Alessandro Morbidelli é especialista em evolução e formação de sistemas planetários e ocupa a cátedra de formação planetária no Collège de France. O astrofísico relembra sua carreira, que o levou da Itália às origens da vida.
(Esta entrevista foi publicada originalmente em francês na edição 15 da revista CNRS Cadernos de Ciências )
Você é um cientista de renome mundial e um dos primeiros a propor o modelo de Nice. Você poderia nos descrever esse modelo?
Alessandro Morbidelli 1: O modelo de Nice foi desenvolvido inicialmente em 2005. É cenário da dinâmica da etapa mais recente da formação do Sistema Solar, quando adquiriu a estrutura que possui hoje. Introduz a noção de fases de instabilidade dinâmica. A ideia central do modelo baseia-se na presença e mobilidade de planetas gigantes como Júpiter e Saturno durante a formação de sistemas planetários. Com o tempo, suas órbitas mudam e se transformam, porque são muito instáveis. Os planetas gigantes interagem entre si e, ao fazê-lo, têm um efeito poderoso no resto do Sistema Solar. Quando passam perto de populações de pequenos corpos, perturbam as suas órbitas e dispersam-nos.
Mas assim que você tem instabilidade, você também passa por fases caóticas. Quando executamos nosso modelo, às vezes perdíamos um gigante de gelo (Netuno ou Urano) e, ocasionalmente, até acabávamos com os gigantes gasosos. (Júpiter e Saturno, nota do editor) em órbitas excêntricas. A grosso modo, em 5 a 10% dos casos cairíamos de pé com uma estrutura semelhante ao nosso Sistema Solar. Contudo, em termos absolutos, um modelo que tente replicar esta estrutura com uma taxa de sucesso tão baixa não é suficientemente robusto para ser convincente. Foi a descoberta do primeiro exoplaneta em 1995 que confirmou o nosso modelo. A partir de então, sabíamos que os sistemas planetários poderiam apresentar uma ampla gama de estruturas. Desde então, o modelo de Nice tornou-se amplamente aceite e foi até aperfeiçoado.
Mas como se formam os sistemas planetários?
SOU: Tudo começa com uma nuvem de matéria que, ao colapsar sob o seu próprio peso, forma uma estrela. A matéria restante que não é arrastada para baixo no colapso forma um disco em torno da nova estrela, chamado disco protoplanetário, que eventualmente dará origem aos planetas que compõem o sistema planetário. A poeira contida nesta nuvem de restos de matéria começa a se aglomerar, formando inicialmente pequenos corpos como cometas e asteróides, que por sua vez começam a colidir uns com os outros, gerando corpos maiores que se tornarão planetas.
A teoria padrão postula que cada planeta nasceu exatamente onde se encontra hoje. Então, a ideia de que esses corpos celestes se formaram em órbitas diferentes daquelas em que estão hoje foi revolucionária. Porém, já se sabia que os planetas gigantes foram os primeiros a existir, num processo que demorou menos de 10 milhões de anos. À medida que se formaram, acumularam parte do hélio e do hidrogênio restantes no sistema. Quanto aos planetas rochosos (Mercúrio, Vénus, Terra e Marte), os dados geoquímicos recolhidos na Terra sugerem que surgiram 100 milhões de anos depois.
Como você modelou a formação de sistemas planetários?
SOU: Depois de concluir o mestrado em física na Universidade de Milão, não sem alguns altos e baixos, foi em Namur (Bélgica) que a minha carreira de investigação realmente começou. Lá fui recebido por um professor extremamente simpático, Jacques Henrard, que me apresentou a teoria do caos, ou seja, a teoria das perturbações. Cientificamente falando, encontrei-me na interface entre a física e a matemática e, até certo ponto, um pouco afastado da minha paixão pela astrofísica. Mas finalmente consegui voltar-me para a astronomia graças às inúmeras aplicações da teoria do caos, que decidi aplicar à mecânica celeste. Foi então que comecei a estudar os efeitos das perturbações de Júpiter nos asteróides.
Foi essa pesquisa que me chamou a atenção, por assim dizer. Meu trabalho foi notado por pesquisadores do observatório OCA, em Nice (sudeste da França), que naquela época, no início da década de 1990, realizavam as primeiras simulações numéricas na tentativa de entender como os meteoritos poderiam ser deslocados do cinturão de asteróides. ( localizado entre as órbitas de Marte e Júpiter, nota do editor) em direção à Terra.
Naquela época, os pesquisadores do Observatório testemunhavam alguns fenômenos estranhos. Quando modelaram o movimento dos asteroides, não conseguiram descobrir por que as órbitas estáveis de alguns objetos ficavam subitamente distorcidas. Eles até atribuíram isso a erros de cálculo. Isso foi em 1992, e como eu já havia trabalhado com dinâmicas e efeitos caóticos, os pesquisadores do OCA me ofereceram uma bolsa de pós-doutorado para que eu pudesse analisar suas simulações, verificar se estavam corretas e, principalmente, descobrir o que estava causando o comportamento que estavam observando. Resumindo, entrei na astronomia pela porta dos fundos. No ano seguinte consegui uma vaga em astrofísica no CNRS. Esse foi o início de uma longa aventura.
Naquela época, em que estado estava a astrofísica?
SOU: Foi então que recebemos as primeiras imagens dos planetas gigantes e suas luas, enviadas pelas espaçonaves Voyager 1 e 2. Estávamos bem no início da exploração espacial do Sistema Solar exterior, e isso levou a duas grandes revoluções. A primeira foi em 1992, com a descoberta do cinturão de Kuiper, uma população de pequenos objetos situada além de Netuno. Era quase como se o Sistema Solar conhecido tivesse duplicado de tamanho. Poderíamos agora começar a explorar uma região que contém os vestígios das origens do nosso sistema. É claro que na altura não sabíamos nada sobre exoplanetas.
A segunda revolução ocorreu em 1995, com a descoberta do primeiro exoplaneta, 51 Pegasi B, por Didier Queloz e Michel Mayor. Ambas as descobertas, o cinturão de Kuiper e os exoplanetas, transformaram a ciência planetária e abriram novos campos de pesquisa astronômica. Hoje, ainda fico impressionado com as imagens diretas de exoplanetas orbitando suas estrelas, ou com as imagens em close do objeto Arrokoth, do cinturão de Kuiper, capturadas pela espaçonave New Horizons. Nunca pensei que veria isso com meus próprios olhos.
De que forma a descoberta do primeiro exoplaneta transformou a sua investigação e abalou tudo o que os astrofísicos pensavam saber?
SOU: Mudou tudo! Como acontece sempre que algo realmente novo é descoberto, causa certo pânico. De repente você tem um novo campo de pesquisa, tem que mergulhar nele, tem que repensar tudo, e sua zona de conforto vira de cabeça para baixo. Por outro lado, novas descobertas como esta são inspiradoras.
A detecção de exoplanetas foi de fundamental importância porque rapidamente despertou a consciência de que outros sistemas planetários eram bastante diferentes do nosso. Neste caso, o primeiro planeta extrassolar observado foi uma espécie de Júpiter orbitando muito próximo da sua estrela, a uma distância semelhante à de Mercúrio ao Sol. (cerca de 58 milhões de km, nota do editor). Foi totalmente inesperado! O paradigma então baseava-se unicamente na estrutura do nosso próprio Sistema Solar: planetas rochosos próximos das suas estrelas e gigantes gasosos mais afastados.
Após estas observações, rapidamente percebemos que o nosso Sistema Solar era realmente uma exceção. Naquela época, para ser aceito pela comunidade astrofísica, qualquer modelo de evolução do Sistema Solar tinha que operar de forma quase determinística. Os modelos deveriam ser capazes de reproduzir o Sistema Solar sempre. Mas simplesmente não conseguimos. A partir do momento em que os primeiros exoplanetas foram descobertos, ficou claro que os sistemas planetários eram extremamente diversos. Não se podia mais esperar que os modelos surgissem sistematicamente com outros que fossem semelhantes em todos os aspectos aos nossos. Esta foi uma grande mudança de paradigma e permitiu que o modelo de Nice fosse visto favoravelmente pelos astrofísicos.
O que fez você decidir se tornar um cientista planetário?
SOU: Eu devia ter uns 5 ou 6 anos quando descobri o céu noturno. Naquela época, a nossa família costumava ir de férias a uma pequena aldeia nas montanhas com vista para o Lago de Garda, nos Alpes italianos. Eu adorava sair no jardim à noite para brincar com as sombras. Foi uma forma de superar meu medo. E quanto mais eu ficava do lado de fora, mais meus olhos se acostumavam com a escuridão circundante. Até que um dia olhei para o céu e vi a Via Láctea. Algo quase inimaginável hoje (devido à poluição luminosa, nota do editor), mas naquela época você realmente podia ver isso. E lembro-me vividamente de voltar para casa para ligar para meu pai e perguntar o que era. Ele voltou para fora comigo e, mesmo sendo químico, conseguiu explicar a vista maravilhosa que contemplamos.
Mais tarde, os meus pais deram-me de Natal um pequeno telescópio usado de 114 mm que eu costumava levar nas férias para observar as estrelas. Também usei na cidade, onde as condições de observação estavam longe das ideais. Mesmo assim, descobri que em Milão, onde morei até os 22 anos, o céu estava claro o suficiente para permitir observar muito bem os planetas e a Lua. Talvez seja por isso que me tornei um cientista planetário.
Nos últimos meses, você e a astrofísica Maud Langlois coordenaram conjuntamente 2 um programa CNRS 3 que visa conceber instrumentos para ajudar a comunidade científica a detectar evidências de vida em torno de estrelas relativamente próximas da nossa. Que conexão existe entre a ciência planetária e as origens da vida?
SOU: Temos que assumir que a vida não pode surgir em nenhum outro lugar a não ser num planeta. Então, faz sentido primeiro tentar entender como esses corpos se formam. O surgimento da vida depende também das características do planeta que a abriga, como sua órbita, a que distância está de sua estrela, como é afetado por suas luas, se houver, por convecção interna em seu manto, por placa tectônica e pela estabilidade de seu clima na presença de uma estrela que está passando por rápidas mudanças.
O programa que codirigo envolve astronomia, geoquímica, geofísica e biologia. Os biólogos estão lá para nos dizer que tipos de ambiente são provavelmente propícios à vida. O trabalho dos geofísicos é compreender como tais ambientes podem se desenvolver num planeta que inicialmente era um mundo de magma. E nós, astrónomos, temos de tentar descobrir como se formam esses planetas, como surgem corpos semelhantes à Terra e super-Terras, por exemplo. Para atingir estes objectivos, tivemos, portanto, de criar novos instrumentos de investigação e concebê-los. Fiquei um pouco hesitante no início, mas é preciso encarar os factos: se quisermos desvendar os mistérios das origens da vida, não temos outra escolha senão desenvolver novas ferramentas analíticas, de medição e deteção. Foi esta percepção que finalmente me convenceu a comprometer-me totalmente com este programa.’
2. Centro de Pesquisa Astrofísica de Lyon (CNRS/École Normale Supérieure de Lyon/Universidade Claude Bernard Lyon 1).