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Saturno boiaria na água
A densidade média de Saturno é de 0,69 grama por centímetro cúbico, e a água líquida tem 1,0: o planeta inteiro flutuaria.
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O planeta mais leve que a água
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Encha uma banheira e jogue dentro uma pedra do jardim. Ela afunda na hora, sem drama e sem exceção. Jogue uma rolha, uma tábua de pinho, uma bola de isopor, e as três ficam boiando. A regra que decide a briga é uma só, e ela não tem nada a ver com peso: o que manda é a densidade, a massa dividida pelo volume que ela ocupa.
A água líquida vale 1,0 grama por centímetro cúbico, e ela é a régua contra a qual tudo se mede. Quem passa de 1,0 desce, quem fica abaixo sobe até encontrar a superfície. Um navio cargueiro de aço pesa dezenas de milhares de toneladas e flutua tranquilo porque o casco é oco e a média do conjunto fica leve.
Agora aplique a mesma régua a um planeta. A pergunta soa infantil e não é: massa e volume são medidos com precisão altíssima para os corpos grandes do sistema solar, e a divisão devolve um número tão concreto quanto o da rolha.
O resultado do teste é bem chato para quase todo mundo. A Terra vale 5,51, Mercúrio 5,43, Vênus 5,24, Marte 3,93. Nenhum deles chega perto de boiar, porque planeta rochoso é feito de silicato e ferro, material que afunda em água com folga enorme.
Os gigantes gasosos melhoram a nota, mas não o bastante. Júpiter fica em 1,33, Netuno em 1,64, Urano em 1,27, todos ainda acima da linha da água. Um único corpo do sistema solar cruza a fronteira para o lado errado do gráfico, e ele é justamente o mais fotogênico da vizinhança.
O detalhe fica mais estranho quando se olha o tamanho da coisa que estaria boiando. Não se trata de um pedregulho gelado perdido no cinturão externo, e sim de um mundo com 95 vezes a massa da Terra, largo o suficiente para engolir nove planetas iguais ao nosso enfileirados no equador.
A imagem da banheira é uma brincadeira útil, porque nenhuma banheira desse tamanho existiria. O que a brincadeira acerta é a física por trás dela: o número é real, medido, publicado e verificado por sonda que passou treze anos em órbita.
O interessante começa quando se pergunta de que material um mundo tão grande precisa ser feito para ficar tão leve, e como alguém mediu a massa de uma bola de gás a mais de um bilhão de quilômetros de distância.
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I A Curiosidade do Dia
O único planeta que fica abaixo da linha da água
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Densidade média de planeta é uma conta de duas variáveis, e as duas são medidas de longe. A massa sai do jeito que o corpo puxa outra coisa, e o volume sai do tamanho aparente do disco combinado com a distância conhecida até ele.
Para Saturno, o número consolidado é 0,687 grama por centímetro cúbico. A água líquida em condição normal vale 1,0. A diferença de mais de 30% coloca o planeta na mesma faixa de densidade do pinho seco, da cortiça prensada e de boa parte das madeiras que se usam em barco pequeno.
A tabela do sistema solar deixa a exceção evidente:
1. Terra: 5,51 gramas por centímetro cúbico.
2. Júpiter: 1,33 grama por centímetro cúbico.
3. Netuno: 1,64 grama por centímetro cúbico.
4. Saturno: 0,687 grama por centímetro cúbico.
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Saturno tem quase o mesmo diâmetro de Júpiter e menos de um terço da massa dele, e essa combinação é o que empurra a média para baixo da água.
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O contraste entre os dois gigantes vale um parágrafo próprio. Júpiter tem 318 vezes a massa da Terra, Saturno tem 95. Em diâmetro equatorial, Júpiter mede cerca de 143 mil quilômetros e Saturno cerca de 120 mil, uma diferença de apenas 16%. Muito menos massa distribuída em quase o mesmo volume devolve uma média baixa.
A palavra média carrega o peso da frase e merece atenção. Ninguém está dizendo que Saturno é feito de espuma uniforme: o topo das nuvens tem gás rarefeito que não daria para sentir na mão, e o miolo do planeta guarda material comprimido a milhões de vezes a pressão atmosférica da Terra.
O que o número diz é o resultado da divisão do conjunto, exatamente como no cargueiro de aço. Aço puro afunda, o navio flutua, e a média do casco com o ar dentro fica abaixo de 1,0. Saturno faz a mesma jogada em escala planetária, com hidrogênio no lugar do ar.
A precisão do dado vem da sonda Cassini, que orbitou o sistema saturniano entre 2004 e 2017 e passou os últimos meses mergulhando entre o planeta e os anéis. Cada passagem rasante mediu variações mínimas no campo gravitacional, e o conjunto refinou massa e distribuição interna a um nível que telescópio nenhum alcança.
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II A História Por Trás
Uma bola de hidrogênio pesada por uma lua
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A leveza do planeta vem da lista de ingredientes. Saturno é composto de cerca de 96% de hidrogênio e 3% de hélio em número de moléculas, os dois elementos mais leves da tabela periódica, sobras diretas da nuvem que formou o Sol.
Hidrogênio é o material mais leve que existe, e em pressão moderada ele ocupa muito espaço para pouca massa. Um planeta feito quase só disso fica enorme sem ficar pesado, e a única coisa que aumenta a densidade é a compressão gerada pelo próprio peso das camadas de cima.
Descer pela atmosfera de Saturno é uma viagem sem chão. As camadas vão ficando densas de forma gradual, o gás vira um fluido supercrítico sem fronteira nítida, e em profundidade suficiente o hidrogênio passa a se comportar como metal líquido, conduzindo eletricidade e alimentando o campo magnético do planeta.
Bem no centro existe um núcleo de rocha e gelo com algo entre 9 e 22 vezes a massa da Terra, dependendo do modelo. Ele é denso, comprimido e pequeno perto do todo, e está enterrado sob dezenas de milhares de quilômetros de material leve que dilui a média final.
A medida da massa é a parte mais elegante da história, e ela é anterior a qualquer sonda. Basta observar uma lua: pelo tempo que ela leva para dar uma volta completa e pelo raio da órbita, a terceira lei de Kepler combinada com a gravitação universal devolve a massa do corpo central, sem que ninguém precise chegar perto.
Titã, descoberta por Christiaan Huygens em 1655, foi a primeira régua disponível. Ela leva quase 16 dias para completar uma volta a cerca de 1,2 milhão de quilômetros de distância, e esses dois valores bastavam para estimar a massa de Saturno com telescópio de vidro e caderno de anotação.
"Altissimum planetam tergeminum observavi." Galileu Galilei, carta a Belisario Vinta, 1610.
O anagrama de Galileu registra o quanto o planeta confundiu quem olhou primeiro. Ele viu o disco com duas protuberâncias laterais e descreveu um corpo triplo, porque a luneta da época não resolvia o anel, e foi Huygens quem entendeu a estrutura em 1656.
O volume, a segunda variável da conta, sai do raio. Medindo o ângulo que o disco ocupa no céu e sabendo a distância exata, obtida hoje por tempo de ida e volta de sinal de rádio até a sonda, chega-se ao raio com margem de erro pequena, e a esfera achatada é calculada a partir dele.
Com massa e volume na mão, a divisão devolve 0,687 e a conversa acaba. O número não depende de teoria nova nem de interpretação: é a mesma aritmética que decide se a rolha boia, aplicada a um objeto de 568 quintilhões de toneladas.
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