Fiery Sun

QUAL O PLANETA MAIS QUENTE DO SISTEMA SOLAR?

Por Hindemburg Melão Jr.

 

A simples informação sobre qual o planeta mais quente seria inútil e sem importância, mas os motivos pelos quais ele é o mais quente e como se determina sua temperatura tornam essa questão muito interessante, além de ser importante para a preservação da vida em nosso planeta. 
 
Antes de tudo, é importante especificar melhor a pergunta: qual é a temperatura máxima na superfície de um planeta do Sistema Solar? Não é a mesma coisa que a temperatura no planeta, de modo geral. Se a pergunta fosse qual é o planeta do Sistema Solar no qual ocorre a maior temperatura, sem especificar que se trata da temperatura na superfície, a resposta seria Júpiter, cuja tempera no centro chega a cerca de 30.000 K. Isso sem contar a magnetosfera de Júpiter, que chega a 100.000.000 K, mais quente que o núcleo do Sol. Mas se considerar exclusivamente a temperatura na superfície, então há dois fortes candidatos: Mercúrio e Vênus, e nesse caso é preciso especificar se se está falando da tempera média na superfície ou temperatura máxima na superfície. 
 
A temperatura no centro de uma estrela é relativamente fácil de calcular, com base na pressão térmica necessária para contrabalançar à atração gravitacional e estabelecer o equilíbrio hidrostático. Embora as estrelas sejam constituídas por plasma ionizado, com diferentes níveis de metalicidade, pode-se adotar, como boa aproximação, o mesmo modelo utilizado para um gás ideal, o que torna o cálculo muito simples, e com isso encontra-se resultados razoavelmente acurados. No caso do Sol, por exemplo, com esse método encontra-se o valor de 10.000.000 K para sua temperatura central, bem perto da temperatura calculada com base em modelos mais sofisticados (e supostamente mais acurados), que levam em conta sua constituição real, em vez de tratá-lo como um gás ideal, que resultam em cerca de 15.800.000 K. 
 
Para planetas a situação é diferente, especialmente os rochosos, porque assumir a hipótese de que são constituídos por um gás ideal não é uma aproximação razoável, porque o comportamento das rochas submetidas a diferentes temperaturas e pressões não se assemelha ao comportamento dos gases. Mesmo assim pode-se chegar em resultados com ordem de grandeza correta. 
 
No caso da temperatura na superfície de uma estrela, a determinação é muito simples, basta verificar sua classe espectral e já se tem uma estimativa bastante razoável para sua temperatura. O diagrama de Payne-Hertzsprung-Russell mostra como varia a temperatura na superfície de uma estrela em função de sua cor: 

 

A massa, a luminosidade, o diâmetro e a expectativa de vida também apresentam forte correlação positiva com a classe espectral se as estrelas estiverem na sequência principal, mas não se já tiverem saído da sequência principal, como acontecerá ao Sol daqui a 5 bilhões de anos, quando ele aumentará cerca de 100 vezes seu diâmetro, mas sua temperatura na superfície continuará sendo razoavelmente bem representada por sua cor, que ficará avermelhada e a temperatura na superfície cairá para cerca de 3500 K. Portanto a cor funciona como indicador de temperatura mesmo para estrelas fora da sequência principal. 
 
Para uma medida mais acurada da temperatura na superfície, pode-se considerar a distribuição espectral, seu índice de cor B-V e sua metalicidade. 
 
Nos casos de planetas, o cálculo da temperatura na superfície também é mais simples (quando não há atmosfera envolvida). A temperatura na superfície de um planeta depende basicamente da quantidade de energia recebida por unidade de área (recebida do Sol, nos casos de planetas no Sistema Solar) e da fração dessa energia absorvida pela superfície. Há mais alguns fatores a considerar, como a dimensão fractal da superfície, a rotação, a condutividade térmica do material etc., mas considerando exclusivamente a energia incidente e a refletida já se tem uma boa aproximação, exceto algumas poucas exceções. O satélite de Saturno Encélado, por exemplo, apresenta albedo muito anormal, sendo mais quente nas regiões que se esperava que fosse mais frio e vice-versa. Mas na maioria dos outros objetos cujas temperaturas foram medidas diretamente, verificou-se que as previsões teóricas coincidiam muito bem com as aferidas experimentalmente. 
  
No caso da Terra, por exemplo, a energia solar que chega em nossa região é suficiente para aquecer um corpo negro até 130ºC, mas a Terra reflete cerca de 30% da energia que recebe, deixando a temperatura bem mais amena. A atmosfera da Terra também contribui para reduzir a amplitude de variação de temperatura entre o dia e a noite. 
 
O gráfico a seguir mostra o fluxo energético que a Terra recebe do Sol em cada comprimento de onda. A curva amarela mostra as intensidades acima da atmosfera e a curva vermelha mostra as intensidades no solo. O vapor d’água e o CO2 filtram grande parte da luz que chega do Sol, além disso, filtram seletivamente mais determinados comprimentos de onda do que outros. 
  

 

Por isso a quantidade de UV que chega do Sol, aquece a superfície, e a superfície passa a irradiar em IR, a quantidade de IR emitida não atravessa de volta a atmosfera na mesma proporção que o UV que chegou, acumulando calor. Além do CO2, outros componentes da atmosfera também contribuem para esse efeito, ou para o efeito contrário, e o conjunto de todos os componentes acaba resultando nas condições climáticas que temos. O H2O desempenha um papel mais importante que o CO2, por isso em cidades litorâneas a noite é mais quente que nos desertos, enquanto o dia nos desertos é muito mais quente. O grande problema do CO2 é que, diferentemente do H2O, seus efeitos podem ser cumulativos ao longo das décadas, séculos e milênios, podendo inclusive provocar desastres ecológicos. 
  
Quanto cada gás filtra cada comprimento de onda da luz, em conjunto com outros gases, é um efeito ainda pouco conhecido, por isso a complicação maior ocorre quando o planeta possui uma atmosfera densa. Pode-se fazer uma modelagem não-paramétrica (um ajuste polinomial) dos resultados empiricamente observados para uma atmosfera específica, como no caso da Terra, e correlacionar a variação da temperatura com o aumento na concentração de CO2, mas como não se tem um modelo teórico generalizado para explicar como ocorrem essas variações, não há como extrapolar esses resultados de modo a estimar os efeitos numa atmosférica genérica, ou mesmo uma atmosfera específica diferente da terrestre. Seria necessário fazer um modelo não-paramétrico para cada atmosfera que se desejasse investigar, e coletar dados sobre diferentes concentrações de diferentes gases e o impacto disso sobre a temperatura da atmosfera em pauta. Ou, idealmente, seria necessário investigar muitas atmosferas e as correlações entre as concentrações de diferentes gases com a temperatura produzida, para criar uma teoria geral que explicasse os efeitos. Na ausência de tal teoria, usando o que se conhece até o momento, não há como determinar quanto seria necessário aumentar a massa atmosférica de Marte, por exemplo, para elevar sua temperatura até igualar à temperatura que temos na Terra, ou reduzir a densidade e a concentração de CO2 e H2SO4 na atmosfera de Vênus para deixá-lo com um clima similar ao da Terra. 
 
Os antigos gabinetes de computador, brancos ou de cores claras, eram bem planejados, para refletir mais luz e aquecer menos, enquanto os novos gabinetes pretos são ruins, porque aquecem desnecessariamente mais e reduzem a performance, além de reduzir a vida útil de todos os componentes. Nos casos de capas de piscina para preservar o calor é o contrário, porque as azuis refletem mais, contribuindo menos para o aquecimento, enquanto as capas pretas são mais eficientes. Os coletes salva-vidas de cor laranja, por exemplo, são menos eficientes do que se fossem amarelos ou brancos, pois refletiriam mais luz e seriam visíveis a distâncias maiores, facilitando o resgate e aumentando a probabilidade de sobrevivência das vítimas, conforme descrevi num artigo que publiquei em 2004, em resposta à pergunta que recebi de um amigo sobre trajetória para maximizar a eficiência nos resgates a vítimas de naufrágios, e sugeri que muito mais importante do que otimizar em 1% a trajetória seria otimizar em 20% a cor dos salva-vidas para maximizar o albedo e maximizar a distância até a qual os náufragos seriam enxergados. 
 
Concluída essa breve introdução, agora podemos tratar do problema propriamente. Minha motivação para escrever esse artigo foi devido a uma pergunta postada em um grupo sobre Astronomia, pelo estudante de Engenharia Mecânica Noé Catone Catone. Infelizmente, como é habitual nestes grupos, foram postadas várias piadas sem graça, vários comentários ofensivos, vários comentários incorretos, e nenhuma resposta adequada, num total de mais de 500 postagens, entre as quais houve duas tentativas bastante razoáveis e bem-intencionadas de tentar explicar a situação. Houve também várias pessoas rindo da pergunta, o que, em minha opinião, deveria ser punido com 30 chibatadas e banimento permanente. 
 
Mas o pior de tudo é que foi postado o link para uma revista de divulgação científica de grande circulação, na qual consta uma “resposta” muito infeliz. Coloquei “resposta” entre aspas porque na verdade nem se pode dizer que seja uma resposta, já que não esclarece o que foi perguntado. Além disso, é superficial, incorreta e contém erros sobre mais temas do que o abordado na pergunta, inclusive erros de Ensino Médio. Seria de se esperar mais qualidade de uma revista que já teve tiragem de 400.000 exemplares, num total estimado de 2 milhões de leitores. O link para o texto da revista é este: 
 
https://super.abril.com.br/blog/oraculo/como-venus-e-o-planeta-mais-quente-do-sistema-solar-se-mercurio-esta-mais-perto-do-sol/?fbclid=IwAR0qM6TEry4B7KRWeQHzk-s5XS4_Fz9MR4YXJex461zOEFji1kL6D2j6aJ8 
 

 

Antes de apresentar uma resposta apropriada, acho necessário analisar brevemente a resposta publicada nesta revista: 
 
Começarei pelo mais grave: Vênus não é 14 vezes mais quente do que a temperatura média em Cuiabá. A temperatura máxima em Vênus não chega a 3 vezes a temperatura média de Cuiabá. A escala Celsius não tem um zero absoluto, por isso não se pode fazer operações de multiplicação e divisão, sem antes converter para uma escala de proporção. Isso é um erro de ensino fundamental, qualquer criança que não tenha se limitado a decorar fórmulas para tirar notas, e tenha aprendido o básico sobre Física, sabe que não se pode multiplicar ou dividir temperaturas em graus Celsius, nem em qualquer outra escala que não seja Kelvin. Um completo absurdo haver um erro desses numa revista de divulgação. 
 
Além disso, a pseudo-resposta não ofereceu nenhuma explicação à pergunta. Apenas disse “é assim” e pronto. É muito triste que uma revista tenha publicado isso, e mais triste ainda que uma pessoa, inadvertidamente, confiando na autoridade da revista, copiou e colou o link entre as respostas, e outras pessoas curtiram, como se fosse uma reposta adequada, prestando um grande desserviço, com a disseminação de informações incorretas. 
 
Mas os erros não terminam por aí. Há ainda vários outros. Por exemplo: Mercúrio tem atmosfera, ao contrário do que foi dito na resposta. Em livros antigos, dos anos 1960, realmente constava que Mercúrio e a Lua não tinham atmosfera. Atualmente sabe-se inclusive a composição de suas atmosferas. A expressão “segurar termômetro” também é uma metáfora infeliz, e pior que o uso da metáfora é que não há necessidade de uma atmosfera para que um planeta seja quente, tanto é que Mercúrio, com sua atmosfera extremamente tênue, é extremamente quente, e vários asteroides que passam próximos ao Sol no periélio também são muito quentes, mesmo não possuindo atmosfera. 
 
Há ainda outros erros menores, como os valores indicados, com mais algarismos significativos do que deveria, e a ausência de especificação sobre a localidade das temperaturas, como se fosse a mesma temperatura no planeta inteiro. Como a rotação em Mercúrio é muito lenta, cerca de 58,646 dias (inclusive, durante muito tempo se pensou que sua rotação fosse síncrona com sua translação), a face exposta ao Sol chega a aquecer muito durante o dia, enquanto a face oposta chega esfriar muito à noite. Diferentemente do que ocorre em Vênus, cuja densa atmosfera preserva a temperatura mais homogênea, com menor amplitude de variação entre dia e noite. Embora o período de rotação de Vênus seja de 243,016 dias, a rotação de suas nuvens é muito mais rápida, em torno de 6 dias, movimentando mais rapidamente as massas de ar e preservando o clima mais estável. 
 
As temperaturas registradas em Mercúrio no equador, na face iluminada, ao meio-dia, chegam tipicamente a mais de 700 K, enquanto as temperaturas nas proximidades dos polos ou na face oposta ao Sol, à meia-noite, chegam a cerca de 80 K. Recentemente foi inclusive descoberto gelo em algumas regiões de Mercúrio, em regiões internas de crateras próximas ao polo, que nunca chegam a receber luz solar. O fato de a temperatura na face iluminada de Mercúrio chegar tipicamente a 700K é muito diferente de se dizer que sua temperatura é de 426ºC, que presume precisão da ordem de 1ºC, quando na verdade a incerteza é de dezenas de graus, além de variar substancialmente. Como se não bastasse, a informação correta sobre a temperatura média registrada em Mercúrio na região mais quente da face iluminada pelo Sol é de 452ºC *, mas isso é muito menor que a temperatura máxima que pode ser atingida em Mercúrio numa região de baixo albedo ao meio-dia com Mercúrio no periélio. Não se tem registros sistemáticos de longo prazo sobre variações na temperatura de Mercúrio, mas conhecendo a temperatura média em condições específicas e disponho de um mapa com as diferenças de albedo, pode-se calcular sua temperatura em outras condições. 
 
No caso de Vênus, também não se tem registros sistemáticos de todas as regiões do planeta, mas em Vênus a atmosfera contribui para homogeneizar o clima. No caso da Terra, por exemplo, a variação de temperatura entre o meio-dia e meia-noite numa mesma localidade fica geralmente na faixa de 20ºC a 30ºC, enquanto na Lua essa amplitude de variação diária chega a 300ºC (120ºC positivos durante o dia a 170ºC negativos à noite). Como a atmosfera de Vênus é muito mais densa e muito mais rica em CO2, a amplitude de variação possivelmente é similar ou menor que a observada na Terra. 
 
Mas a distância ao Sol e a atmosfera são apenas dois dos fatores que determinam a temperatura. Outro fator importante é o albedo. No caso de Vênus, seu albedo de Bond é cerca de 76,5%, isso significa que ele reflete 76,5% da luz incidente e absorve 23,5%. Em Mercúrio o albedo de Bond médio é cerca de 8,8%, variando de região para região. Quanto menor o albedo, maior é a quantidade de calor absorvido e mais elevada fica a temperatura nessa região. Outro fator é a distância ao Sol. Quanto menor a distância, maior é o fluxo energético incidente. Há outros fatores estão relacionados à dimensão fractal das superfícies, eventuais reações químicas produzidas etc. 
 
No caso de Vênus, sua excentricidade orbital é de apenas 0,007, portanto no periélio ele está apenas 1,4% mais próximo ao Sol do que no afélio, bem diferente de Mercúrio, cuja excentricidade orbital é cerca de 0,206, portanto no periélio ele fica 52% mais perto do Sol e exposto a um fluxo energético 130% maior. 
 
Conhecendo a temperatura média registrada na superfície de Vênus, de 464ºC, e a temperatura média registrada na região central da face iluminada de Mercúrio, de 452ºC *, podemos calcular quais as temperaturas máximas que podem ocorrer na superfície de cada um desses planetas em condições extremas. 
(* https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/mercuryfact.html e https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/venusfact.html)
 
No caso de Vênus, a amplitude de variação entre dia e noite, bem como as diferenças por latitude, são muito menores do que em Mercúrio. Como a excentricidade orbital de Vênus é 0,00677323, significa que em sua posição mais próxima ao Sol sua temperatura deve subir cerca de 2,5ºC. No caso de Mercúrio, sua excentricidade orbital é de 0,20563069, portanto em seu periélio sua temperatura pode subir 88,5ºC. Além disso, como a atmosfera de Vênus é muito espessa, as diferenças de albedo na superfície não influenciam a temperatura, mas no caso de Mercúrio influenciam muito. 
 
Num mapa de albedo de Mercúrio podemos observar que embora o albedo médio seja cerca de 0,088, existem regiões muito mais escuras e próximas ao equador, como em S. HEL II, cujo albedo chega a menos de 0,02. 

 

Digamos que a região mais escura no equador tenha 25% do albedo médio, então nessas regiões a temperatura será 52,5ºC acima da média na mesma latitude e com mesmo fluxo de energia solar. Isso significa que a temperatura máxima na superfície de Mercúrio pode facilmente chegar a 50ºC acima de sua temperatura média, eventualmente podendo chegar até 140ºC acima de sua temperatura média. Como o período de rotação de Mercúrio tem ressonância de 2:3 com sua translação, isso acaba restringindo as regiões que ficam iluminadas pelo Sol durante o periélio, por outro lado, Mercúrio possui regiões de baixo albedo numa faixa suficientemente larga de meridianos para assegurar que pelo menos algumas regiões próximas ao equador com albedo abaixo de 0,05 fiquem iluminadas quase perpendicularmente enquanto ele estiver mais próximo ao Sol, o que implica um aumento de temperatura de pelo menos algumas dezenas de graus Celsius. 
 
Por outro lado, a variação de temperatura em Vênus ocorre num intervalo bem mais estreito, e o máximo já registrado foi cerca de 780 K, conforme o mapa abaixo.

 

Isso significa que as temperaturas mais elevadas em Mercúrio podem chegar a cerca de 593ºC, quando ele estiver próximo ao periélio, nas regiões de mais baixo albedo e próximas ao equador, perto do meio-dia. Quanto a Vênus, suas temperaturas mais elevadas não devem mudar mais que 2,5º em função da maior aproximação ao Sol, e não devem variar em função das diferenças de albedo, ficando em torno de 510ºC. 
 
Por isso Vênus é o planeta do Sistema Solar com maior temperatura média na superfície, porque embora o fluxo energético incidente sobre Mercúrio seja 3,49 vezes maior e Mercúrio absorva 3,88 vezes mais da energia incidente, a atmosfera de Mercúrio é muito tênue e não contribui significativamente para preservação do calor, enquanto a atmosfera de Vênus, além de ser muito mais densa (90 vezes mais densa que a da Terra), tem uma concentração muitíssimo maior de dióxido de carbono (cerca de 95% da composição atmosférica). 
 
Mas quando se trata da maior temperatura máxima na superfície, provavelmente Mercúrio atinge picos mais elevados, quando se combina diferentes fatores orbitais e geofísicos, chegando em torno de 600ºC, enquanto Vênus não deve passar de 510ºC. Curiosamente, em Mercúrio também ocorrem algumas das temperaturas mais frias do Sistema Solar, chegando a temperaturas mais baixas do que em Júpiter, Saturno e até em Urano. Isso faz de Mercúrio o planeta com maior amplitude de variação térmica no Sistema Solar, embora haja outros objetos nos quais a variação de temperatura é muito maior, por terem excentricidades orbitais muito grandes. Cometas rasantes solares com órbitas hiperbólicas podem chegar muito mais perto do Sol que Mercúrio, alguns chegam inclusive a mergulhar na coroa Solar, atingindo temperaturas de milhares de graus Celsius e muitas vezes se desintegram com o calor. Quando esses cometas se encontravam mais afastados do Sol, chegavam a 270 graus Celsius negativos, que é perto da temperatura mínima do espaço interestelar (2,72548 K). 

  • Branca Ícone LinkedIn
  • Branco Facebook Ícone
  • Branca ícone do YouTube
  • Branca Ícone Instagram

CONTATO

Para agilizar seu atendimento, por gentileza, preencha corretamente todos os campos abaixo:

© 2019 Saturno V Todos os direitos reservados. O Saturno V não comercializa nem distribui cotas de fundos de investimento ou qualquer outro ativo financeiro, fornecemos licença de uso do sistema automatizado.