Construíndo planetas em sacos de plástico

No ano passado, o astronauta Donald R. Pettit (NASA/Johnson Space Center) estava a bordo da Estação Espacial Internacional preparando o seu programa científico semanal para Sábado de manhã, no qual fazia várias experiências em que salientava as coisas divertidas que se podem fazem em microgravidade. Diante dele estavam sacos de plástico contendo sal, açúcar e grãos de café. A demonstração que tinha planeado para essa manhã era simples – agitar os sacos e observar o que acontecia. Mas Pettit estava longe de saber que poderia resolver experimentalmente um dos paradoxos mais complexos acerca da formação de planetas.

Durante décadas os teóricos têm tido dificuldade em “cultivar” planetas começando a partir de pequenas partículas de pó de um disco protoplanetário de gás e pó. Um ambiente turbulento com ventos fortes e impactos de grandes velocidades (100 metros por segundo) entre objectos pequenos com o tamanho de milímetros originavam dificuldades ao crescer para pedaços maiores (mais de 1cm) sem que se partissem de novo. Ninguém tinha visto tal experiência.

Pettit começou a agitar os sacos em frente das câmaras. Em poucos segundos, como o vídeo mostra, os grãos agregaram-se para formar estruturas à escala de centímetros. Estes glóbulos parecem particularmente fortes, colidindo com as paredes do saco de plástico e permanecendo maioritariamente intactos.

O seu colega, o astronauta Stanley G. Love (NASA/JSC), estava a trabalhar na parte de comunicações com a nave na sede de controlo da missão em Houston, Texas, quando Pettit começou a enviar as imagens. Love, cujo treino em ciência planetária envolvia asteróides e colisões, imediatamente deu conta das implicações desta simples demonstração. Rapidamente comentou com Pettit: “Don! Já te apercebeste que resolveste o estádio intermédio da acreção planetária?”

Ambos são os primeiros a admitir que a experiência está desprovida de teor científico quantitativo. Os detalhes estão longe de estarem controlados ou precisos. Mas, mesmo que algumas quantidades sejam irrealísticas para um disco protoplanetário – tal como a densidade de partículas e a densidade do ar – o efeito funciona para diferentes materiais que são homogéneos (sal) e heterogéneos (grãos de café). Também funciona para partículas de vários tamanhos, desde 0.5mm até 6mm em diâmetro.

O par propôs uma explicação para o fenómeno – electrostática. Quando Pettit esfregou o seu dedo no saco, as partículas lá dentro foram instantaneamente atraídas para o lugar que tinha esfregado. Enquanto a carga eléctrica de cada grão é desconhecida, a maioria dos especialistas concordam que a electrostática e troca de carga entre partículas tem lugar na nebulosa protoplanetária. Observações deste tipo são fundamentais para provar que a electrostática tem um lugar importante na formação de planetas. Também há quem diga que esta ideia está longe de ser imaginação. Certos teóricos previram que relâmpagos podem existir dentro de berçários planetários. Vemos relâmpagos em vários ambientes secos da Terra, tal como em cinzas vulcânicas e tempestades de areia.

A maior preocupação acerca do estudo é a escala. Será que grãos de sal a saltitar de um lado para o outro dentro de um saco podem verdadeiramente representar pedaços protoplanetários de um sistema solar primordial? Será que a densidade de partículas no saco, a quantidade de colisões observadas, a força aparente dos aglomerados e as cargas dentro do saco se assemelham às circunstâncias e podem de algum modo ser relacionadas com o passado do nosso planeta? Pettit e Love não dizem saber as respostas – apenas mostraram a experiência como um meio de mobilizar os teóricos na direcção de uma potencial solução.

Mesmo assim, os dois astronautas podem especular. Quando Love perguntou a Pettit se era assim que se poderia fazer um Júpiter, ele respondeu: “Vou precisar de um saco maior”.