão europeia Mars Express, provavelmente a missão mais
barata alguma vez enviada para Marte, tem vindo a produzir valiosa informação científica.
Apesar da perda da Beagle-2, a missão vale pela emissão de imagens tridimensionais de alta
resolução e pela confirmação da descoberta de água e metano, tal como de pré-requisitos
químicos de possível actividade biótica.
O lançamento de uma missão semelhante para Vénus, a Vénus Express, que já se encontra em
órbita deste planeta, promete resultados igualmente valiosos, independentemente do facto
deste planeta já ter sido visitado por dezoito sondas soviéticas e três americanas, desde 1960.
Mais próximo do Sol está o planeta Mercúrio, o alvo para um dos principais projectos do
Horizonte 2000 Plus: BepiColombo. O nome da missão pretende reconhecer o trabalho do
cientista italiano Giuseppe Colombo ao calcular órbita a realizar pela Mariner 10, de maneira
que a sonda passasse três vezes nas proximidades de Mercúrio antes de deixar de funcionar. O
cientista também desenvolveu o método de gravidade assistida, isto é, aproveitando a posição
dos planetas Vénus e Mercúrio, foi possível beneficiar da gravidade de Vénus para acelerar a
sonda em direcção a Mercúrio.
O sucesso da ESA passa também pela relação de cooperação com a NASA. Por exemplo, o
Telescópio Espacial Hubble, ainda hoje operacional, já cumpriu 16 anos de descobertas
astronómicas e cosmológicas.
Imagem 115: Telescópio Espacial Hubble
140
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
ESA – Uma Agência Espacial
O Sol e a sua heliosfera têm sido explorados pela missão Ulysses e pelo Observatório Solar e
Heliosférico (SOHO). A 6 de Outubro de 1990, a sonda Ulysses, uma missão conjunta entre a
Europa e a NASA, foi enviada com o objectivo de estudar as regiões polares do Sol e ainda se
encontra operacional. Mas talvez o melhor exemplo de sempre de uma missão cooperativa de
sucesso entre a ESA e a NASA seja dado pelo Observatório Solar e Heliosférico (SOHO),
lançado em 1995, destinado a estudar a corona e a actividade solar desde o espaço, ainda
operacional depois de uma década em órbita. Graças ao SOHO, um grande número de
mistérios e questões sobre as estruturas interna e externa do nosso Sol têm sido respondidas.
Figura 116: Poster da missão SOHO-CLUSTER (© ESA/NASA)
Graças aos programas Horizonte 2000 e Horizonte 2000 Plus, ou seja, programas a longo
prazo para a ciência, há agora em órbita 15 naves espaciais científicas da ESA, nove das quais
estão directamente operacionais pela ESA, e muitos satélites em órbita por outros programas
da ESA.
2.2.2. Cosmic Vision 2015-2025
Trinta anos passaram desde que a ESA foi criada e mantém-se a tradição de uma consciência
inovadora e perspectivas a longo prazo dão forma ao programa científico da ESA.
Os projectos do Horizonte 2000, elaborado há 20 anos atrás, estão quase concluídos, enquanto
que o seu sucessor, Horizonte 2000 Plus, aprovado há 10 anos, revela grandes resultados com
os seus satélites e telescópios em órbita. Agora a ESA prepara-se para o novo desafio, a Visão
Cósmica – Cosmic Vision. A elaboração do novo programa espacial, Cosmic Vision, implica
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
141
ESA – Uma Agência Espacial
um grande trabalho de hoje para superar os desafios científicos, intelectuais e tecnológicos de
amanhã.
O processo de desenvolvimento do novo programa espacial da ESA a longo prazo começa
cerca de dez anos antes da sua implementação, de tal forma que em Abril de 2004 começaram
a ser aceites ideias a integrar o Cosmic Vision. A comunidade científica respondeu com mais
de 150 novas ideias que foram analisadas por grupos consultivos da ESA. As prioridades
científicas resultantes foram apresentadas e debatidas numa workshop em Paris, em Setembro
de 2004. As conclusões resultaram num novo programa apoiado pelo Comité Consultivo da
Ciência Espacial da ESA.
Figura 117: Cosmic Vision 2015-2025
O novo programa, Cosmic Vision 2015-2025, endereça quatro questões principais dando
prioridade na agenda de investigação europeia no que diz respeito ao Universo e ao nosso
local nele:
- Quais são as condições para a formação de um planeta e surgimento da vida?
- Como funciona o Sistema Solar?
- Quais são as leis físicas fundamentais do Universo?
- Como é que o Universo surgiu e de que é que é feito?
A primeira questão aborda o surgimento da vida não só no nosso Sistema Solar, como
também em exo-planetas a orbitar outras estrelas, enquanto que a segunda questão procura
compreender o Sistema Solar como um todo, desde o Sol até aos limites da sua influência, tal
como os mecanismos de formação dos gigantes gasosos e suas luas e o papel dos pequenos
corpos, tal como asteróides, no processo de formação planetária.
142
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
ESA – Uma Agência Espacial
Este documento remete para a apresentação das missões projectadas para dar resposta às duas
primeiras questões, nomeadamente à exploração dentro do Sistema Solar.
Figura 118: “Como funciona o Sistema Solar?”
Daqui a dez ou vinte anos, uma sucessão de novas naves espaciais mais inteligentes terão de
estar prontas para voar no programa contínuo de ciência da ESA, agora chamado Cosmic
Vision. Estas serão fundamentais na procura de respostas às grandes questões que são
colocadas no programa. Um planeamento a longo prazo já foi provado que valia a pena com o
Horizonte 2000 (1984) e Horizonte 2000 Plus (1994-1995). Eles capacitam as equipas
industriais, tecnológicas e científicas da Europa a enfrentarem com confiança os muitos anos
de trabalho duro que leva a conceber e a executar projectos espaciais de qualidade mundial.
A exploração dos planetas do Sistema Solar, bem como das suas luas, tal como a procura de
vida e material orgânico, podem ser conseguidos com sondas enviadas a Júpiter e Europa, tal
como com o envio de veículos de reconhecimento e missões de recolha de amostras a Marte e
aos asteróides. Para compreendermos o nosso Sistema Solar são necessárias missões para
exploração do plasma no espaço, tal com uma Solar Polar Orbiter, ou então uma Heliopause
Probe, cujo objectivo seria estudar a influência solar no meio interestelar.
Como é que uma missão é escolhida?
A ESA abre periodicamente concurso para novas propostas de missões espaciais. Neste acto
define a dimensão, os custos e a quantidade de missões requeridas, bem como os objectivos
científicos a atingir. As missões podem ser do tipo “Cornerstones”, que correspondem às
grandes missões, e do tipo “Flexi”, que são as missões de menor envergadura.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
143
ESA – Uma Agência Espacial
Os vários comités de peritos científicos da ESA incluem o Grupo de Trabalho da Astronomia
(AWG), o Grupo de Trabalho do Sistema Solar (SSWG), o Grupo de Trabalho da Física
Fundamental (FFWG), o Comité Consultivo da Ciência Espacial (SSAC) e o Comité de
Programas da Ciência (SPC). Também, os membros da equipa de funcionários de ESTEC
fazem uma análise preliminar da praticabilidade das missões. Desta fase, só três ou quatro
candidatos para cada missão passam à fase de avaliação.
Um cientista de estudos da ESA e um gerente de estudos são nomeados para analisarem cada
projecto e fazerem um estudo de praticabilidade, no prazo de um ano. É nesta fase que é
identificada toda a nova tecnologia que será necessário desenvolver. As conclusões destes
estudos são apresentadas aos comités científicos e aos outros cientistas da ESA, normalmente
em duas reuniões realizadas em sedes da ESA, em Paris. Aqui os comités fazem a escolha das
missões que devem prosseguir para a “Fase A”.
A “Fase A” envolve parceiros industriais e a apresentação do “esboço” do projecto da nave
espacial aos vários comités científicos. Daqui sairá a decisão final relativamente à selecção do
projecto para cada uma das missões.
Figura 119: Como é que uma missão é escolhida?
Este longo processo pode, por vezes, ser encurtado, como no caso da missão Mars Express ou
Venus Express, uma vez que foi possível reutilizar equipamento de voo de missões anteriores.
144
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
ESA – Uma Agência Espacial
Por outro lado, estes objectivos precisam de uma base financeira para serem atingidos e
muitas das fantásticas missões descritas acima foram decididas antes do Nível de Recursos do
Programa da Ciência começar a diminuir. Para além do custo das missões, há que considerar
as exigências técnicas e o recrutamento de parceiros internacionais para dividir a despesa, o
que levou ao cancelamento de algumas missões.
O primeiro cancelamento de uma missão científica da ESA aprovada foi o Eddington. Este
pretendia seguir o sucesso da SOHO no estudo do interior do Sol através das variações
rítmicas do brilho e usar os mesmos métodos sísmicos para outras estrelas. E, se não tivesse
sido cancelada, a Eddington teria verificado meio milhão de estrelas para determinar a
possível presença de planetas do tamanho da Terra através do seu trânsito em frente às
respectivas estrelas. Também foi eliminada a sonda Europe’s Mercury Lander que pretendia
voar na BepiColombo.
É ainda de referir que a data exacta de quando uma missão poderá ser lançada irá depender do
Nível de Financiamento do Programa Científico, mas também, em parte, das colaborações
internacionais que possam ser arranjadas.
Em qualquer caso, alguma flexibilidade deve ser mantida no programa da ciência espacial
para permitir oportunidades imprevistas, ou dificuldades, quer na ciência quer na tecnologia.
A prontidão da tecnologia será um factor na selecção e sequência de eventuais missões.
A Direcção Científica da ESA irá procurar a colaboração internacional com as agências
espaciais não europeias, incluindo a NASA, o que será fundamental na implementação do
programa Cosmic Vision. Dentro da Europa, interacções com programas espaciais nacionais,
também com Observatório Europeu do Sul (ESO) e a Organização Europeia para a
Investigação Nuclear (CERN) serão exploradas. Dentro da própria ESA, uma forte
coordenação com o Programa de Observação Terrestre, o Programa de Exploração Aurora e
outros programas, será uma mais valia para as actividades científicas e tecnológicas propostas
no Cosmic Vision.
Acima de tudo, o programa Cosmic Vision 2015-2025 trará muitos benefícios, educacionais,
industriais e culturais, pois consiste num ambicioso programa espacial, para o qual muitos
cientistas contribuíram com as suas melhores ideias e experiências.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
145
ESA – Uma Agência Espacial
146
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Capítulo 3:
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
“devemos reconhecer que tais combinações de outros átomos, produzem-se noutro lugar do
Universo e formam mundos como este ... com raças humanas diferentes e animais distintos”
Poeta e filósofo romano Lucrécio, século I a.C.
Não há provas concludentes da existência de vida por estas bandas cósmicas. Ainda assim, as
sondas espaciais proporcionaram algumas descobertas sugestivas. As imagens enviadas pela
sonda da NASA, Mars Global Surveyor, em 2000, mostram sulcos na superfície de Marte,
formados por correntes de água, assim como, depósitos de areia e rochas transportadas por
elas. Crê-se que estes sulcos se devam a acumulações de águas subterrâneas. Se a vida chegou
a existir em Marte estas zonas húmidas representam os primeiros lugares onde deveríamos
procurá-la. Talvez exista um mundo aquoso similar debaixo da crosta de gelo que cobre o
satélite de Júpiter, Europa. (...)
Há ocasiões em que os indícios de vida extraterrestre se encontram mais à mão. Em 1996
procedeu-se ao estudo de um meteorito marciano que caiu na Antártida há 13 000 anos e
descobriu-se o que pareciam ser bactérias fossilizadas procedentes da antiga superfície do
planeta vermelho. No entanto nem todo o mundo ficou convencido. Análises posteriores
efectuadas por outras equipas de cientistas, sugerem que as estruturas tubulares podem deverse a restos de compostos orgânicos depositados na rocha enquanto esteve nas planícies
geladas da Antártida. O debate continua.
Texto retirado de Astronomia – O Guia Essencial
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
147
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
3.1. Quais as condições para a formação de um planeta e surgimento da
vida?
Como se formam as estrelas e as galáxias? Quais as condições para a origem da vida? São
estas questões que fascinam a Humanidade, mas de todas as interrogações que nos cativam
talvez as mais intrigantes sejam: “Será que a vida existe noutros mundos ou estaremos
sozinhos no Universo? E, se assim for, em que formas, em que tipo de planetas e a orbitarem
que tipo de estrelas?”
Para já resta-nos admitir que nunca tivemos qualquer sinal da existência de vida algures,
excepto na Terra.
As formas de vida noutros planetas não têm necessariamente de ser idênticas às nossas, mas
provavelmente serão feitas dos mesmos ingredientes – afinal não existe qualquer semelhança
entre a aparência do Homem, do golfinho ou de um insecto.
Em 1995, dois astrónomos suíços, Michel Mayor e Didier Queloz, detectaram um planeta a
orbitar a estrela 51 Pegasi, a 54 anos-luz de distância. A massa do planeta observado
corresponde a pouco mais de metade da massa de Júpiter, logo é claramente um gigante
gasoso. Verificou-se ainda que o planeta se encontra muito próximo da estrela e que o seu
período é de apenas 4,2 dias. Desde então muitos outros exo-planetas foram descobertos e
hoje o seu número já excede os 160.
Três planetas, todos gigantes gasosos, foram encontrados a orbitar a estrela Upsilon
Andromedae, duas vezes mais luminosa do que o Sol, a 44 anos-luz de distância, embora o
planeta mais interno, aproximadamente a 9 milhões de quilómetros da estrela, seja menos
massivo do que Júpiter. Desta forma comprovou-se a existência de sistemas de multi-planetas.
É agora claro que sistemas planetários são muito comuns na galáxia. Por outro lado, qualquer
planeta emite/reflecte uma muito pequena quantidade de energia quando comparado com uma
estrela normal, logo é muito difícil conseguir observar directamente um exo-planeta. No
entanto, existem outras formas de detectar estes planetas. Técnicas actuais, baseadas
principalmente na medição do movimento periódico que uma estrela apresenta se tiver um
planeta em órbita, permitem apenas descobrir planetas com bastante mais massa do que a que
148
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
compõe a Terra. Mundos parecidos com a Terra são demasiado pequenos e pouco massivos,
estando fora do alcance dos instrumentos ao dispor dos astrofísicos. Mas outras técnicas
podem ser usadas. Quando um planeta passa em frente de uma estrela poderá causar uma
pequena diminuição no brilho aparente da estrela.
Se a missão não tivesse sido cancelada, em 2008, a ESA lançaria o Eddington, um satélite que
revolucionaria o estudo e a procura de outros sistemas solares. Este satélite seria equipado
com um sensor que permitiria medir a variação no brilho de centenas de milhares de estrelas.
Os instrumentos do Eddington seriam de tal forma sensíveis que iriam permitir aos
astrofísicos detectar planetas do tamanho de Marte. Deste modo poderíamos descobrir
dezenas de “luas” em torno dos exo-planetas, supondo que, à semelhança do que acontece no
Sistema Solar, planetas gigantes, tais como os agora descobertos em torno de outras estrelas,
possuem também os seus próprios satélites.
Nós estamos agora num momento único da história da Humanidade. Pela primeira vez
procuramos uma resposta rigorosa e quantitativa a duas questões fundamentais:
-Haverá outras formas de vida no Sistema Solar e terão elas uma origem independente
daquelas que se desenvolveram na Terra?
-Haverá outros planetas, semelhantes à nossa Terra, a orbitar outras estrelas e poderão eles ter
vida?
Para podermos ser mais específicos enunciamos as seguintes questões:
-Quais são as condições para a formação de estrelas e onde é que elas se formam?
-Como é que elas se desenvolvem em função do seu ambiente interestelar?
-As estrelas que estes planetas orbitam têm características especiais?
-Quais são as condições para os planetas se formarem à volta das estrelas?
-Quais são os diferentes tipos de planetas a orbitar estrelas? Qual é a sua massa? Há planetas
parecidos com os do Sistema Solar?
-Que planetas são rodeados por atmosfera? Quais as características dessas atmosferas?
-Quais são as condições para a vida (de qualquer forma) surgir nesses planetas?
-Para a vida sobreviver e evoluir, quais são as condições ambientais - geológicas,
hidrológicas, atmosféricas e climatéricas, e o magnetismo estelar e radiação ambiente
necessários?
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
149
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Para podermos compreender a sucessão de fenómenos que levaram ao surgimento e evolução
da vida na Terra é fundamental descobrirmos planetas semelhantes à nossa Terra. Desta forma
precisamos de conhecer como, onde e quando se formam as estrelas a partir das nuvens de
gases e poeiras e como, onde e quando os planetas emergem deste processo. Este é um dos
objectivos e desafios científicos mais importantes que a ESA propôs a si própria. No entanto,
relativamente a esta questão fico-me pela introdução. Ao longo deste capítulo limitar-me-ei a
“explorar” o Sistema Solar e a procurar nele as origens da vida.
3.1.1. A Vida e a Habitabilidade no Sistema Solar
A procura da origem da vida no Sistema Solar deve começar com a compreensão do que torna
um planeta habitável e como as condições de habitabilidade se alteram com o tempo, ou seja,
como mudam com o tempo. Por exemplo, actualmente as condições ambientais na Terra são
muito diferentes das existentes na altura em que a vida surgiu neste planeta. O início da Terra,
com a sua atmosfera livre de oxigénio, alta radiação ultravioleta, altas temperaturas e águas
ácidas não podiam suportar a evolução de formas de vida tão familiares para nós.
As condições básicas para o surgimento e evolução da vida, como a conhecemos agora,
passam pela existência de água líquida, uma fonte de carbono, uma fonte de energia e uma
fonte de nutrientes incluindo nitrogénio (N), fósforo (P), enxofre (S), magnésio (Mg), potássio
(K), cálcio (Ca), sódio (Na) e ferro (Fe).
Para a vida sobreviver, os nutrientes necessários têm de ser renovados e este processo pode
ser feito pelos processos geológicos activos, tais como reciclagem da crosta através de alguma
forma de actividade tectónica.
Para a vida evoluir, no entanto, as condições ambientais num planeta precisam de evoluir
também. Na Terra, o fenómeno da evolução do habitat está relacionado com processos de
evolução geológica e da interacção dos processos da vida com o planeta, liderando mais o
aparecimento de oxigénio livre e uma camada de ozono protectora na atmosfera.
Para compreendermos o aparecimento da vida no planeta Terra precisávamos de conhecer as
suas condições iniciais, no entanto, as placas tectónicas eliminaram completamente os
150
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
primeiros 500 milhões de anos de história e alteraram severamente os 500 milhões de anos
seguintes.
Figura 120: Terra, à esquerda, e Marte, à direita
Exploração de Marte
Esta falha no nosso conhecimento pode ser preenchida pelo estudo de outros planetas que não
desenvolveram placas tectónicas e ainda têm uma imagem das primeiras condições
ambientais. Marte é o objectivo ideal. Embora as condições actuais da superfície do planeta
não sejam conclusivas acerca da sobrevivência da vida, Marte tem uma história inicial
semelhante à do início da Terra, tal como condições que serviram para o surgimento da vida.
Uma questão também muito importante é:
- Como é que a continuidade da evolução do planeta afectou o meio ambiente habitável e o
que é que aconteceu ao planeta Marte para tornar a sua superfície aparentemente inabitável
actualmente?
Uma missão espacial a Marte pode ajudar a responder às seguintes questões básicas
respeitantes à habitabilidade do Sistema Solar:
- Durante o período inicial na história dos planetas terrestres, quais eram as condições quando
a vida apareceu, pelo menos na Terra?
- A evolução geológica em Marte afectou o ambiente habitável?
- O que é que aconteceu ao planeta para tornar a sua superfície inabitável actualmente?
E finalmente,
- Houve, ou ainda há, vida em Marte?
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
151
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Tendo em conta estas questões (e outras que poderão eventualmente surgir), torna-se
importante o desenvolvimento de missões espaciais cujos objectivos passem por investigar a
estrutura, a geoquímica e a mineralogia das rochas em várias localizações geológicas em
Marte. Desta forma os nossos conhecimentos acerca das origens e história geológica do
planeta vermelho podem aumentar consideravelmente.
Mars Express
A Mars Express encontra-se a mapear a superfície marciana e a monitorizar o seu sistema
climático, com novos instrumentos que tem providenciado grandes descobertas, revelando
recente vulcanismo, glaciares, reservatórios de gelo de água e permitindo também a
identificação de minerais que se evaporam e que se formaram na presença de água líquida.
Além disso, foram detectados traços de metano na atmosfera.
Novas características de Marte estão a ser reveladas, através das imagens a 3D com elevada
resolução, providenciadas pela câmara High Resolution Stereo Camera (HRSC) e também a
determinação da composição mineral através do estudo da luz visível e infravermelha
reflectida na superfície do planeta, com o espectómetro OMEGA Visible and Infrared
Mineralogical Mapping Spectrometer.
Por outro lado, é fundamental a recolha de dados que nos permitam obter informação sobre os
mecanismos que controlaram a evolução do ambiente marciano e a história da água em Marte.
É essencial que perguntas como, por exemplo, se as rochas se terão formado num ambiente de
água líquida, possam ser respondidas. Para que estes objectivos sejam atingidos é
fundamental que a missão espacial se faça acompanhar de um mini-laboratório integrado que
levará a cabo ensaios in situ e também procurará encontrar evidências da extinção da vida
neste planeta.
Há ainda que considerar a necessidade de equipar a missão com um instrumento de
perfuração e recolha de amostras, para que investigações geofísicas da profundidade e da
152
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
estrutura da crosta do planeta sejam feitas. Estes dados são necessários para compreender o
seu estado presente e a sua actividade. Investigar em condições específicas, nomeadamente
em terreno duro e alto e à sub-superfície, será essencial para identificar muitos ambientes
geológicos diferentes.
Há também que efectuar medidas das condições climáticas para traçar a evolução e as
condições do habitat em tempos remotos.
Figura 121: Meteorito ALH84001
Conclui-se que os objectivos enunciados pedem uma missão equipada com módulos de
reconhecimento, o que implica o desenvolvimento de novas tecnologias para estes aparelhos.
A sonda orbital será usada para transmitir as informações para a Terra e permitir, à distância,
melhorar o nosso conhecimento acerca do planeta, da sua atmosfera, do clima e do seu
ambiente magnético-plasma. A monitorização do ambiente é necessária para compreender a
condição actual do sistema e também para preparar as missões futuras.
Finalmente, um objectivo de grande prioridade, que deverá ser conseguido entre 2015 e 2025,
é o projecto Mars Sample Return – missão de retorno de amostras de Marte - que consiste na
recolha de amostras de locais seleccionados em Marte, já estudados por outros módulos de
reconhecimento. Enquanto medidas in situ em localizações múltiplas vão providenciar
informação valorizável, há algumas investigações que exigem análises em laboratórios
terrestres, incluindo medidas isotópicas, identificação microfóssil e datação.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
153
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Cosmic Vision 2015/2025 - Missões Futuras:
Mars Sample Return, incluída no Programa Aurora
O Programa Aurora
O Programa Aurora resulta da estratégia da
Europa
para
alargamento
dos
seus
horizontes no estudo do espaço. Este
ambicioso programa foi concebido pela
União Europeia e pela ESA, em 2001. Os
objectivos do Programa Aurora remetem
para a exploração do Sistema Solar, para o
desenvolvimento da indústria tecnológica
e,
essencialmente,
para
uma
maior
motivação da Europa na procura de
resposta
às
grandes
questões
da
Humanidade: “Quem somos?”; “De onde
Figura 122: Visão artística do Programa Aurora
vimos?”; “Para onde vamos?”.
O Programa Aurora é um desafio que visa criar e executar um programa espacial europeu, a
longo prazo, de exploração robótica e humana no Sistema Solar. Os alvos principais deste
programa serão Marte, a Lua e os asteróides. Por outro lado, o Programa Aurora também tem
por objectivo a procura de vida noutros planetas. As missões futuras estarão equipadas com
sofisticados instrumentos capazes de investigar a existência de vida em outros planetas do
Sistema Solar.
Figura 123: Programa de Exploração Aurora
154
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
A ambição da descoberta, da exploração de novos mundos favorece a criação de tecnologia
capaz de promover essa mesma exploração. É um ciclo virtuoso! Aquando da elaboração do
Programa Aurora, a ESA abriu concurso a novas propostas de projectos de exploração
espacial. Em 2001, as comunidades científica e industrial responderam com mais de 300
novas ideias. Em 2002, a necessidade de projectos tecnológicos de implementação dos
programas de exploração espacial, levou a ESA a abrir novo concurso. Todas as propostas
foram apresentadas com um estudo da praticabilidade da missão, do tempo necessário para o
desenvolvimento da tecnologia e dos custos envolvidos. Entre os projectos recebidos está uma
missão a Plutão, fazendo escala na Lua, onde a Terra construirá uma base de lançamento. Por
altura de 2025 também se prevê uma missão humana internacional a Marte. Também neste
caso a Lua será ponto de passagem antes da longa viagem para Marte.
Figura 124: Visão artística da base lunar Aurora
Nos 20 anos que se seguem, as missões não tripuladas serão fundamentais na preparação das
missões humanas, colectando tanta informação quanto possível de forma a percebermos quais
as condições necessárias, ou seja, novas tecnologias, para colocar cientistas in situ e voltar a
trazê-los ao planeta Terra, em segurança.
As novas tecnologias serão igualmente fundamentais na procura de vida em Marte, ou noutros
planetas, ou luas. Estas missões transportarão instrumentos, tipo mini-laboratórios de exobiológia, e através das análises feitas in situ, poderão ser capazes de responder às grandes
questões: “Existe, ou alguma vez existiu, vida em algum dos corpos do Sistema Solar, à
excepção da Terra?”. À semelhança do que já vem a ser feito por outras missões, destas
espera-se também o retorno de amostras, a fim de serem estudadas em laboratórios na Terra.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
155
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Por outro lado, uma missão tripulada a Marte envolve quer a adaptação da tecnologia
desenvolvida, quer a inovação tecnológica, pois numa missão deste género há que considerar
novas necessidades adaptadas à presença humana. Em primeira instância há que criar sistemas
capazes de suportar a vida e permitir aos astronautas viver em ambientes tão hostis como o
espaço. Por outro lado, também serão necessários sistemas de propulsão que permitam
encurtar o tempo de viagem, assim como sistemas de navegação de precisão e aterragem,
entre outros.
Embora o Aurora seja um programa da ESA e promova a indústria europeia, muitas missões
envolverão a cooperação internacional. Por exemplo, o Canadá, que tem um acordo de
cooperação com a ESA, já se encontra a participar no programa Aurora.
O Programa de Exploração Aurora é um programa multi-disciplinar, uma vez que envolve
uma grande variedade de campos da ciência, da tecnologia e do espaço, e também um dos
maiores desafios da Europa, onde se encontram a trabalhar grandes mentes da actualidade.
Porquê Marte?
A recente descoberta de água em Marte
poucos metros. A experiência conseguida
levantou a polémica acerca da provável
com as estadias de alguns astronautas nas
existência de vida, talvez extinta, em
estações espaciais, ou até em treinos
Marte. Por outro lado, apesar de Marte ser
levados a cabo na Terra, serão de extrema
o segundo planeta mais próximo da Terra,
importância no estudo da forma de superar
ainda se encontra à distância de meia
tais obstáculos.
unidade astronómica, o que implica uma
viagem de longa duração, com todas as
implicações que isso possa trazer. Nunca o
Homem
se
aventurou
numa
missão
espacial tripulada a tão grandes distâncias,
pois a Lua encontra-se a uns meros 400
000 quilómetros. Com a tecnologia actual,
uma viagem a Marte, de ida e volta, levaria
cerca de dois anos. Por outro lado, há que
ter em conta o stress e a pressão
Figura 125: Há água em Marte!
psicológica da tripulação, ao viver, por
longos períodos de tempo, confinados a
156
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Embora o objectivo final seja uma missão humana a Marte, antes que tal seja posto em
prática, muito trabalho de exploração e recolha de dados terá de ser feito. Um veículo de
retorno também terá de ser testado e várias missões suficientemente sofisticadas terão de
mostrar provas de que estão capacitadas para sustentar vida humana e de que a sua tecnologia
está apta a apoiar o trabalho de exploração humana.
ExoMars
A ExoMars será a primeira missão do Programa Aurora, cujo objectivo é caracterizar o
ambiente biológico de Marte. Os dados recolhidos fornecerão uma base mais alargada de
conhecimentos de exo-biologia, os quais nos permitirão avançar na procura de vida noutros
planetas. Esta missão tem também em vista a preparação para missões robóticas e humanas
futuras.
Figura 126: Visão artística da sonda orbital ExoMars
No que respeita à tecnologia, a ExoMars irá envolver uma sonda orbital em torno de Marte,
um módulo de descida e um veículo de reconhecimento de Marte. Este será incorporado no
módulo de descida, o qual será transportado pela sonda orbital até Marte. Na aterragem será
usado um sistema de travagem insuflável e um sistema de pára-quedas. Ambos os sistemas
são suficientemente robustos para sobreviver à entrada na atmosfera e permitir a exactidão no
processo de aterragem. Depois o módulo de descida abandonará o veículo de reconhecimento
à superfície do planeta vermelho. As informações serão então transmitidas para a sonda
orbital, que se manterá em órbita do planeta, e deste para a Terra.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
157
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Figura 127: Visão artística do módulo de descida da ExoMars
A vida do veículo de reconhecimento em Marte será alimentada pela energia solar captada
através de painéis solares. Este aparelho viajará pela superfície de Marte transportando
consigo um mini-laboratório de exo-biologia, de aproximadamente 40 quilogramas, um
sistema relativamente leve de perfuração da superfície e um conjunto de instrumentos
científicos capazes de detectar sinais de vida.
Figura 128: Visão artística do ExoMars rover a perfurar a superfície de Marte
Os objectivos da missão ExoMars trarão consigo um grande desenvolvimento tecnológico
empreendido pela indústria espacial europeia, mas também pela indústria dos países membros
da parceria, nomeadamente o Canadá. A fim de ser bem sucedida, a ExoMars requererá um
grande desenvolvimento dos sistemas de aterragem e de travagem insuflável, navegação,
autonomia, de fonte de energia e dos veículos de reconhecimento.
158
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Mars Sample Return – Missão de retorno de amostras de Marte
A missão Mars Sample Return consiste num projecto cujo principal objectivo recai sobre a
recolha de amostras da superfície marciana, fazendo-as depois chegar à Terra para poderem
ser analisadas em laboratórios especializados e devidamente equipados com instrumentos de
análise criteriosa. As amostras serão transportadas em condições de isolamento extremo a fim
de se evitar a contaminação.
A Mars Sample Return é uma missão muito ambiciosa, pois implica o desenvolvimento de
muita e alta tecnologia. Para esta missão são necessários uma nave de transferência
Terra/Marte, uma sonda orbital de Marte, um módulo de descida, um módulo de ascensão e
um veículo de reentrada na atmosfera terrestre.
Quando a sonda orbital se encontrar em órbita de Marte e a “baixa” altitude, o módulo de
descida à superfície do planeta atracará e a plataforma de aterragem servirá como colector de
amostras e também como veículo de ascensão, o qual permitirá o regresso à Terra. Depois das
amostras recolhidas e guardadas no veículo de ascensão, este abandonará o planeta e partirá
ao encontro da nave de reentrada na atmosfera terrestre.
Figura 129: Visão artística do Mars Sample Return Orbiter
À semelhança da ExoMars, para esta missão também deverá ser desenvolvido um dispositivo
de travagem insuflável para ser usado na descida à superfície de Marte. Para a reentrada na
atmosfera da Terra serão necessários um sistema de pára-quedas e um sistema insuflável.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
159
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Figura 130: Visão artística da entrada, descida e aterragem na superfície de Marte da missão Mars Sample
Return
O desenvolvimento e o projecto final da missão estão dependentes de alguns factores muito
importantes. Em primeira instância é necessário um conhecimento mais aprofundado das
características geológicas e ambientais de Marte para que se possa decidir acerca do melhor
sítio para a aterragem da nave. Em segundo lugar, será necessário desenvolver uma broca para
perfurar o solo marciano a fim de se recolherem amostras a alguma profundidade. Ao
contrário da atmosfera da Terra, a atmosfera de Marte não filtra a radiação, pois é muito
pouco densa. Assim a camada superficial de Marte deverá ser completamente estéril e daí a
necessidade de recolhermos as amostras a alguma profundidade.
Por outro lado, relativamente à protecção das amostras há que considerar que não só devemos
pensar em evitar a contaminação das amostras de Marte por organismos da Terra, mas
também é necessário evitar a contaminação da Terra por possíveis organismos de Marte.
160
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Objectivos do Programa Aurora
Figura 131: Os primeiros passos à Lua, a Marte e além deles
As missões que acabei de descrever, ExoMars e Mars Sample Return, constituem os pilares
do Programa Aurora, na medida que através delas se irão procurar atingir os objectivos do
Aurora. Com estas missões terá também início o desenvolvimento tecnológico específico
inerente a este programa, tal como a preparação científica.
O Programa Aurora desenvolver-se-á, a longo prazo, em duas fases principais. A primeira
fase decorrerá entre 2005 e 2015 e consistirá no desenvolvimento de conhecimentos e
tecnologia para a implementação de uma missão humana à Lua e a Marte, ou seja, esta
primeira fase determinará a viabilidade de se prosseguir com tais missões.
A primeira fase será seguida por uma segunda fase a ocorrer entre 2015 e 2030, onde a
verificação e implementação dos esforços europeus, tal como a colaboração internacional,
serão desejados.
Os objectivos principais do Programa Aurora são duas missões com retorno de amostras a
Marte, a realizar entre 2011 e 2017, a decisão de avançar com uma missão humana a Marte, a
tomar em 2015, uma missão robótica a Marte e uma missão humana à Lua, a implementar
entre 2020 e 2025, e, por último, uma missão humana a Marte, entre 2025 e 2030.
Estas missões foram seleccionadas pelo Comité Consultivo do Programa de Exploração
(EPAC) entre um elevado número de propostas recebidas de toda a Europa e Canadá, em
2001. O EPAC é constituído por conselheiros científicos e técnicos independentes do
Director-Geral da ESA.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
161
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Exploração do Satélite Europa
A procura das origens da vida no Sistema Solar não se resume apenas ao planeta Marte. Por
outro lado, a lua de Júpiter, Europa, revelou, devido às suas características, a probabilidade da
existência de vida num possível oceano de água líquida existente por baixo de uma grande
camada de gelo.
Aquando da visita da missão Galileu, os resultados conseguidos foram de tal forma
surpreendentes, que levaram a NASA a decidir pelo prolongamento da missão Galileu por um
período de mais dois anos com vista a um melhor e maior mapeamento da superfície de
Europa.
As imagens de Europa revelam-se muito semelhantes a superfícies geladas do nosso planeta e
mostraram uma superfície lisa que não apresenta desníveis para além de algumas centenas de
metros, coberta de gelo de água. As crateras são quase inexistentes e apenas três têm mais de
5 quilómetros de diâmetro. As fotografias mostram objectos que parecem enormes icebergs.
Para além disto também se podem ver fracturas na superfície do gelo muito semelhantes às
que se observam no degelo da Antártida com a chegada da Primavera. Pelos motivos
apresentados, Europa é uma grande prioridade na procura de vida no Sistema Solar.
Figura 132: Ampliação da imagem de Europa onde se observam as fracturas na superfície de gelo
É importante determinar a estrutura interna de Europa e especialmente as suas fontes internas
de calor, embora se pense que a fonte de calor que mantém o oceano no estado líquido está
associada à interacção gravitacional com Júpiter, Io e Ganimedes.
162
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
As análises da composição do oceano e da crosta gelada são de uma grande importância para
podermos determinar o tipo de nutrientes presentes.
O plasma e a radiação à volta de Júpiter, tal como a sua interacção com Europa irão também
providenciar informação importante acerca da sobrevivência de qualquer forma de vida ao
longo da história desta lua.
Estes objectivos da ciência poderão ser conseguidos por um Europa orbiter and/or lander.
Apesar de muito desejado, uma nave europeia poderá não ser tecnologicamente possível entre
2015-2025.
Figura 133: Visão artística da missão Europa orbiter and/or lander
Cosmic Vision 2015/2025 - Missões Futuras:
Europa orbiter and/or lander , incluída no Programa de Exploração de Júpiter
O Sistema Joviano é frequentemente comparado a um mini-sistema solar. Júpiter é o maior
planeta do Sistema Solar, um gigante gasoso que “aspirou” a estrela. Na realidade, Júpiter é
mais parecido com o Sol do que com a Terra, pois é essencialmente formado por hidrogénio,
constituindo cerca de 75% da sua massa, e hélio, na proporção de cerca de 25%, podendo
ainda encontrar-se metano, água, amónia e outros compostos de elementos mais pesados. Se
Júpiter tivesse algumas vezes mais massa do que a que tem seria eventualmente uma estrela.
A título de comparação, a massa deste planeta é 318 vezes maior do que a da Terra e constitui
1/1050 da massa do Sol. Em torno de Júpiter orbitam 63 satélites conhecidos, sendo quatro
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
163
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
deles conhecidos por galileanos, pois foram pela primeira vez observados por Galileu Galilei,
em 1610. Io, Europa, Ganimedes e Calisto são os satélites galileanos e também os maiores de
Júpiter.
Figura 134: Sistema Joviano
O Sistema Joviano é um dos alvos principais do programa espacial “Cosmic Vision 20152025” e a sua lua Europa, pelos motivos já apresentados, que se prendem com probabilidade
da existência de vida num possível oceano de água líquida existente por baixo de uma grande
camada de gelo que cobre a superfície desta lua.
Figura 135: Visão global de Europa
164
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Figura 136: Esquema da NASA, Agosto de 2000
Uma missão a este satélite teria o objectivo primordial de perfurar a camada superficial de
gelo, e “mergulhar” no gelado oceano de Europa. Um robot exploraria este oceano tanto
quanto possível na expectativa de encontrar indícios de vida. O robot consistiria num sistema
móvel que pode ser utilizado no contexto da exploração planetária. Estes robots movimentarse-iam dentro de água. Na Terra encontram-se vários exemplos da utilização destes veículos,
nomeadamente em trabalhos aquáticos de engenharia, na exploração e fins militares. Na
exploração do Sistema Solar, o uso de um robot deste tipo só foi, até hoje, solicitado para uma
missão a Europa. Neste caso, o ideal, seria um aparelho que fosse capaz de perfurar a camada
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
165
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
de gelo que cobre a superfície de Europa, que se pensa ter alguns quilómetros de espessura, e
ao mesmo tempo ser capaz de se deslocar nas águas do oceano submerso.
Figura 137: Visão artística do Europa Lander
Figura 138: Visão artística do Submarine Rover
O Grupo de Automatização e Robótica da ESA é responsável pela criação e manutenção da
base da indústria tecnológica para a automatização e controlo remoto das operações espaciais.
No entanto, no que concerne ao robot necessário à missão Europa Orbiter and/or Landers, o
Grupo de Automatização e Robótica da ESA ainda não revelou qualquer esforço no
desenvolvimento deste tipo de robots. Por outro lado, a forte radiação a que Europa está
sujeita, implica o desenvolvimento de tecnologia de modo a que a nave seja suficientemente
robusta. Desta forma, é provável que uma nave europeia possa não estar tecnologicamente
pronta a tempo de voar entre 2015-2025.
A missão Europa Orbiter and/or Landers é uma missão muito ambiciosa e, por esse motivo,
é importante referir o impacto científico que poderá advir desta investigação. Muitos são os
objectivos que se prendem com a missão Europa Orbiter and/or Landers, entre eles:
166
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
•
Estudo das características da água líquida em Europa e da potencial actividade
biológica;
•
Caracterização de Europa como objecto planetário, tal como Calisto e Ganimedes, em
termos da sua estrutura e evolução interna, fontes de energia, oceano interior e estado
da superfície.
A missão Europa Orbiter and/or Landers, quando for empreendida, seguirá o sucesso
conseguido pela Cassini-Huygens. A exploração de Europa e a possibilidade da existência de
vida num astro tão afastado do Sol é um estudo interessante.
No tema 3.2., “Como funciona o Sistema Solar?”, voltarei a referir esta missão no âmbito do
Programa de Exploração de Júpiter, onde abordarei novos objectivos previstos para a missão a
Europa.
Exploração das zonas polares do Sol
Por outro lado, o facto do satélite natural Europa estar continuamente sujeito a uma forte
radiação torna a vida praticamente impossível à sua superfície. Mas daqui também resulta um
importante aspecto a ser estudado: a interacção entre o Sol e o seu sistema planetário.
No que concerne à relação entre o Sol e a Terra, pode-se dizer que a habitabilidade neste
planeta é mantida pelo Sol que ilumina o planeta constantemente. Também o vento solar, que
se expande desde a corona solar através da heliosfera, arrastando consigo turbulentos campos
magnéticos, protege a Terra reduzindo o fluxo de raios cósmicos.
Assim, para caracterizar completamente as condições necessárias para a sobrevivência e
evolução da vida, nós devemos compreender o sistema magnético solar, a sua variabilidade,
as erupções solares e as interacções entre a heliosfera, as magnetosferas e atmosferas dos
planetas.
O nosso conhecimento acerca da estrutura do campo magnético do Sol poderá ser conseguido
com a missão Solar Polar Orbiter, especialmente se for efectuada a observação por cima dos
pólos, pois são zonas dificilmente observadas a partir da Terra.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
167
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Figura 139: Solar Polar Orbiter
3.2. Como funciona o Sistema Solar?
A procura das origens da vida deve começar no nosso próprio Sistema Solar. Compreender o
comportamento do Sol, como é que os planetas se conseguem proteger do campo magnético e
plasma solares, porque é que os planetas do Sistema Solar são tão diferentes uns dos outros e
como é que os pequenos corpos, tais como cometas e asteróides, nos irão revelar as nossas
origens, são alguns dos pontos sobre os quais assentam as questões propostas nestes tema.
As circunstâncias que tornam um planeta habitável são desconhecidas, mas devem depender
da actividade magnética da estrela vizinha, do comportamento do ambiente espacial em torno
dos planetas, do material que os planetas inicialmente agregaram, e mais ainda.
A exploração do Sistema Solar também acompanha muitas outras questões científicas de
fundamental importância, para além das origens da vida:
•
Porque é que o Sol e as outras estrelas geram campos magnéticos?
•
Porque é que estes campos resultam de uma corona a elevada temperatura e do vento
solar (ou estelar)?
•
Como é que as atmosferas planetárias e magnetosferas respondem à interacção com o
vento solar?
168
•
Porque é que os planetas e as luas têm tanta variedade de atmosferas e superfícies?
•
O que determina a presença de água nos planetas, agora ou no passado?
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
•
De que é que são feitos os cometas e asteróides e o que a sua constituição nos diz
sobre as origens do Sistema Solar?
Os cientistas europeus e a ESA têm tido um papel determinante na exploração do nosso
Sistema Solar nos últimos 40 anos, considerando estas e outras questões.
3.2.1. Do Sol ao Limite do Sistema Solar
Exploração do Sol e da Heliosfera
O Sol é “dono e senhor” do Sistema Solar. O nosso astro, através da sua radiação providencia
meios para sustentar a vida, pelo menos no nosso planeta, mas as manifestações da actividade
solar, que se devem ao campo magnético solar, contínuas e ocasionalmente violentas
oferecem meios para destruir essa mesma vida. São, por isso, importantes áreas a estudar, o
campo magnético do Sol e a interacção do vento solar com os ambientes planetários.
Figura 140: Actividade Solar - os filamentos escuros são proeminências
O campo magnético variável do Sol é directamente responsável pela alteração na emissão de
radiação solar ultravioleta e raios-X e está também relacionado com os ciclos solares e
possível influência nas variações climáticas. É responsável pela actividade solar, que ejecta o
plasma no espaço e que é depois transportado pelo vento solar, levando-o a interagir com os
ambientes planetários. O campo magnético solar está continuamente a ser gerado e a destruirse em intervalos de tempo que vão desde as fracções de segundo até décadas e os seus efeitos
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
169
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
preenchem a heliosfera, um espaço cujo volume se estende até pelo menos 10 mil milhões de
quilómetros do Sol.
Figura 141: Diagrama da Heliosfera no Sistema Solar
O campo magnético solar foi descoberto em 1952, no entanto ainda não existe um modelo
satisfatório que explique a estrutura global do campo magnético na superfície visível do Sol e
a sua determinação irá exigir observações de ambos os pólos.
Pensa-se que a origem do campo magnético solar está relacionada com um processo de
dínamo que ocorre na região de convecção. Para compreender a sua origem, há modelos que
permitem mapear o campo magnético tridimensional do Sol a partir das observações da
fotosfera, especialmente nos pólos, e imaginar a estrutura da subsuperfície através da
heliosismologia local e global. Desta forma, podemos obter uma imagem de como o campo é
transportado imediatamente abaixo da superfície. É assim fundamental o desenvolvimento de
uma missão Solar Polar Orbiter.
O campo magnético da corona solar provoca a emissões de raios-X e ultravioletas a partir da
corona. No entanto, técnicas importantes para medir aquele campo só agora estão a ser
desenvolvidas. No presente, algumas dessas técnicas estão a ser pioneiras usando
instrumentação colocada no solo. No entanto, a realização de tais observações a partir do
espaço é provável que venha a ser fundamental devido aos comprimentos de onda que não
atravessam a atmosfera terrestre, principalmente no domínio do ultravioleta.
170
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Figura 142: Raios-X do Sol
O Sol e a heliosfera têm sido explorados pelas missões Ulysses e Observatório Heliosférico e
Solar (SOHO).
Ulysses
Ulysses produziu a primeira caracterização
tridimensional do Sol através do seu voo
pioneiro aos pólos solares, demonstrando
diferenças muito significativas entre o
mínimo e o máximo do ciclo de actividade,
assim como revelando grandes lacunas na
nossa compreensão de como ao campos
magnéticos e as partículas preenchem a
heliosfera.
Figura 143: Sonda Ulysses
SOHO
A SOHO tem usado técnicas pioneiras no estudo da superfície solar, através da
heliosismologia, revelando uma complexa série de movimentações que transportam energia e
campo magnético através da zona de convecção solar.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
171
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Os instrumentos de observação da corona a bordo da SOHO têm revelado uma nova corona
solar, dinâmica e multitermal que tem forçado os cientistas a repensar as suas ideias de como
a corona é aquecida.
Finalmente, a SOHO tem demonstrado que a ligação entre as erupções solares massivas e as
perturbações no ambiente espacial da Terra, são dominadas pelas ejecções de massa a partir
da corona.
Figura 144: Módulo Payload da SOHO, constituído por 12 instrumentos
No futuro, a missão Polar Solar Orbiter da ESA irá examinar o Sol de pontos únicos no que
concerne a dois aspectos: a cerca de 1/5 de distância Sol-Terra, e muito próximo dos pólos
solares, como já foi referido.
Cosmic Vision 2015/2025 - Missões Futuras:
Solar Polar Orbiter
O Sol e a sua heliosfera têm sido explorados pelas missões Ulysses e pelo Observatório Solar
e Heliosférico (SOHO). A 6 de Outubro de 1990, a sonda Ulysses, uma missão conjunta entre
a Europa e os Estado Unidos, foi enviada com o objectivo de estudar as regiões polares do
Sol. Ulysses sobrevoa os pólos do Sol a cada cinco anos para observar a nossa estrela sobre
direcções inacessíveis a partir da Terra. O Observatório Solar e Heliosférico (SOHO), lançado
172
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
em 1995, também um projecto europeu e norte-americano, foi destinado a estudar a corona e a
actividade solar desde o espaço. Estas missões já fizeram muitas descobertas surpreendentes
sobre o Sol e de como as suas erupções afectam a vida na Terra.
Em 1998, dum encontro de cientistas europeus, ocorrido em Tenerife, saiu um relatório que
traçaria o caminho da astronomia solar europeia para os próximos anos. Uma das ideias
contidas neste relatório previa a realização de uma missão capaz de revelar imagens do Sol
em todo o espectro electromagnético. A tecnologia necessária seria parecida à usada na
missão SOHO, mas a trajectória a efectuar pelo aparelho seria semelhante à prevista para a
sonda Ulysses, ou seja, fora do plano da eclíptica. Uma segunda ideia passava por aproximar a
sonda a uma distância de cerca de metade da distância de Mercúrio ao Sol, ou seja,
aproximadamente 0,15 unidades astronómicas, e obter imagens de elevada resolução.
Em 1999, o resultado de um estudo combinava estas duas ideias numa só missão, a qual se
aproximaria do Sol a uma distância mínima de 45 raios solares, uma vez que a esta distância
os painéis solares atingiriam o limite máximo de calor que seriam capazes de suportar. A
orbitar a 45 raios solares, a sonda não conseguiria uma órbita co-rotatória, mas muito perto
disso. Por outro lado, foi definido que a missão iria usar a propulsão por energia solar, a vela
solar.
Figura 145: Tecnologia requerida para o desenvolvimento do Solar Polar Orbiter baseado no sistema de
propulsão da vela solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
173
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
A missão Solar Polar Orbiter será controlada e financiada pela ESA, mas com uma forte
colaboração internacional, nomeadamente da NASA.
A missão Solar Polar Orbiter será a primeira sonda a revelar as características das regiões
polares do Sol, a uma distância de apenas 45 raios solares, ou 0,21 unidades astronómicas.
Os objectivos científicos da Solar Polar Orbiter são:
•
Observar a extensão global e a dinâmica dos efeitos das ejecções de massa a partir da
corona solar;
•
Identificar as fontes, a estrutura longitudinal, a curva rotacional e a variabilidade no
tempo das características coronais;
•
Estabelecer relação entre as observações das partículas e do campo magnético e as
imagens do Sol, da corona solar e da heliosfera, ao longo de todas as latitudes;
•
Determinar as estruturas magnéticas e os padrões de convecção nas regiões polares;
•
Seguir a evolução das estruturas solares durante uma rotação solar completa.
A Solar Polar Orbiter consiste numa única nave espacial,
lançada a partir de um Soyuz Fregat 2B, em Kourou.
Figura 146: Foguetão Soyuz na plataforma de lançamento
A nave espacial utilizará uma vela solar para aproximar a sua órbita em torno do Sol a menos
de 0,5 unidades astronómicas deste, antes de aumentar a sua inclinação. A nave aproveitará a
gravidade de Vénus para se impulsionar para uma órbita mais inclinada, o que lhe permitirá
visualizar claramente as zonas polares do Sol, o que constitui um dos objectivos principais da
missão. Após quatro anos aproximadamente, os instrumentos do Solar Polar Orbiter poderão
efectuar observações do Sol de um ângulo de 83 graus relativamente à eclíptica. Nesse
174
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
momento ocorrerá a separação da vela solar a fim de se poderem executar as medições
científicas para que foi destinada.
Figura 147: Trajectória do Solar Polar Orbiter
A sonda orbital solar irá enfrentar a radiação solar a um quinto da distância Terra-Sol, onde a
luz solar é 25 vezes mais intensa do que na Terra. A nave espacial terá também de resistir às
enormes erupções solares e consequente elevação da quantidade de partículas carregadas
projectadas a partir da atmosfera solar. A tecnologia a desenvolver para a Solar Polar Orbiter
terá como ponto de referência a missão BepiColombo a Mercúrio. Mercúrio é o planeta mais
próximo do Sol e, como tal, a sonda foi projectada com vista a suportar as elevadas
temperaturas que se fazem sentir na vizinhança de Mercúrio. Assim, todo o equipamento e
instrumentos serão construídos para resistir ao calor. Será implementado o sistema de
propulsão usando a energia solar, a vela solar.
Superados os desafios tecnológicos inerentes a esta missão, os resultados obtidos poderão ser
surpreendentes. Esperam-se imagens com quase dez vezes maior resolução do que a melhor
imagem conseguida até hoje.
A sonda orbital solar terá uma massa total de 1600 quilogramas na altura do lançamento. Dois
conjuntos de instrumentos constituirão, de grosso modo, a nossa nave. Um conjunto será
formado por detectores para estudar partículas e acontecimentos nas vizinhanças da sonda. O
seu objectivo consiste essencialmente em detectar partículas electricamente carregadas e
campos magnéticos associados ao vento solar, entre outros. O segundo conjunto de
instrumentos observará a superfície do Sol do ponto de vista da sonda solar. O gás
atmosférico é facilmente observado devido à forte emissão de radiação ultravioleta de baixo
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
175
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
comprimento de onda. A atmosfera superior do Sol será revelada pelos coronografos de
ultravioleta e luz visível. A observação no visível da superfície e a medição de campos
magnéticos locais será feita usando um telescópio e um magnetómetro de alta resolução. Um
radiómetro medirá a variação energética emitida pelo Sol.
Como já referi, o conceito de Solar Polar Orbiter emprega uma vela solar quadrada com uma
área total de aproximadamente 25 000 m2.
A vela solar constitui um processo de propulsão da nave espacial usando grandes espelhos de
membrana e funciona devido à pressão da radiação e não precisa de combustível. A pressão
da radiação exercida na vela solar é pequena e diminui com o quadrado da distância, mas,
enquanto a vela estiver desdobrada, é constante.
Figura 148: Vela Solar
Figura 149: Vela Solar
Como funciona uma vela solar?
A nave espacial desdobra um grande espelho de membrana que reflecte a luz solar. A pressão
exercida pela radiação no espelho, ou seja, na vela, permite alterar a sua inclinação e a sua
distância. A vela orbita, logo não precisa de pairar, de se aproximar ou afastar do Sol. O seu
sistema de membrana permite-lhe alterar a sua órbita. Quase todas as missões poderiam
utilizar uma vela solar para alterar as suas órbitas, em vez de se aproximarem ou afastarem do
176
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
astro em questão. A máxima eficiência da vela solar é conseguida quando ela é projectada
para orbitar próxima do Sol, onde a elevada intensidade da radiação solar aumenta a pressão
exercida no aparelho. Por esta razão, a maioria das velas são projectadas para suportarem altas
temperaturas. Uma aproximação ao Sol pode ter diferentes objectivos, entre eles a exploração
dos pólos solares a curta distância, o qual constitui o objectivo da missão Solar Polar Orbiter.
Tabela 14: Características da vela solar
Características do Sail
Aceleração mm/s2
0,42
Lado da frente da vela solar (m)
~150
Carregamento do conjunto da vela solar (g/m2)
8
Espessura da vela solar
2 mícrons
O material da vela tem de ser leve e desenvolvido com as propriedades ópticas que o sistema
requer. Estas propriedades deverão ser preservadas ao longo da fase de vela, ou seja, enquanto
esta se mantiver desdobrada.
Figura 150: Movimento orbital em torno do Sol induzido pela acção do fluxo solar na vela
Exploração da Magnetosfera Terrestre
A expansão da atmosfera solar preenche a heliosfera com o plasma e o campo magnético que
são colectivamente conhecidos como vento solar. Alguns planetas (Mercúrio, Terra e os
gigantes gasosos) têm campos magnéticos que providenciam campos protectores parciais.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
177
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Marte tem uma fina atmosfera e um campo magnético muito fraco, enquanto Vénus tem uma
atmosfera densa e não tem campo magnético. Com tantos planetas diferentes, o Sistema Solar
providencia uma grande variedade de laboratórios para estudar as possíveis interacções dos
exo-planetas com as suas respectivas estrelas.
Figura 151: A interacção do vento solar com a magnetosfera terrestre dá forma ao ambiente de plasma no espaço
próximo da Terra
Enquanto que as magnetosferas planetárias ocupam vastas regiões do espaço (acima de 10
milhões de quilómetros no caso de Júpiter), a interacção entre os campos magnéticos do
planeta e do Sol ocorre numa escala entre poucos quilómetros e alguns raios planetários.
Assim sendo, as medidas não têm sido feitas nas pequenas escalas exigidas, mesmo na
magnetosfera da Terra. Para compreender os processos genéricos da física do plasma, é
necessário mudar da Cluster, que tem quatro satélites a operar em conjunto a distâncias
relativamente grandes, para um número muito maior de observações simultâneas. A
possibilidade de usar uma frota de satélites na missão Earth Magnetospheric Swarm seria
uma mais valia e também um projecto muito interessante a desenvolver na escala de tempo do
Cosmic Vision 2015-2025.
O ambiente espacial da Terra foi explorado pela HEOS-1 e HEOS-2 em tempos da
Organização da Investigação Espacial Europeia, anterior à ESA, e mais recentemente pelas
pioneiras e inovadoras quatro nave espaciais da missão Cluster.
Pela primeira vez, na magnetosfera da Terra, tem sido possível obter medidas precisas do
movimento dos plasmas lá encontrados, assim como da forma das fronteiras que se estendem
entre os campos magnéticos terrestre e solar. É agora claro que o Sol e o vento solar exercem
178
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
uma enorme influência sobre a magnetosfera terrestre. Cluster, juntamente com a missão
Double Star, levada a cabo em colaboração com a Agência Espacial Chinesa, têm também
revelado pela primeira vez novos dados sobre esta interacção.
Cluster
A missão Cluster consiste num conjunto de quatro naves espaciais postas a orbitar em torno
da Terra. Cada nave espacial carrega um conjunto de 11 instrumentos para investigar as
partículas eléctricas do vento solar e os campos magnéticos. Este programa tem
providenciado valiosa informação, a três dimensões, acerca do vento solar e da forma como
este afecta o nosso planeta. As quatro naves Cluster passaram vários anos a sair e entrar no
campo magnético terrestre, de forma de estudarem, a pormenor, a interacção entre campos
magnéticos terrestres e solares.
Figura 152: Visão artística das quatro naves da missão Cluster
O Sol emite continuamente um gás de partículas ionizadas que arrasta consigo o campo
magnético solar através do espaço. A magnetosfera é camada da atmosfera terrestre,
controlada pelo campo magnético da Terra, que protege o nosso planeta do vento solar. No
entanto, nas zonas polares, o vento solar consegue penetrar nas camadas superiores da
atmosfera. As partículas energéticas do vento solar chocam com os átomos e moléculas que
encontram na atmosfera superior e originam belos espectáculos de luzes denominados auroras
polares. Cada colisão fornece energia aos átomos, excitando-os. Á medida que estes átomos
regressam ao estado fundamental, emitem a energia anteriormente recebida sob a forma de
fotões, denominando-se este fenómeno de fluorescência. De um modo geral, o efeito
luminoso das auroras deve-se à emissão de fotões pelos átomos de oxigénio presentes nas
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
179
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
mais altas camadas da atmosfera terrestre, essencialmente na zona do espectro associada ao
verde. No entanto, o vento solar também pode atingir camadas mais baixas da atmosfera onde
a excitação dos átomos de azoto (predominantes nestas zonas) e de oxigénio origina a emissão
de fotões na zona do espectro associada ao vermelho.
Os objectivos da Cluster passam por determinar os processos físicos envolvidos na interacção
entre o vento solar e a magnetosfera, que se pensa conseguir com a visita e estudo destas
regiões. O mapeamento, a três dimensões, das estruturas do plasma contido nestas regiões e as
medidas da quantidade de plasma no tempo e no espaço são também objectos de estudo.
A importância da compreensão da interacção entre o vento solar e a magnetosfera e como os
níveis de plasma na magnetosfera são afectados é fundamental para que nos possamos
preparar para os efeitos repentinos e turbulentos da radiação solar na Terra.
O tempo de vida previsto inicialmente para esta missão seria de Fevereiro de 2001 a
Dezembro de 2005. Entretanto, em Fevereiro de 2005, a ESA aprovou a extensão da missão
até Dezembro de 2009.
Double Star
Figura 153: Double Star
A missão Double Star seguiu os passos da Cluster, estudando os efeitos do Sol no ambiente
terrestre, nomeadamente explorando a magnetosfera da Terra. Como o seu nome sugere, a
missão Double Star envolve dois satélites. Cada um destes objectos foi projectado,
desenvolvido, lançado e operado pela Agência Espacial Chinesa. Os dois satélites mantêm-se
em órbitas complementares em torno da Terra, uma nave voa numa órbita polar, enquanto que
a outra nave órbita em torno do equador terrestre. Esta configuração orbital permite aos
180
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
cientistas obter dados simultâneos da variação campo magnético e das partículas eléctricas,
em diferentes regiões da magnetosfera.
Os dois satélites da missão Double Star foram lançados a partir de locais diferentes na China
e em datas diferentes, Dezembro de 2003 e Julho de 2004.
Um importante facto que determinou a participação da ESA no projecto Double Star foi a
inclusão de sete instrumentos semelhantes aqueles que integram actualmente a Cluster. Um
instrumento europeu adicional consiste num tonalizador que monitoriza átomos energéticos
neutros na magnetosfera da Terra.
Uma vantagem adicional deste programa consiste na possibilidade de sincronizar as duas
órbitas dos satélites da missão Double Star com as órbitas dos quatro satélites da missão
Cluster, de forma que as seis naves espaciais se encontrem a explorar a mesma região do
espaço, simultaneamente.
Cosmic Vision 2015/2025 - Missões Futuras:
Earth Magnetospheric Swarm
A zona do espaço próxima da Terra, onde a magnetosfera da Terra interage com o vento solar,
é um laboratório natural e acessível para estudar os processos dinâmicos e complexos do
plasma do espaço.
A missão Earth Magnetospheric Swarm foi seleccionada em 2004 e compreende uma frota
de satélites em órbitas a baixa altitude e com passagens perto dos pólos. O seu lançamento
está previsto para 2010. A missão Earth Magnetospheric Swarm visa fornecer a melhor
exploração de sempre do campo geomagnético e da sua evolução temporal, com vista a
melhorar a nossa compreensão do interior da Terra, do clima e do seu efeito no espaço
circundante, isto é, na vasta região em torno da Terra, onde os processos electrodinâmicos são
influenciados pelo campo magnético terrestre.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
181
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O conceito da missão Earth Magnetospheric Swarm consiste numa frota de 12 satélites
distribuídos por três órbitas polares distintas entre os 400 e os 550 quilómetros de altitude.
Cada satélite fornecerá medidas de alta precisão e elevada resolução da intensidade e do
sentido do campo magnético terrestre. A combinação dos dados obtidos por cada um dos
satélites da frota permitirão desenvolver modelos das várias fontes possíveis do campo
magnético terrestre.
Por outro lado, os receptores do GPS, que consistem num acelerómetro e num instrumento do
campo eléctrico, fornecerão informação suplementar ao estudarem a interacção do campo
magnético com outras características físicas terrestres, como, por exemplo, o Swarm poderá
informar acerca dos movimentos dos oceanos.
Nos diferentes satélites que compõem a frota da missão Earth Magnetospheric Swarm existe
uma nova geração de magnetómetros que permitirão fazer mediações simultaneamente a
partir de diferentes regiões da Terra.
A monitorização da variação das características do campo magnético no tempo será feita pelo
Swarm, o que revela um grande progresso relativamente ao método actual, o qual é baseado
em estudos estatísticos e observações da Terra.
Os modelos do campo magnético terrestre que resultarão da missão Earth Magnetospheric
Swarm promoverão a nossa compreensão dos processos atmosféricos relacionados com o
clima e ensinar-nos-ão a lidar com os perigos da radiação. O campo magnético protege-nos
das partículas altamente energéticas do Sol e do espaço exterior. A monitorização contínua do
campo magnético em órbitas de baixa altitude, tal como os modelos que daí vêm, têm um
importante papel na previsão de eventuais perigos relacionados com a radiação que nos chega
do espaço.
Os campos magnéticos desempenham um importante papel em muitos processos físicos em
todo o Universo. No caso particular do planeta Terra, o seu forte, grande e complicado campo
magnético é produzido por um efeito de dínamo auto-sustentável no núcleo metálico fundido.
No entanto, os dados disponíveis são de medidas feitas à superfície ou muito perto dela e,
como tal, reflectem a sobreposição do campo magnético originado no núcleo metálico
fundido com os campos gerados por rochas magnetizadas na crosta de terra, correntes
182
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
eléctricas que fluem na ionosfera, magnetosfera e oceanos, e pelas correntes induzidas na terra
por campos externos variáveis no tempo.
É agora compreensível a necessidade de uma separação e compreensão detalhada dos
processos internos e externos que contribuem para a formação de campos magnéticos da
Terra. A missão Earth Magnetospheric Swarm visa estes objectivos para além de um novo
estudo detalhado do campo litosférico.
A compreensão do campo magnético é também importante no conhecimento do ambiente
externo da Terra. Resultados recentes da missão alemã CHAMP indicaram que a densidade do
ar está afectada localmente pela actividade geomagnética.
A missão Earth Magnetospheric Swarm é referida no Cosmic Vision 2015-2025 como um
projecto candidato para o estudo dos processos do plasma, em diferentes escalas de medida,
como parte de uma estratégia possível para responder à pergunta “Como funciona o Sistema
Solar?”
Os três domínios fundamentais e universais dos processos do plasma espacial são os choques,
a reconexão e a turbulência. Estes três fenómenos envolvem variações temporais, não-lineares
e interacções multi-escalares que geram as estruturas complexas do plasma.
Figura 154: Bow shock junto a uma estrela jovem - NASA e Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
As três escalas de comprimento, que correspondem às distâncias típicas no espaço próximo da
Terra, dividem-se em: escala cinética do electrão (~10 quilómetros), escala cinética do ião
(~100 - 1000 quilómetros) e líquido magneto-hidrodinâmico ou macro-escala (~5000 - 10 000
quilómetros).
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
183
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O projecto para a missão Earth Magnetospheric Swarm consistirá então numa frota de naves
espaciais equipadas com instrumentos desenvolvidos para o estudo do plasma, colocadas
numa órbita altamente elíptica em torno da Terra. Uma órbita com passagens perto do
equador é ideal para a investigação e estudo detalhado das seguintes regiões: bow shock,
magnetosheath e magnetotail.
Figura 155: Órbita com passagens perto do equador e altamente elíptica da missão Earth Magnetospheric Swarm
O número de naves espaciais, o número de instrumentos desenvolvidos para o estudo do
plasma, tal como a configuração da constelação de naves ainda estão em estudo. No entanto e
até à altura, pensa-se que a melhor configuração científica passa por um conjunto de três
tetraedros concêntricos. Cada tetraedro será destinado a uma escala e portará quatro naves
espaciais.
Figura 156: Proposta da configuração científica da missão Earth Magnetospheric Swarm
184
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Exploração da Magnetosfera de Júpiter e Processos Associados
A magnetosfera de Júpiter é outro excelente laboratório para estudar a forma como os plasmas
se comportam no espaço.
Por um lado, podemos comparar o Sol e Júpiter a um sistema estelar binário, pois Júpiter
possui uma rápida rotação, um forte campo magnético e fontes internas de calor. Este gigante
gasoso torna-se assim o ambiente mais acessível para estudar processos fundamentais, tais
como as interacções do plasma com gás neutro e com os satélites naturais do planeta, a
estabilidade dos magnetodiscos, a relaxação da energia rotacional e processos energéticos
associados e a perda de momento angular resultante das interacções magneto-plasma. Os
últimos dois processos referidos são importantes na compreensão de mecanismos de
agregação que levam à formação de sistemas planetários.
Um grupo de pelo menos três naves espaciais a operar conjuntamente com sofisticados
instrumentos de análise de plasma, como parte do Programa de Exploração de Júpiter Jupiter Exploration Programme - irá permitir os primeiros avanços fundamentais na
compreensão da estrutura e da dinâmica deste ambiente de plasma.
O Sistema Joviano é frequentemente comparado a um mini-sistema solar e é um dos
principais alvos do programa espacial Cosmic Vision 2015-2025.
Os objectivos científicos do Programa de Exploração de Júpiter passam pelo estudo da
origem, da formação e da evolução do Sistema Joviano, estudo da composição e dinâmica da
atmosfera de Júpiter e estudo dos fenómenos magnetosféricos e da magnetosfera comparativa.
No tema que se segue “Os Planetas Gigantes e os Seus Ambientes”, uma atenção especial será
dada a Júpiter, pois juntamente com o seu sistema de anéis, os seus 63 satélites conhecidos, os
seus complexos ambientes de poeiras, gás e plasma, constitui uma boa analogia de um minisistema solar, como já foi referido. Estudá-lo pode ajudar a construir uma compreensão firme
da formação em larga escala dos sistemas planetários. Assim, o Programa de Exploração de
Júpiter será abordado e explorado no tema que se segue.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
185
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Exploração das Magnetosferas de Outros Planetas
BepiColombo
A comunidade espacial de plasma está ansiosa pela exploração da enigmática magnetosfera
do planeta Mercúrio como parte da ESA-JAXA Missão BepiColombo.
A missão BepiColombo consiste em duas sondas orbitais individuais: a sonda Planetária de
Mercúrio (MPO), a qual fará o mapeamento da superfície de Mercúrio, e a sonda
Magnetosférica de Mercúrio (MMO), que investigará a magnetosfera do planeta. Esta sonda
constitui um projecto ambicioso e dispendioso.
Figura 157: Visão artística da missão BepiColombo
A missão BepiColombo constitui um verdadeiro desafio, porque a órbita de Mercúrio é muito
próxima do Sol, o que torna muito difícil colocar uma nave espacial numa órbita estável em
torno de Mercúrio, devido à força da gravidade exercida pela nossa estrela. Deve-se também a
esta distância, a dificuldade em observar o planeta a partir da Terra, pois o brilho do Sol
obscurece o pequeno planeta.
Exploração do Meio Interestelar
A fronteira da heliosfera, que traça a separação do meio interestelar, é a heliopausa. Aqui
termina a influência do campo magnético solar. Uma missão a esta região permitir-nos-ia
investigar in situ, pela primeira vez, o ambiente interestelar, certamente muito diferente do
Sistema Solar. Uma Interstellar Heliopause Mission iria poder atravessar os limites do meio
186
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
interestelar e providenciar as primeiras verdadeiras medidas deste meio, observando
directamente a interacção entre os vários componentes do meio interestelar – plasma, poeiras,
campos magnéticos e átomos neutros – com Sistema Solar.
Cosmic Vision 2015/2025 - Missões Futuras:
Interstellar Heliopause Probe
O limite da interacção entre o vento solar e o plasma interestelar constitui a denominada
heliopausa. Esta zona delimita a heliosfera, definindo os limites do reino do Sol.
O vento solar protege os astros incluídos na heliosfera das partículas energéticas e dos campos
magnéticos do meio interestelar. A observação destes dois últimos fenómenos tem de ser
obrigatoriamente feita para além dos limites da heliosfera.
Figura 158: Zona fronteiriça entre a Heliosfera e o Meio Interestelar (ESA & Lotfi Ben Jaffel, Martin
Kornmesser e Lars Lindberg Christensen)
Uma missão aos limites da heliosfera, nomeadamente à heliopausa e para além desta, consiste
num grande desafio tecnológico, pois estamos a falar de distâncias na ordem das 200 unidades
astronómicas do Sol. Desta forma, o desenvolvimento de tecnologias indispensáveis a esta
missão seriam aproveitadas para futuras missões planetárias exteriores.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
187
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Os verdadeiros objectivos duma Interstellar Heliopause Mission prendem-se com a
possibilidade de poder atravessar os limites do meio interestelar e providenciar as primeiras
verdadeiras medidas deste meio, observando directamente a interacção entre os vários
componentes do meio interestelar com o Sistema Solar. Desta forma poderiam surgir as
respostas ás seguintes questões:
- Qual a natureza do meio interestelar?
- Como é que o meio interestelar afecta o Sistema Solar?
- Quais as características da zona fronteiriça entre o Sistema Solar e o meio interestelar?
A tecnologia necessária à missão Interstellar Heliopause Mission passa por desenvolver
instrumentação que transporte a nave aos confins do Sistema Solar, isto é, a uma distância de
200 unidades astronómicas, não ultrapassando os 25 anos terrestres de viagem. Para alcançar
o meio interestelar no menor intervalo de tempo, a Interstellar Heliopause Mission terá de
ser lançada na direcção das seguintes coordenadas: 7,5º de latitude e 254,5º de longitude,
relativamente ao plano da elíptica.
Figura 159: Representação da Interstellar Heliopause Mission
O sistema de propulsão da nave consistirá numa vela solar capaz de atingir uma aceleração de
1,1 mm/s2. Para obter a velocidade de escape do Sistema Solar, a Interstellar Heliopause
Mission fará duas aproximações ao Sol.
Da nave espacial farão parte diferentes instrumentos que consistem em:
•
Um analisador do plasma;
•
Uma experiência cujo objectivo é detectar a emissão de ondas rádio a partir do
plasma;
•
188
Um magnetómetro;
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
•
Um detector de átomos electricamente neutros ou carregados;
•
Um detector energético de partículas;
•
Um analisador de poeiras;
•
Um fotómetro de ultravioleta.
A composição elementar e isotópica do plasma, tal como os níveis de energia associados à
variação temporal são determinados pelo analisador do plasma; as medidas de campo
magnético serão efectuadas pelo magnetómetro; a distribuição dos níveis de energia, da
composição, da massa e da energia de átomos neutros é determinada pelo detector de átomos
electricamente neutros ou carregados; a detecção dos níveis energéticos de raios cósmicos
será feita pelo detector energético de partículas; os níveis energéticos, a massa e a composição
das partículas de poeira serão medidas pelo analisador de poeira; por último, a densidade do
hidrogénio será medida pelo fotómetro de ultravioleta.
A Interstellar Heliopause Mission envolve o desenvolvimento de alta tecnologia a outros
níveis. A vela solar consiste um processo de propulsão da nave espacial usando grandes
espelhos de membrana. A vela solar funciona devido à pressão da radiação e não precisa de
combustível. Desta forma, as velas solares requerem estruturas de grandes dimensões. No
caso particular da vela para a Interstellar Heliopause Mission, a sua área rondará os 50 000
m2 e o seu desdobramento constituirá um enorme desafio. Para este fim terá de ser
desenvolvido um mecanismo de distribuição suficientemente estável e seguro, para que o
desdobramento da vela ocorra sem quaisquer danos ou rupturas da estrutura. Este mecanismo
de distribuição da vela tem de ser construído num material muito leve, cuja massa ronda os
100 gramas por metro e um comprimento aproximado de 120 metros. Por outro lado, o
material da vela terá de suportar um fluxo 16 vezes superior ao fluxo solar recebido na Terra.
Assim, é fundamental que o material da vela seja desenvolvido com propriedades ópticas que
o sistema requer. Estas propriedades deverão ser preservadas ao longo da existência da vela.
Um factor muito importante a ter em conta, consiste nas fontes de energia alternativas a que o
aparelho terá de recorrer uma vez que para além da órbita de Júpiter, o fluxo da radiação solar
baixa significativamente e se torna ineficiente. A única alternativa passa pelo uso de energia
nuclear.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
189
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
3.2.2. Os Planetas Gigantes e os Seus Ambientes
Juntamente com o Sol e o meio interplanetário, o Sistema Solar é constituído por oito planetas
principais e respectivas luas, planetas anões, asteróides, meteoróides, cometas e poeira
interplanetária.
Como é que surgiu este ambiente único?
Como é que o Sistema Solar evoluiu desde a sua formação?
Estas são questões científicas de grande importância e encontrar uma resposta envolve o
estudo detalhado de todos os objectos que compõem o Sistema Solar.
A ESA tem estudado a grande parte dos astros do Sistema Solar. O sistema Saturno/Titã tem
vindo a ser estudado com a missão Cassini-Huygens, a Lua recebeu a SMART – 1, Mars
Express e Vénus Express já foram lançadas rumo aos respectivos planetas e a missão
BepiColombo está a ser preparada para Mercúrio.
Um objectivo principal do programa espacial Cosmic Vision 2015-2025 é agora uma
exploração aprofundada do mais próximo planeta gigante no Sistema Solar exterior.
O planeta Júpiter, juntamente com o seu sistema de anéis, os seus 63 satélites conhecidos, os
seus complexos ambientes de poeiras, gás e plasma, constitui uma boa analogia de um minisistema solar. Estudá-lo pode ajudar a construir uma compreensão firme da formação em
larga escala dos sistemas planetários.
Actualmente, a exploração in situ do Sistema Solar é a única forma de examinarmos os
planetas gigantes em detalhe e elaborar teorias fundamentadas acerca da sua formação.
Na exploração dos sistemas planetários gigantes surgem questões importantes, das quais se
podem salientar as seguintes:
- Como se formaram os planetas e respectivas luas a partir da nebulosa solar?
Os diferentes cenários de formação precisam de ser analisados e testados.
190
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
- Qual é a estrutura interna dos planetas gigantes? Os planetas gigantes terão um núcleo
sólido? E de que tamanho?
Estas questões podem ser respondidas levando a cabo investigações in situ, bem como
efectuando medidas precisas da gravidade planetária e campos magnéticos.
- Quais são os processos envolvidos na formação e evolução das atmosferas desses planetas e
suas luas?
Uma exploração à semelhança da que foi feita pela missão de Cassini-Huygens na lua de
Saturno, Titã, será necessária para obtermos resposta a esta pergunta.
- Qual é a estrutura interna e da sub-superfície dos satélites dos planetas gigantes,
especialmente os mais gelados? Qual é a sua história geológica? Como é que isso reflecte a
sua formação?
Para respondermos a estas perguntas é necessário estudar a gravidade, os campos magnéticos,
assim como a morfologia, a topografia, a mineralogia e a composição.
- Como é que o plasma e o ambiente de gases e poeiras se juntam no planeta central gigante,
nos seus satélites e anéis e no meio interplanetário?
As medidas in situ precisam de ser relacionadas com o plasma que provém do vento solar, das
luas, tais como Io, e do próprio planeta. Também a rotação planetária e a consequências de
qualquer actividade magnetosférica, tais como auroras, precisam de ser consideradas.
O grande número e a variedade de questões que se põem sugerem uma série de missões a um
gigante gasoso como Júpiter. Espera-se assim obter um conhecimento mais alargado acerca
da composição e da dinâmica atmosférica, dos campos magnéticos e gravitacionais, dos
plasmas, das superfícies planetárias e das superfícies dos satélites.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
191
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Cosmic Vision 2015/2025 - Missões Futuras:
Programa de Exploração de Júpiter - Jupiter Exploration Programme;
Sondas a Júpiter - Jupiter Probes;
Módulo de Reconhecimento a Europa - Europa Lander
Programa de Exploração de Júpiter
O Programa de Exploração de Júpiter aponta para diferentes objectivos que determinam a
necessidade do desenvolvimento de uma série de novas tecnologias divididas em três tópicos
principais:
•
Jovian Minisat Explorer (JME)
•
Jupiter Entry Probe (JEP)
•
Jovian System Explorer (JSE)
O Jovian Minisat Explorer (JME) será usado na exploração do Sistema Joviano, em particular
da lua Europa, o Jupiter Entry Probe (JEP) consiste na sonda que será usada na exploração in
situ da atmosfera de Júpiter até à pressão máxima de 100 bar e, por último, Jovian System
Explorer (JSE) cujo objectivo será o estudo da magnetosfera de Júpiter e do Sistema Joviano.
Jovian Minisat Explorer (JME)
Figura 160: Jovian Minisat Explorer (JME)
A praticabilidade de uma missão ao Sistema Joviano, nomeadamente à lua Europa, está a ser
estudada. No entanto, pelos motivos já apresentados no tema 3.1.1., uma nave europeia
poderá não estar tecnologicamente pronta a tempo de voar entre 2015-2025.
192
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Europa é um dos poucos lugares no Sistema Solar onde se acredita que exista água no estado
líquido, tornando este astro um potencial candidato a ter vida extraterrestre.
Os objectivos de estudo de Europa passam por confirmar a presença de um oceano de água
líquida encoberto por uma camada de gelo, traçar a espessura dessa mesma camada de gelo,
fazer um levantamento topográfico da superfície de Europa, caracterizar a composição global
da geologia do satélite e da sua superfície em geral, observar o seu campo magnético e
efectuar medidas de radiação emitida.
No que concerne à tecnologia a ser utilizada na missão, o cenário actual prevê a utilização de
duas naves espaciais relativamente pequenas (~ 400 a 600 quilogramas cada), a Jovian Relay
Spacecraft (JRS1/2) e a Jovian Europa Orbiter (JEO).
A Jovian Relay Spacecraft (JRS) orbitará em torno de Júpiter, numa órbita altamente elíptica
e fora das zonas de maior radiação. Os instrumentos que não forem directamente necessários
no processo de observação de Europa serão integrados neste módulo. Assim, o sistema de
comunicação que permitirá estabelecer a ligação entre a Terra e o JEO, tal como o conjunto
de instrumentos para o estudo do Sistema Joviano, encontrar-se-ão na Jovian Relay
Spacecraf.
Figura 161: Jovian Relay Spacecraf (JRS)
O Jovian Europa Orbiter (JEO) orbitará em torno de Europa e carregará consigo um sistema
de detecção remota e outro de comunicação para estabelecer ligação com o Jovian Relay
Spacecraf e com a Terra.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
193
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Figura 162: Jovian Europa Orbiter (JEO)
A praticabilidade de uma micro-sonda encontra-se a ser avaliada. Este aparelho, com menos
de 1 quilograma, teria a missão de determinar in situ a espessura camada de gelo que envolve
o oceano submerso. Caso venha a ser integrada na missão, a micro-sonda fará parte da
instrumentação do JEO.
A JEO e a JRS formarão uma única composição durante o lançamento, a viagem de seis
longos anos e durante a fase de inserção na órbita de Júpiter. No lançamento será usado o
foguetão Soyuz Fregat 2B, de Kourou. Depois de se encontrarem a orbitar em torno de
Júpiter, as duas naves separar-se-ão, desfazendo a composição, e cada uma delas efectuará a
trajectória que lhe está programada. A Jovian Europa Orbiter irá traçar uma trajectória polar
em torno de Europa, enquanto que a viagem da Jovian Relay Spacecraft terá como destino
uma órbita altamente elíptica em torno de Júpiter. A órbita sobre Europa será fortemente
afectada pela presença de Júpiter. Este facto limitará o desempenho da JEO numa órbita a 200
quilómetros do satélite e por um período de 60 dias. Depois disto a nave colidirá
inevitavelmente com a superfície de Europa. O tempo de vida previsto para a JEO é
demasiado curto para que esta efectue a transmissão de todos os dados para a Terra. Assim, a
JEO transmitirá as informações para a JRS, a qual, por estar fora da zona de radiação intensa,
terá uma vida significativamente mais longa, cerca de 2 anos. A distância da JRS a Júpiter
reduz significativamente a dose de radiação que receberá e a sua esperança média de vida
aumenta, durante a qual pode emitir todos os dados da JEO para a Terra, juntamente com os
próprios dados recolhidos.
No seu curto período de actividade, a JEO fará a análise e o mapeamento da superfície de
Europa usando os seguintes instrumentos: uma câmara estereográfica, uma câmara de
ultravioleta, um espectrómetro de mapeamento para o visível e infra-vermelho próximo, um
194
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
altímetro de laser, um radar de monitorização da sub-superfície, um radiómetro e um
magnetómetro.
Figura 163: Composição JRS - JEO
Jupiter Entry Probe (JEP)
Figura 164: Esquema da Jupiter Entry Probe
A missão Jupiter Entry Probe prevê a entrada de uma sonda na atmosfera de Júpiter até à
pressão máxima de 100 bar. Esta missão ainda se encontra em estudo, tal como a Jovian
System Explorer, cujo objectivo é estudar a magnetosfera de Júpiter. Por outro lado, está a ser
avaliada a possibilidade de combinar uma sonda atmosférica com uma missão à
magnetosfera.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
195
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Jovian System Explorer (JSE)
A missão Jovian System Explorer prevê a exploração da magnetosfera de Júpiter.
O estudo e planificação desta missão terá por base a bem sucedida missão Cluster à
magnetosfera terrestre, a qual consiste numa constelação de quatro naves espaciais cujo
objectivo consiste em determinar os processos físicos envolvidos na interacção entre o vento
solar e a magnetosfera, que se pensa conseguir com a visita e estudo destas regiões. A missão
Cluster também realizou o mapeamento, a três dimensões, das estruturas do plasma contido
nestas regiões e as medidas da quantidade de plasma no tempo e no espaço.
Assim, numa primeira fase da missão Jovian System Explorer, as duas naves espaciais Jovian
Relay Spacecraf 1/2 transportarão consigo o conjunto de instrumentos destinado ao estudo da
magnetosfera de Júpiter. Estas duas naves espaciais efectuarão duas trajectórias diferentes,
uma JRS terá uma órbita muito excêntrica, porque se destina a estudar a magnetotail,
enquanto que a outra orbitará numa órbita mais circular, pois irá observar a zona da
magnetopausa. A Jupiter Polar Orbiter será associada a esta constelação para estudar a
interacção entre o plasma e a magnetosfera de Júpiter nas zonas polares.
Figura 165: Constelação de três naves espaciais, incluindo as duas Jovian Relay Spacecraf e a Jupiter Polar
Orbiter cujo objectivo é o estudo da magnetosfera de Júpiter
196
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
3.2.3. Asteróides e Outros Pequenos Corpos
Exploração de Cometas
A Europa é líder na exploração de cometas a partir do momento que, em 1986, a nave espacial
Giotto se encontrou com o cometa Halley. Esta missão mostrou pela primeira vez a forma
dum núcleo cometário e os processos complexos de sublimação do material a partir do núcleo
até à forma particular da cauda. Revelou ainda a interacção do material libertado pelo cometa
com o vento solar, formando a cauda que se estende por milhões de quilómetros a partir do
núcleo.
Figura 166: Visão artística do encontro da Giotto com o cometa Halley
A Comunidade Europeia Cometária está ansiosa pela chegada da nave espacial Rosetta e
respectiva aterragem no cometa Churyumov-Gerasimenko, em 2014.
Rosetta
A nave espacial Rosetta da ESA será a primeira a explorar um cometa, a longo prazo, e foi
lançada a 2 de Março de 2004, pelo foguetão Ariane-5G, a partir de Kourou. Esta missão é
constituída por uma sonda orbital, que foi projectada para operar durante dez anos a grande
distância do Sol, e por um pequeno módulo de reconhecimento. Cada um destes aparelhos
transporta um conjunto de instrumentos capazes de realizar um estudo, tão detalhado quanto
possível, de um cometa.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
197
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Após interceptar e colocar-se em órbita em torno do cometa Churyumov-Gerasimenko, em
2014, a nave espacial lançará um módulo de reconhecimento na direcção do gelado núcleo
cometário. Durante os dois anos seguintes, a nave orbitará em torno do cometa na sua
aproximação ao Sol. Ao longo da sua viagem até ao cometa Churyumov-Gerasimenko,
Rosetta receberá a assistência gravitacional da Terra, de Marte e passará pela Cintura de
Asteróides. A viagem de Rosetta transportá-la-á até 5,25 UA do Sol. A duração prevista da
viagem é de 10 anos e a missão deverá ter terminado em Dezembro de 2015.
Figura 167: Encontro da missão Rosetta com o cometa Churyumov-Gerasimenko
O cometa Churyumov-Gerasimenko tem um núcleo com cerca de 4 quilómetros de diâmetro e
órbita em torno do Sol cada 6,6 anos. Durante este tempo, comuta entre as órbitas de Júpiter e
da Terra. No entanto pouco se sabe sobre ele, apesar das suas visitas regulares ao Sistema
Solar interior.
Figura 168: A missão Rosetta fará aterrar um módulo de reconhecimento, pela primeira vez, num núcleo
cometário
O cometa Churyumov-Gerasimenko foi descoberto, em 1969, por K. Churyumov, da
Universidade de Kiev, na Ucrânia, e por S. Gerasimenko, do Instituto de Astrofísica
Dushanbe, em Tajikistan.
198
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Os cometas são os mais primitivos corpos do Sistema Solar. O seu material remota aos
primórdios da formação do nosso sistema planetário. Assim, o estudo destes astros
possibilitar-nos-á o acesso à mistura química a partir da qual todos os outros astros se
formaram e permitir-nos-á compreender os processos pelos quais o material interestelar se
torna em novos sistemas planetários com a possibilidade de alojar vida.
Os cometas estão dinamicamente ligados à família de asteróides, pelo que o estudo de um
asteróide pode providenciar respostas a muitas questões:
- Quais eram as composições e as propriedades físicas dos blocos de construção dos planetas
terrestres?
- Quais foram os processos que se desencadearam na nébula solar à medida que ocorria a
formação planetária?
- Qual é a natureza e a origem dos materiais orgânicos, nos asteróides primitivos?
- Será que podemos tirar conclusões acerca da origem da vida no Sistema Solar, a partir do
estudo destes objectos?
- Será que a classe mais primitiva de asteróides contém material pré-solar ainda não
detectado em amostras de meteoritos?
- Como é que as propriedades elementares, mineralógicas e isotópicas de amostras de
asteróides variam no contexto geológico da sua superfície?
- Como é que o clima espacial e os impactos afectam a composição da superfície de um
asteróide?
- Qual é o tempo de duração dos principais acontecimentos, tais como aglomeração,
libertação de calor e desaparecimento de gás?
- Como é que as várias classes de asteróides e meteoritos se formam e adquirem as suas
propriedades actuais?
- Como se relacionam as diferentes classes de meteoritos e asteróides?
A resposta a estas questões passa pelo envio de uma Near-Earth Object Sample Return, a
qual consistirá na recolha de amostras que serão trazidas para a Terra. Em laboratórios
especializados, no planeta Terra, serão depois feitas análises criteriosas e exaustivas às
amostras recolhidas. Em seguida poder-se-á proceder à combinação detalhada entre os
resultados obtidos da análise em laboratório às amostras de asteróides e as investigações
espectroscópicas e de observação deste corpos. Uma melhor compreensão da natureza dos
meteoritos e asteróides poderá assim ser esperada.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
199
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Uma compreensão completa das populações, histórias e relação de asteróides e meteoritos irá
eventualmente exigir missões de recolha de material a asteróides pertencentes a cada uma das
classes espectrais.
A primeira missão de
recolha de material de um
asteróide, a nave espacial
japonesa
Hayabusa,
chegou em 2005, ao nearEarth 25143 Itokawa. Um
regresso destas amostras
irá revelar a natureza
diferenciada do material
que constitui os asteróides
tipo S.
Figura 169: Visão artística da nave espacial japonesa Hayabusa a descer
sobre o asteróide Itokawa
No entanto, apenas uma missão de recolha de material a um dos mais primitivos objectos do
Sistema Solar, ricos em carbono tipo C, irá apresentar resposta às principais questões acerca
das origens do Sistema Solar.
200
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Cosmic Vision 2015/2025 - Missões Futuras:
Near-Earth Object Sample Return
Uma missão de recolha de material a um asteróide próximo da Terra foi incluída no programa
científico Cosmic Vision e visa responder a uma série de questões relacionadas com a origem
do Sistema Solar, com parte integrante do tema “Como funciona o Sistema Solar?”.
Os conhecimentos de que dispomos sobre estes corpos celestes devem-se essencialmente à
observação directa com telescópios terrestres e, mais recentemente, aos dados recolhidos e
transmitidos para a Terra pela sonda NEAR. A composição química também foi estudada a
partir da análise de meteoritos.
Os asteróides são formados pelo material mais antigo do Sistema Solar. Estudá-los permitirnos-ia conhecer os ingredientes da nuvem primordial e, assim, a história do Sistema Solar.
Um conhecimento mais alargado acerca do processo de formação dos planetas rochosos, da
possível relação entre os diferentes tipos de meteoritos e a classificação dos asteróides, tal
como sobre a origem das moléculas pré-bióticas necessárias ao desenvolvimento da vida,
seria possível de obter.
No Sistema Solar podemos encontrar muitas diferenças entre os asteróides. Destas diferenças
podemos destacar se as suas órbitas passam perto ou longe da Terra, se a interceptam ou não,
se o asteróide pertence à Cintura de Asteróides, localizada entre Marte e Júpiter, ou então aos
Troianos, ou até a outro grupo de asteróides. Relativamente às suas características físicas,
podemos distinguir os asteróides quanto à massa, ao volume, à densidade, à forma, etc. No
que respeita à sua composição, podemos estudar a sua mineralogia e constituição química. No
que concerne à antiguidade, os asteróides carbonáceos serão os mais antigos e primitivos
asteróides do Sistema Solar. Serão estes o objecto de estudo do Cosmic Vision 2015-2025.
Mas porquê escolher um asteróide próximo da Terra (NEA) como objectivo da missão?
O facto da órbita destes objectos passar próximo da Terra, facilita a missão em termos
mecânicos e tecnológicos, pois torna-os muito mais facilmente acessíveis. Por outro lado, os
NEAs representam uma população semelhante aos asteróides da Cintura que orbita entre
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
201
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Marte e Júpiter. Estes, por sua vez, reflectem as características do material que deu origem
aos planetas.
Na vizinhança da órbita da Terra já foram descobertos mais de 4200 asteróides, no entanto,
para objecto da missão foi seleccionado o asteróide tipo-C, 1999 JU3. Dentro deste tipo, este
asteróide será facilmente alcançável. No entanto, existem outros asteróides mais acessíveis do
que o JU3, mas dadas as dificuldades de observação a partir da Terra, ainda não foi possível
determinar o seu tipo.
Figura 170: Há mais de 365 000 asteróides no Sistema Solar. A verde encontra-se representada a cintura de
asteróides, enquanto que a vermelho estão representados os NEAs
Todas as missões que permitam transportar para a Terra as amostras de outros astros são de
enorme importância científica. Depois de analisadas em laboratórios científicos terrestres, as
amostras extraterrestres são uma enorme fonte de conhecimentos. Salvaguarde-se o facto das
amostras lunares transportadas para a Terra pelos cientistas das missões Apollo ainda hoje são
objecto de estudo. E isto já foi há 40 anos!
Por outro lado, as sample return missions representam o passo seguinte relativamente às
missões in situ anteriores, tais como Giotto, Mars Express, Cassini-Huygens, Vénus Express,
entre outras, no que concerne às investigações científicas e ao desenvolvimento tecnológico.
A praticabilidade da missão Near-Earth Object Sample Return já foi analisada. O lançamento
da missão será feito em Kourou, na Guiana Francesa, em 2016. No lançamento será usado o
202
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
foguetão Soyuz 2-1B. A nave orbitará cerca de 8 meses em torno do asteróide. A reentrada na
atmosfera terrestre está prevista para 2019.
Figura 171: A selecção do local de aterragem é uma fase crucial durante as operações de detecção remota, para
evitar locais que possam danificar a nave.
O conjunto de instrumentos da missão a ser
quer dos instrumentos a serem utilizados,
utilizado in situ estará dividido em duas
ainda irão sofrer alterações.
partes
principais:
detecção
remota
e
superfície.
No que concerne à detecção remota, este
será
constituído,
entre
outros,
por
equipamento científico e de experiências
rádio, câmara de ângulo largo e estreito,
espectrómetro
infravermelho,
de
ultravioleta-visível-
radiómetro
térmico,
espectrómetro de radiação gama, etc. Em
relação à superfície, será incorporado um
pacote de geo-química, um espectrómetro
de infravermelho, um tonalizador subsuperficial, etc.
É de referir que esta missão ainda se
Figura 172: Configuração possível de dois módulos
encontra em estudo, de maneira que a
para a nave espacial da missão Near-Earth Object
selecção, quer do asteróide-alvo da missão,
Sample Return (HAYABUSA/JAXA)
Concluindo:
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
203
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
A ESA mantém um projecto de estudo muito abrangente, com a exploração dos planetas
Mercúrio, Vénus e Marte, através das missões BepiColombo, Venus Express e Mars Express.
Irá continuar a olhar para o Sol com a ESA-NASA SOHO e com a nave espacial JAXA- ESA
Solar-B, e eventualmente com a Solar Orbiter, assim como contribuir para a missão
internacional STEREO. A extensão da missão Cluster irá possibilitar à Europa que continue
qualificar e quantificar, a nível internacional, a magnetosfera terrestre, complementado este
trabalho com as investigações das magnetosferas de Mercúrio e Saturno.
E o futuro? O que virá depois?
O futuro da Ciência Europeia do Sistema Solar é brilhante para as próximas décadas. Uma
Mars Sample Return, prevista no Programa Aurora, consiste na recolha de amostras de
locais seleccionados em Marte.
Um Europa orbiter and/or lander explorará a lua de Júpiter, Europa, o único corpo do
Sistema Solar, para além da Terra, que se pensa possuir um oceano subterrâneo de água
líquida.
O nosso conhecimento acerca da estrutura do campo magnético do Sol poderá ser conseguido
com a missão Solar Polar Orbiter.
A exploração da magnetosfera terrestre passa por uma missão Earth Magnetospheric Swarm.
O Programa de Exploração de Júpiter estudará o Sistema Joviano, como um todo, e
permitirá construir uma compreensão firme da formação em larga escala dos sistemas
planetários.
A Interstellar Heliopause Mission será projectada para passar para além dos limites da
heliopausa e entrar no meio interestelar e, consequentemente, para observar directamente a
interacção entre o meio interestelar e o Sistema Solar.
O estudo do material primordial a partir do qual se formaram os planetas será conseguido com
uma missão Near-Earth Object Sample Return.
204
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Actividades
Capítulo 4:
Propostas de Actividades a Realizar com os Alunos do Ensino Básico e Secundário no
Âmbito do Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
O presente capítulo visa a contextualização dos três primeiros capítulos no processo de
ensino-aprendizagem do 3º ciclo e secundário. Assim, para cada assunto abordado, tentei
elaborar, pelo menos, uma actividade prática. Estas actividades não são mais do que
propostas, pelo que devem ser adaptadas ao nível e número de alunos que as irão realizar.
Por outro lado, qualquer uma das actividades aqui descritas visa proporcionar aos alunos
conhecimentos sobre a ciência e tecnologia, que lhes permitam a expressão de opiniões e a
tomada de decisões sobre questões do domínio público. Nesta linha de raciocínio, este
capítulo pretende:
- Promover a interdisciplinaridade;
- Desenvolver o trabalho de grupo e de cooperação;
- Incentivar o espírito crítico, método de trabalho e de pesquisa;
- Desenvolver a autoconfiança e a autonomia, o espírito de equipa e de cooperação;
- Promover a criatividade e a imaginação;
- Promover os diferentes domínios da Língua materna;
- Desenvolver a capacidade de comunicar e de ouvir os outros, de argumentar, de chegar a
um consenso e de tomar decisões.
Em particular, a área curricular não disciplinar de “Área de Projecto” visa envolver os alunos
na «concepção, realização e avaliação de projectos, através da articulação de saberes de
diversas áreas curriculares/disciplinares ou disciplinas em torno de problemas ou temas de
pesquisa ou de intervenção, de acordo com a necessidade e os interesses dos alunos». A
actividade nº8 integra-se perfeitamente no tipo de temas a desenvolver neste espaço. Por outro
lado, revela-se ambiciosa, quer no que respeita à pesquisa, reflexão, método de trabalho
individual e em grupo, quer em tempo dispensado. Por estes motivos, a actividade Oficina da
Heliosfera será um projecto candidato a desenvolver em Área de Projecto, no 12º ano.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
205
Actividades
Actividade proposta nº1
Concurso
Contextualização:
O público em geral pensa que os assuntos da exploração espacial, por mais aliciantes que
sejam, irão sempre depender das estratégias delineadas por um pequeno grupo de cientistas.
Na realidade, o sucesso da ESA é um esforço conjunto da indústria tecnológica, da
cooperação internacional, da vontade política e, em última instância, do reconhecimento de
toda a sociedade.
A 21 de Novembro de 2006, a ESA lançou um desafio à população, em geral, e aos amantes
da exploração espacial, em particular. O concurso “Ajude-nos a definir o futuro da Europa no
Espaço” da Agência Espacial Europeia (ESA), em cooperação com o Centro Nacional do
Espaço Britânico (BNSC), convidou os europeus a dar sugestões e ideias para as próximas
actividades de exploração espacial. As respostas a este concurso serviram para seleccionar
cinco membros do público em geral que assistiram a uma conferência sobre a Exploração
Europeia que teve lugar em Edimburgo, no Reino Unido, de 8 a 9 de Janeiro de 2007.
Figura 173: Programa espacial Cosmic Vision 2015/2025
À semelhança do que fez a ESA, uma actividade deste género poderá ser implementada na
nossa escola.
Com esta actividade pretende-se dar a palavra aos alunos do ensino básico e secundário, para
que eles possam sugerir e apresentar ideias acerca do futuro da exploração espacial.
206
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Actividades
Concurso:
Para participar neste concurso responda a cada uma das questões que se seguem.
1.
Na sua opinião, é a exploração espacial importante para a Europa? Fundamente a sua
resposta. Que benefícios para os cidadãos europeus podem derivar da exploração do
espaço?
2.
Para que destinos do espaço deveria dirigir-se a ESA nos próximos 30 anos?
Fundamente a sua resposta.
Todas as respostas válidas serão avaliadas pelo Professores dinamizadores do Clube de
Astronomia, que seleccionarão as duas melhores participações de cada nível de ensino.
Os vencedores do concurso ganharão um prémio a definir pelo Clube de Astronomia.
Regulamento:
1.
O concurso destina-se aos alunos do 3º ciclo de escolaridade e secundário.
2.
As respostas deve ser apresentadas em folha A4 e não devem ultrapassar as duas
páginas.
3.
O júri seleccionará duas respostas entre os participantes do 3º ciclo e outras duas entre
os participantes do ensino secundário.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
207
Actividades
Actividade proposta nº2
Como ser astronauta?
Não é difícil encontrarmos uma criança que diga: - Quando for grande quero ser astronauta!
Mas é diferente quando este sonho nos acompanha ao longo de cerca de 18 anos. Há três anos
atrás tive um aluno de 12º ano, determinado a seguir este caminho. Foi a pensar nele e na sua
determinação que surgiu a ideia desta actividade.
Figura 174: O astronauta Bruce McCandless numa EVA
Está seriamente interessado em ser astronauta? Da última vez que surgiu uma oportunidade de
integrar o Corpo Europeu de Astronautas, houve cerca de 22 000 candidatos. Cerca de 5000
deles tinham boas qualificações. Mas apenas 16 pessoas são actualmente membros do Corpo
Europeu de Astronautas. O que é que os torna tão especiais?
Descrição da actividade:
Faça uma pesquisa na Internet acerca deste assunto, depois elabore uma apresentação em
Power Point, para apresentar na aula de Ciências Físico-Químicas, cujo objectivo será
elucidar os colegas acerca do percurso e trabalho dos astronautas.
Destinatários:
Alunos do 3º ciclo de escolaridade
208
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Actividades
Actividade proposta nº3
Trabalho no Espaço
Um astronauta, após uma missão de reparação no espaço, explicou em tom de brincadeira,
durante uma entrevista, que trabalhar em condições de imponderabilidade é como trocar um
pequeno fusível da bateria de um carro usando luvas de esqui e equilibrando-se sobre patins.
Os objectivos do jogo:
O objectivo imediato é simular, de maneira divertida, a sensação das dificuldades encontradas
ao se trabalhar num ambiente diferente daquele a que se está acostumado e, para o qual se está
naturalmente equipado. Para reforçar esta ideia, o jogo contará com duas equipas: uma a
trabalhar em condições de «imponderabilidade» (máscara, luvas grossas, patins), e outra, em
condições terrestres normais, alternadamente.
Finalmente, o jogo deve conduzir a uma discussão sobre a importância do trabalho em equipa,
as dificuldades de comunicação (tanto no espaço como no dia-a-dia), primeiro com a opinião
do grupo de «astronautas», durante e depois do trabalho no espaço, e o conceito de como, por
exemplo, o corpo humano se adapta à vida na Terra. Pode ser feito um trabalho escrito sobre
o modo como o corpo humano poderia ter evoluído se a gravidade terrestre fosse muito
menor.
Descrição do jogo:
A competição será entre duas equipas de quatro jogadores. Na primeira fase, a equipa A
trabalhará em condições de «imponderabilidade», enquanto que a equipa B fará a reparação
em condições terrestres normais. Na segunda fase, a equipa B ocupará o lugar da equipa A e
vice-versa.
A equipa vencedora será a primeira a ter apertado quatro parafusos numa superfície colocada
acima dos jogadores, mas ainda assim ao seu alcance, ou seja, a que conseguir o melhor
tempo total no final do jogo.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
209
Actividades
Em cada equipa, haverá quatro jogadores:
Jogador 1: representa o “centro de controlo”, que fornece aos Jogadores 3 e 4 instruções
sobre o que devem fazer (exemplo: Jogador 4, passa parafuso ao Jogador 3! – Jogador 3,
coloca o parafuso...). Define o idioma a utilizar, pois os astronautas provavelmente não serão
da mesma nacionalidade!
Jogador 2: cronometra o tempo de realização da tarefa.
Jogador 3: representa um dos dois astronautas e executa a operação (apertar os parafusos).
Jogador 4: representa um dos dois astronautas e ajuda e assiste o Jogador 3 (os astronautas
nunca estão sozinhos durante os passeios espaciais). No início do jogo, o Jogador 4 deve
dispor de todo o equipamento de trabalho e, depois, entregá-lo ao Jogador 3, consoante as
indicações do Jogador 1.
Um Mestre de Jogo (o professor, por exemplo) informa aos Jogadores 1 e 2 quais são as suas
missões. Os Jogadores 3 e 4 não devem saber exactamente o que têm de fazer – é o Jogador 1
que lhes dirá. Quando todos os jogadores estiverem prontos para começar, o Mestre de Jogo
dará início à prova.
Equipamento necessário
Material comum às equipas A e B
•
um cronómetro
•
4 parafusos pequenos
•
uma chave de fendas pequena
•
uma superfície (ex.: um pedaço de madeira) onde os parafusos possam ser apertados,
marcando os pontos designados. A superfície deve ser posicionada de tal maneira que
os jogadores tenham de se esticar para a alcançar.
210
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Actividades
Material para a Equipa A:
Equipamento para os fatos espaciais necessários aos Jogadores 3 e 4:
•
um par de patins, patins em linha
ou skate
•
capacetes
•
um par de luvas grossas de esqui
Figura 175: Equipamento para os fatos espaciais
Outros equipamentos podem ser utilizados para dificultar ainda mais a tarefa, como um cinto
para transportar as ferramentas ou um cabo para atar os Jogadores 3 e 4 um ao outro, etc...
Destinatários:
Alunos do 3º ciclo de escolaridade
Nota:
Consulte: http://esamultimedia.esa.int/docs/issedukit/pt/html/subj4t.html
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
211
Actividades
Actividade proposta nº4
Colaboração Internacional
Os parceiros internacionais
Figura 176: Os parceiros internacionais
Descrição da actividade
1.
Realiza uma composição escrita sobre um ou vários dos seguintes tópicos:
•
Corrida à Lua
•
Estação Espacial
•
Colaboração Internacional
2.
Escreve uma história de ficção científica sobre uma estação espacial do futuro.
3.
Descreve os teus próprios sonhos e planos para o futuro – em que gostarias de
trabalhar e porquê? De que tipo de formação e experiência necessitarias para realizar
os teus sonhos?
Destinatários:
Alunos do 3º ciclo de escolaridade
Nota:
Consulte: http://esamultimedia.esa.int/docs/issedukit/pt/html/subj4t.html
212
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Actividades
Actividade proposta nº5
Viagem turística de uma semana a Marte
Desde o início da era espacial, Marte
Mas, imagina que ganhaste o Euromilhões
fascina
As
e agora vais ter a oportunidade de fazer a
primeiras sondas lançadas para Marte, já
viagem turística a Marte, com que sempre
nos anos 60 e 70, representaram uma
sonhaste!
cientistas
e
engenheiros.
grande conquista, mas trouxeram más
notícias a todos aqueles que esperavam que
houvesse vida no nosso planeta vizinho. O
lugar é muito frio: a temperatura nunca
ultrapassa 15°C, até mesmo em pleno
Verão sobre o equador, e a temperatura
invernal, à noite, desce a -130°C. Cerca de
95% da sua atmosfera é composta de
dióxido de carbono, além de ser muito fina,
o que a torna incapaz de proteger a
superfície
da
radiação
ultravioleta
proveniente do Sol. Assim, como podes
imaginar, uma missão humana a Marte tem
de ser muito bem planeada.
Figura 177: Turismo Espacial
Começa já a preparar esta fantástica viagem ……..
Elabora um relatório onde deverás procurar responder à seguintes questões:
1. Porque é que escolhi Marte?
2. Quais são as características de Marte que mais me impressionam?
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
213
Actividades
3. Como é que me penso preparar para a viagem?
3.1.
Como irei lidar com a ausência de gravidade?
3.2.
Como me sentirei a viver em poucos metros quadrados?
3.3.
Como farei as minhas refeições? E o que comer?
3.4.
Também levitarei enquanto durmo?
4. Como seria a nave espacial? Que tecnologias seria necessário desenvolver para
efectuar esta viagem tripulada?
4. Na realidade, com a tecnologia actual, uma viagem a Marte, de ida e volta, levaria
cerca de dois anos. Na tua opinião, como é que os astronautas conseguiriam lidar com
o stress e a pressão psicológica, ao viver, por longos períodos de tempo, confinados a
poucos metros?
Destinatários:
Alunos do 3º ciclo de escolaridade e secundário
Sugestão:
Consulte: http://esamultimedia.esa.int/docs/issedukit/pt/html/subj4t.html
214
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Actividades
Actividade proposta nº6
Construção de um calendário 3D
A prioridade das missões espaciais previstas no “Cosmic Vision 2015/2025” dependem da
tecnologia requerida e do seu desenvolvimento, tal como do orçamento disponível para as pôr
em prática. Por outro lado, algumas missões, como, por exemplo, uma missão humana a
Marte, requerem que outras missões a antecedam como forma de preparação. O Programa
Aurora é um bom exercício prático. Este desenvolver-se-á, a longo prazo, em duas fases
principais. A primeira fase do Programa Aurora decorrerá entre 2005 e 2015 e consistirá no
desenvolvimento de conhecimentos e tecnologia para a implementação de uma missão
humana à Lua e a Marte, ou seja, esta primeira fase determinará a viabilidade de se prosseguir
com tal missão.
Descrição da actividade
Nesta actividade pede-se os alunos que construam de um calendário a três dimensões sobre as
missões previstas no Programa Aurora.
Destinatários:
Alunos do 3º ciclo de escolaridade e secundário.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
215
Actividades
Actividade proposta nº7
A Vida e a Habitabilidade no Sistema Solar
A procura das origens da vida no Sistema Solar passa pela exploração da lua de Júpiter,
Europa, a qual revelou, devido às suas características, a probabilidade da existência de vida
num possível oceano de água líquida existente por baixo de uma grande camada de gelo.
Figura 178: Europa Orbiter
Descrição da actividade
O objectivo desta actividade é planificar, projectar e desenvolver uma missão a Europa com
vista à procura de eventuais sinais de vida.
Numa primeira fase, os alunos deverão definir:
216
•
os objectos científicos da missão;
•
o tipo de nave a utilizar na missão;
•
o sistema de propulsão da nave;
•
os instrumentos que deverão integrar a nave;
•
a necessidade, ou não, de sondas de superfície;
•
a duração da missão;
•
a trajectória a efectuar.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Actividades
Uma missão espacial a Europa terá de contar com a colaboração internacional, pois será
demasiado dispendiosa para ser suportada por uma entidade só. No entanto, sabe-se que tanto
os EUA como a Europa ambicionam poder explorar este satélite de Júpiter.
Assim, a segunda fase deste trabalho consistirá numa reunião/debate entre as duas agências
espaciais, numa tentativa de chegarem a um acordo no que toca à realização de uma missão
conjunta a Europa, que satisfaça ambas as partes. Para isso, um grupo de alunos representará a
ESA e o outro grupo representará a NASA. Que ganhe o melhor argumento!
Sugestão:
Consulte: http://esamultimedia.esa.int/docs/issedukit/pt/html/subj4t.html
Destinatários
Esta actividade destina-se aos alunos do ensino secundário.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
217
Actividades
Actividade proposta nº8
Oficina da Heliosfera
Contextualização
Quase todo o Sistema Solar parece reduzir-se, em volume, a um vazio completo. Longe de ser
um nada absoluto, este vácuo compreende o meio interplanetário. Ele inclui várias formas de
energia e pelo menos dois componentes: a poeira interplanetária e o gás interplanetário. A
poeira interplanetária consiste em partículas sólidas microscópicas e o gás interplanetário
corresponde ao fluxo de gás e partículas carregadas, principalmente protões e electrões, que
afluem do Sol, ao qual se dá o nome de plasma. O plasma é transportado através do espaço
interplanetário pelo vento solar.
Figura 179: Os limites da Heliosfera
A velocidade do vento solar, em regiões próximas da Terra varia entre os 400 e os 800 km/s e
a sua densidade ronda as 10 partículas por centímetro cúbico. O mecanismo exacto de
formação do vento solar ainda não é conhecido, no entanto, o vento solar manifesta-se, por
exemplo, na orientação das caudas dos cometas, as quais apontam sempre na direcção oposta
ao Sol. As variações na corona solar, devido à rotação diferencial do Sol e às suas actividades
magnéticas, fazem com que o vento solar se torne instável e variável. Assim quando ocorrem
explosões na “superfície” do Sol, verifica-se um aumento da radiação emitida, a densidade do
vento solar aumenta, e gera-se uma tempestade magnética que deforma a magnetosfera e
produz fenómenos como as auroras polares.
218
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Actividades
O ponto onde o vento solar encontra o meio interestelar é chamada de heliopausa. Esta é a
fronteira teórica do limite do reino do Sol, a cerca de 200 UA de distância dele. O espaço
contido pelas fronteiras da heliopausa, contendo o Sol e o resto do Sistema Solar, é chamado
de heliosfera.
Por outro lado, o campo magnético solar estende-se para além no espaço interplanetário e
corresponde ao campo magnético dominante em todas as regiões interplanetárias do sistema
solar, excepto nas imediações dos planetas, que possuem seus próprios campos magnéticos.
Descrição da actividade:
Nesta actividade propõe-se a organização e elaboração da Oficina da Heliosfera. Esta oficina
será um género de Oficina da Astronomia, mas unicamente orientada para a apresentação à
comunidade escolar da heliosfera, do que se sabe acerca dela e do que pensa vir a descobrir
no próximos anos com o programa espacial “Cosmic Vision 2015/2025”.
A Oficina da Heliosfera comportará uma grande variedade de actividades, como, por
exemplo, trabalhos escritos e práticos feitos pelos alunos, curiosidades, maquetas, recortes de
jornais, revistas, estudos, entrevistas, exploração da informação de sítios da Internet,
propostas de missões espaciais às magnetosferas da Terra e de Júpiter, das regiões polares do
Sol e dos limites da heliosfera, a heliopausa, no âmbito do programa espacial “Cosmic Vision
2015/2025”, etc…
Destinatários
O maior desafio desta Oficina da Heliosfera será proposta aos alunos do ensino secundário.
Pede-se a estes discentes que, entre o leque de missões propostas, criem e desenvolvam o seu
próprio projecto. Este trabalho, moroso e ao mesmo tempo ambicioso, deverá ser feito em
grupo.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
219
Actividades
Cria desenvolve o projecto da tua própria missão espacial
Entre as seguintes missões, escolhe uma:
•
Solar Polar Orbiter
•
Interstellar Heliopause Probe
•
Earth magnetospheric Swarm
Faz uma pesquisa tendo em conta:
•
os fundamentos teóricos que se encontram por trás desta missão;
•
os objectos científicos da missão;
•
o tipo de nave a utilizar na missão;
•
a necessidade, ou não, de uma constelação de naves;
•
o sistema de propulsão da nave;
•
os instrumentos que deverão integrar o conjunto de instrumentos;
•
a duração da missão;
•
a trajectória a efectuar.
Para terminar, desenha o teu logótipo para esta missão.
Para cada missão espacial há um logótipo. O logótipo geralmente inclui diversos elementos,
por exemplo, o nome da missão, as cores da bandeira do país, um elemento representando o
trabalho realizado durante a missão (ex.: investigação) ou um elemento que indica a natureza
da missão (ex.: uma órbita).
Cria o teu próprio logótipo e descreve o que representam os seus diferentes elementos.
Depois, até poderás enviar o logótipo à ESA e, quem sabe, um dia ele poderá voar!
Desafio final: Serás capaz de criar uma maqueta da tua nave espacial?
Cria a maqueta da tua nave, ou constelação de naves, com materiais à tua escolha. Poderás
usar os métodos aprendidos em Educação Tecnológica e em Educação Visual.
220
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Actividades
Actividade proposta nº9
Estudo da praticabilidade de uma Missão de Retorno de Amostras de um Objecto
Próximo da Terra - Near-Earth Object Sample Return
Contextualização
A Europa é líder na exploração de cometas a partir do momento que, em 1986, a nave espacial
Giotto se encontrou com o cometa Halley. Agora , a ESA quer alcançar a mesma proeza com
a exploração dos asteróides, também os mais primitivos corpos do Sistema Solar. O seu
material remota aos primórdios da formação do nosso sistema planetário. Assim, o estudo
destes astros possibilitar-nos-á o acesso à composição química a partir da qual todos os outros
astros se formaram e talvez nos permita compreender os processos que levaram à formação
dos planetas e da origem da vida, pelo menos na Terra.
O objectivo de uma Missão de Retorno de Amostras de um Objecto Próximo da Terra será a
recuperação de amostras do asteróide tipo-C, 1999 JU3, que depois serão trazidas para a Terra
a fim de serem analisadas nos laboratórios terrestres.
Descrição da actividade:
Todas as missões que permitam transportar para a Terra as amostras de outros astros são de
enorme importância científica, mas também se deparam com obstáculos e desafios acrescidos
em relação aos módulos de reconhecimento. Nesta actividade, pede-se aos alunos que façam
um levantamento de todos os obstáculos e dificuldades que uma missão que aterre num
asteróide pode encontrar e que tipo de tecnologia deverá ser desenvolvida de modo que os
obstáculos sejam ultrapassados.
Destinatários
Esta actividade destina-se aos alunos do 3º ciclo e ensino secundário.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
221
Actividades
222
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Conclusão
Capítulo 5: Conclusão
O programa espacial “Cosmic Vision 2015-2025” foi elaborado a partir de 151 ideias
propostas pela Estrutura Consultiva da Ciência da ESA, do qual fazem parte o Grupo de
Trabalho de Astronomia (AWG), o Grupo de Trabalho do Sistema Solar (SSWG), o grupo
Consultivo da Física Fundamental (FPAG) e o Comité Consultivo da Ciência Espacial
(SSAC), assistido pela Direcção Científica da ESA.
O tempo de preparação de uma missão pode ser da ordem dos 10 anos, por isso as missões
espaciais a lançar a partir de 2015 devem começar a ser preparadas atempadamente – daí a
importância dos planos a longo prazo. Concorrem aos programas da ESA consórcios
internacionais que propõem diferentes tipos de missões. Cada consórcio é composto por
várias equipas especializadas, sendo cada uma destas equipas responsável por uma parte da
missão: os corpos celestes a estudar (planetas, estrelas, galáxias, etc.), os instrumentos
científicos da missão, a estrutura da nave espacial, os foguetões para o lançamento, a
electrónica e sistemas de controlo, o envio e recepção de dados na Terra e a análise dos dados
resultantes da missão.
O programa espacial “Cosmic Vision 2015-2025” está dividido em quatro questões
fundamentais, no entanto, neste trabalho apenas foram exploradas as duas primeiras, as quais
remetem para a exploração espacial entre 2015 e 2025, dentro do Sistema Solar.
Quais as condições para a formação de um planeta e surgimento da vida? Esta é a primeira
do conjunto de questões que a ESA se propôs a resolver com o programa da ciência espacial
“Cosmic Vision 2015-2025”.
Nós estamos num momento único da história da Humanidade, pois podemos agora construir
os instrumentos necessários que nos permitem investigar as origens da vida e se estamos ou
não sozinhos no Universo, ou seja, a indústria tecnológica alcançou um estádio de
desenvolvimento tal, que a resposta às questões fundamentais sobre a nossas origens poderá
estar para breve:
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
223
Conclusão
-Haverá outras formas de vida no Sistema Solar e terão elas uma origem independente
daquelas que se desenvolveram na Terra?
A procura da origem da vida no Sistema Solar deve começar com a compreensão do que torna
um planeta habitável e como as condições de habitabilidade se alteram com o tempo, ou seja,
como mudam, melhoraram ou se destoem com o tempo. Por exemplo, actualmente as
condições ambientais na Terra são muito diferentes das existentes na altura em que a vida
surgiu neste planeta.
O estudo dos pré-requisitos básicos para o surgimento e evolução da vida no Sistema Solar,
tal como das condições da habitabilidade, são objecto de estudo no programa “Cosmic Vision
2015-2025”. As missões espaciais estão a ser pensadas com o propósito de explorar in situ a
superfície e a sub-superfície de diferentes astros do Sistema Solar, como fortes candidatos a
revelarem a presença de vida, talvez extinta.
Marte está na mira dos cientistas como o planeta ideal para dar resposta às questões acerca da
habitabilidade do Sistema Solar. As condições actuais da superfície do planeta Marte não são
conclusivas acerca da sobrevivência da vida, mas, por outro lado, este planeta tem uma
história inicial semelhante à do início da Terra, tal como condições que serviram para o
surgimento da vida. Para compreendermos o aparecimento da vida no planeta Terra
precisávamos de conhecer as suas condições iniciais, no entanto, as placas tectónicas
eliminaram completamente os primeiros 500 milhões de anos de história e alteraram
severamente os seguintes 500 milhões de anos. O fenómeno da tectónica de placas são se
verifica, pelo menos aparentemente, em Marte, pelo que ainda mantém o cenário que nos
interessa estudar. O projecto que visa colmatar algumas das nossas lacunas relativamente a
este astro dá pelo nome de Missão de Retorno de Amostras de Marte - Mars Sample Return,
incluído no Programa Aurora, e consiste na recolha de amostras de locais seleccionados em
Marte, fazendo-as depois chegar à Terra para poderem ser analisadas em laboratórios
terrestres.
Os objectivos principais do Programa Aurora são duas missões tipo Retorno de Amostras
de Marte, a realizar entre 2011 e 2017, uma missão humana à Lua, a implementar entre 2020
e 2025, e, por último, uma missão humana a Marte, entre 2025 e 2030.
224
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Conclusão
Por outro lado, Europa, o satélite de Júpiter, poderá ser o único corpo, para além da Terra,
com água no estado líquido. Pensa-se que por baixo de uma grande camada de gelo exista um
oceano de água líquida, onde talvez se possam encontrar evidências de vida. Assim, um
estudo exaustivo da composição do oceano, da crosta de gelo e da estrutura interna de Europa
são exigidos. Estes objectivos da ciência poderão ser conseguidos por uma Sonda Orbital e/ou
Módulo de Reconhecimento a Europa - Europa orbiter and/or lander.
As condições necessárias para o despertar e evolução da vida passam também pela interacção
entre o Sol e o seu sistema planetário. Assim, para caracterizar completamente as condições
necessárias para a sobrevivência e evolução da vida, devemos compreender o sistema
magnético solar, a sua variabilidade, as erupções solares e as interacções entre a heliosfera, as
magnetosferas e atmosferas dos planetas. O nosso conhecimento acerca da estrutura do campo
magnético do Sol poderá ser conseguido com a missão Solar Polar Orbiter.
Como funciona o Sistema Solar? – é a segunda das quatro questões que integram o programa
espacial “Cosmic Vision 2015-2025”.
É no nosso cantinho do Universo, no Sistema Solar, que a procura das origens da vida deve
começar. O conhecimento dos processos solares, da forma como os planetas se protegem do
campo magnético e plasma solares, do porquê dos planetas do Sistema Solar serem tão
diferentes uns dos outros, da informação que cometas e asteróides nos podem dar acerca das
nossas origens, traçam a trajectória para chegarmos à resposta da questão de abertura deste
tema.
As circunstâncias que tornam um planeta habitável são desconhecidas, mas devem depender
do campo magnético do Sol, da interacção entre o vento solar e as magnetosferas dos
planetas, do material que os planetas inicialmente agregaram, entre outros.
Para respondermos a esta segunda questão temos, em primeira instância, de a dividir em três
momentos de estudo. Entre o estudo das magnetosfera da Terra e de Júpiter, vamos ter dois
extremos: o estudo das regiões polares do Sol, com a Solar Polar Orbiter, e o alcance da
heliopausa, a 200 unidades astronómicas, com a Interstellar Heliopause Probe.
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
225
Conclusão
A missão Solar Polar Orbiter será a primeira sonda a revelar as características das regiões
polares do Sol, a uma distância de apenas 45 raios solares, ou 0,21 unidades astronómicas.
A Interstellar Heliopause Mission será projectada para passar para além dos limites da
heliosfera e entrar no meio interestelar e, consequentemente, para observar directamente a
interacção entre o meio interestelar e o Sistema Solar.
A exploração da magnetosfera terrestre passa por uma missão Earth Magnetospheric Swarm,
que visa fornecer a melhor exploração de sempre do campo geomagnético e da sua evolução
temporal, com vista a melhorar a nossa compreensão na vasta região em torno da Terra, onde
os processos electrodinâmicos são influenciados pelo campo magnético terrestre.
Por outro lado, Júpiter constitui um excelente laboratório de estudo para o programa “Cosmic
Vision 2015-2025”, pois o Sistema Joviano é frequentemente visto como uma espécie de
mini-sistema solar. A exploração deste sistema passa pela criação de uma constelação de pelo
menos três naves espaciais a operacionar conjuntamente com sofisticados instrumentos de
análise do plasma, no âmbito do Programa de Exploração de Júpiter, o que irá permitir os
primeiros avanços fundamentais na compreensão da estrutura e da dinâmica deste ambiente
de plasma. Mas, os objectivos científicos do Programa de Exploração de Júpiter não se
resumem ao estudo da magnetosfera, pois o estudo do Sistema Joviano, como um todo,
permitirá construir uma compreensão firme da formação em larga escala dos sistemas
planetários. Daí que o Programa de Exploração de Júpiter também vise o estudo da
origem, da formação e da evolução do Sistema Joviano, tal como da composição e dinâmica
da atmosfera de Júpiter, para além dos já referidos fenómenos magnetosféricos.
Na exploração do Sistema Joviano será necessário o desenvolvimento de uma complexa série
de novas tecnologias, que serão divididas em três tópicos principais: o Jovian Minisat
Explorer (JME), que será usado na exploração do Sistema Joviano, em particular na lua
Europa; o Jupiter Entry Probe (JEP), a sonda que será usada na exploração in situ da
atmosfera de Júpiter até à pressão máxima de 100 bar; e, por último, o Jovian System
Explorer (JSE), cujo objectivo será o estudo da magnetosfera de Júpiter e do Sistema Joviano.
Os asteróides e os cometas, isto é, os pequenos corpos do Sistema Solar, são também os mais
primitivos corpos. O seu material remota aos primórdios da formação do nosso sistema
226
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Conclusão
planetário. Assim, o estudo destes astros possibilitar-nos-á o acesso à mistura química a partir
da qual todos os outros astros se formaram e talvez nos permita compreender os processos
que levaram à formação dos planetas e da origem da vida, pelo menos na Terra.
O objectivo de uma Missão de Retorno de Amostras de um Objecto Próximo da Terra - NearEarth Object Sample Return - será a recuperação de amostras do asteróide tipo-C, 1999 JU3,
que depois serão trazidas para a Terra a fim de serem analisadas nos laboratórios terrestres.
Esta missão foi incluída no programa científico “Cosmic Vision” e visa responder a uma série
de questões relacionadas com a origem do Sistema Solar, como parte integrante do tema
“Como funciona o Sistema Solar?”.
Por outro lado, a prioridade das missões espaciais previstas no “Cosmic Vision 2015/2025”
difere consideravelmente e depende da tecnologia requerida e do seu desenvolvimento, tal
como do orçamento disponível para pôr as missões em prática. Por outro lado, algumas
missões, como, por exemplo, uma missão humana a Marte, requerem que outras missões a
antecedam como forma de preparação.
O planeta Marte constitui um excelente laboratório para estudar questões acerca da
habitabilidade do Sistema Solar. Uma Missão de Retorno de Amostras de Marte – Mars
Sample Return - incluída no Programa Aurora, constitui uma prioridade no “Cosmic
Vision”.
No que concerne ao estudo do plasma e dos campos magnéticos do Sol, da Terra e do Sistema
Joviano e da região do espaço para além da heliopausa, onde o vento solar intercepta o meio
interestelar, as prioridades das missões diferem. Numa primeira instância será levada a cabo a
Earth Magnetospheric Swarm, seguida da Solar Polar Orbiter e, finalmente, uma
Interstellar Heliopause Mission para alcançar a heliopausa e o meio interestelar. Uma missão
aos limites de heliosfera é muito desejada, mas também muito ambiciosa, o que a remete para
datas mais longínquas.
Em relação à exploração dos gigantes gasosos, com os seus anéis, grande diversidade de
satélites e complexos ambientes, estes constituem sistemas fundamentais no estudo dos
sistemas planetários. No caso do estudo in situ de Júpiter, da sua atmosfera e estrutura interna,
no âmbito do Programa de Exploração de Júpiter, será usada uma constelação de naves
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
227
Conclusão
espaciais cuja prioridade se sobrepõe à exploração da superfície e sub-superfície do seu
satélite Europa com um módulo de reconhecimento de Europa - Europa Lander, que será
uma missão para mais tarde. O motivo prende-se com o facto da necessidade de tecnologia
inovadora para explorar um possível oceano de água líquida por baixo de uma camada de
gelo.
O objectivo de uma Missão de Retorno de Amostras de um Objecto Próximo da Terra Near-Earth Object Sample Return - será a recuperação de amostras de um asteróide
primitivo, que depois serão trazidas para a Terra a fim de serem analisadas nos laboratórios
terrestres. O estudo do material primordial a partir do qual se formaram os planetas é uma
prioridade no programa espacial “Cosmic Vision 2015/2025”.
Para concluir, o objectivo geral deste trabalho passa por focar a localização do planeta Terra
no Universo e, em particular, no Sistema Solar e a sua inter-relação com este sistema. A
questão de abertura “Será que a vida existe noutros mundos ou estaremos sozinhos no
Universo?” é agora mais pertinente do que nunca. Os alunos devem ser sensibilizados para o
carácter dinâmico da Ciência, tão evidente em episódios que fazem parte da própria história
da Ciência. Este documento permite reflectir sobre a ideia de exploração espacial do Sistema
Solar, prevista para os próximos anos, nomeadamente entre 2015 e 2025, no âmbito do
programa Cosmic Vision, e permitirá aos alunos identificar a Ciência como uma actividade
humana.
228
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Lista de Referências
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Capítulo 1: Explorando o Sistema Solar
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http://www.esa.int/SPECIALS/Rosetta/ESAIBF7708D_1.html#subhead2
•
http://www.esa.int/SPECIALS/Rosetta/ESAP6F7708D_1.html
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http://www.esa.int/esaLP/ESA3QZJE43D_LPswarm_0.html
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http://www.esa.int/esaLP/SEM5YH8ATME_LPswarm_0.html
•
http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=38982
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http://pt.wikipedia.org/wiki/Heliosfera
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http://astro.if.ufrgs.br/esol/esol.htm
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http://heasarc.gsfc.nasa.gov/nasap/docs/solar2_p/sun_p.html
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http://www.on.br/glossario/alfabeto/m/mercurio.html
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http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=36022
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http://umbra.nascom.nasa.gov/SEC/secr/missions/ISP2.html
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http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=40866
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http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=35982
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http://www.esa.int/SPECIALS/CDF/SEMV5DULWFE_0.html
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http://www.lpi.usra.edu/opag/may_06_meeting/presentations/falkner.pdf
•
http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=40608
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Lista de Referências
Capítulo 4: Propostas de Actividades a realizar com os alunos do Ensino Básico e
Secundário no âmbito d′O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
Sítios na Internet:
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http://esamultimedia.esa.int/docs/issedukit/pt/html/t010605e1.html
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http://sohowww.nascom.nasa.gov/classroom/classroom.html
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http://www.aiaa.org/content.cfm?pageid=473&vupage=cl_exp
•
http://astro.if.ufrgs.br/solar/solarsys.htm
•
http://esamultimedia.esa.int/docs/issedukit/pt/html/subj4t.html
•
http://www.minerva.uevora.pt/ticiencia/estrelas/m1.htm
Capítulo 5: Conclusão
Sítios na Internet:
•
http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=38543
•
http://www.portaldoastronomo.org/cronica.php?id=76
•
http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=38656
O Futuro da Exploração Espacial Europeia do Sistema Solar
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