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Mercúrio é o planeta mais quente do Sistema Solar?


- Artigo atualizado no dia 21 de junho de 2019 -

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          Diferente do que a maioria pensa, o planeta Mercúrio, mesmo sendo o mais próximo do Sol, não é o que possui a superfície mais quente do sistema Solar! Quem vence ele nessa disputa térmica é Vênus, o segundo planeta mais próximo da nossa estrela!

Distância de ambos os planetas até o Sol; mesmo Vênus estando duas vezes mais afastado, ele ainda vence a disputa de maior temperatura gerada na sua superfície (Arte: Google Images)

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          A explicação para isso é que Vênus possui uma atmosfera muito mais densa do que Mercúrio, composta, majoritariamente, por dióxido de carbono (~96,5%), seguido por nitrogênio molecular (~3,5%), e quantidades traços de dióxido de enxofre e de ácido sulfúrico (1). Na verdade, a atmosfera de Vênus possui 93 vezes mais massa que a atmosfera da Terra e uma pressão atmosférica 92 vezes maior (peso que a atmosfera exerce sobre determinado corpo nela inserido). Com isso, como todos conhecem bem, a grande quantidade e alta concentração de gás carbônico além de dióxido de enxofre, ambos gases estufa, prendem bastante calor que chega do Sol - especialmente próximo da superfície do planeta, devido à alta pressão que aumenta ainda mais a densidade dos gases estufas, dificultando ainda mais a perda de calor na forma de infravermelho (2) -, fazendo com que as temperaturas na superfície veneziana alcancem impressionantes 465°C! Já Mercúrio, possuindo uma fina e pouquíssima densa atmosfera, não consegue prender minimamente a imensa quantidade de energia que chega do Sol até ele. Assim, as temperaturas na superfície desse planeta não passam dos 420°C (só, né...), mesmo estando bem perto da nossa estrela.

          Analisando desse ângulo, o planeta Vênus é o que possui o maior efeito estufa do nosso Sistema Solar. Ah, e para vocês terem uma ideia do quão importante é o efeito estufa para manter a temperatura de um planeta estável, Mercúrio, durante a noite, chega a registrar quedas altíssimas de temperatura, indo de 420°C para -220°C (sim, NEGATIVOS!) em alguns pontos do planeta, mesmo estando tão perto do Sol. Sua atmosfera não possui gases estufas em quantidades mínimas para segurar o calor recebido durante o dia. Já em Vênus, as temperaturas na sua superfície variam muito pouco, seja dia, seja de noite (3), seja nos polos, seja no equador, ficando em torno dos 460°C, tamanha é a força do efeito estufa. Lá, veríamos a temperatura cair e sofrer variações bruscas somente com o aumento da altitude, algo naturalmente esperado, já que existirá uma progressiva rarefação do ar. Somando-se a isso, a refletividade (albedo) do planeta é altíssima devido à robusta cobertura de nuvens constituídas de ácido sulfúrico (reflete 75% da radiação solar incidente), reforçando o grande impacto do efeito estufa ao prender o máximo de energia possível do pouco aquecimento solar recebido.

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         Sim, o efeito estufa é mais do que importante para a manutenção da vida na Terra, por permitir uma média razoável de temperatura durante o dia e a noite, principalmente em nosso planeta, bem mais afastado do Sol. O problema é quando existe um excesso dele (Vênus é o que o diga!...).

(1) Na verdade, o que existe lá é o sulfato de hidrogênio. Essa substância só se transforma em 'ácido sulfúrico', quando está em presença de água. E isso é válido para todos os 'ácidos clássicos'.

(2) Para melhor entender esse processo, acesse: Aquecimento Global: Uma Problemática Verdade

(3) É interessante mencionar que 1 dia em Vênus dura quase 1 ano da Terra: 343 dias terrestres! Isso acontece porque Vênus rotaciona muito lentamente no seu próprio eixo e de trás para frente em relação ao nosso planeta, com o Sol nascendo no oeste e se pondo no leste. Além disso, Vênus demora 225 dias para dar uma volta ao redor do Sol, ou seja, um dia nesse planeta é mais longo do que o seu ano inteiro! Isso ainda resulta em outra loucura: com o ano e o dia possuindo quase a mesma duração, o Sol se põe duas vezes no mesmo dia (a cada 117 dias terrestres)!


   LEI DOS GASES IDEIAS

          Existe um pessoal espalhando a desinformação de que as altas temperaturas na atmosfera de Vênus não são devidas ao efeito estufa, e, sim, à Lei dos Gases Ideais (sim, a famosa equação da termodinâmica PV=nRT). Será que essa lei contradiz a NASA?

          Obviamente, esse tipo de desinformação tosca partiu de pessoas negacionistas do Aquecimento Global que não entendem ciência básica. Primeiro, a lei dos gases ideais não pode nem mesmo ser aplicada na atmosfera de Vênus, já que esta é extremamente densa e não é composta de gases monoatômicos. Aliás, boa parte do dióxido de carbono na atmosfera Venusiana está no estado de fluído supercrítico devido às altas pressões. Outras interações, especialmente de Van der Waals, começam a atuar de forma muito expressiva e concomitante, fugindo bastante do pré-requisito mínimo de gás semi-ideal. E o mais importante: não existe contínuo trabalho de compressão sendo efetuado na sua atmosfera para um possível e contínuo aumento da energia térmica do ambiente e manutenção das altas temperaturas. Vênus não é um sistema fechado que sofreu um trabalho inicial de compressão isobárica em sua atmosfera.


         Não precisamos nem entender de físico-química para ver o óbvio. Se você possui um botijão de gás quase cheio em sua casa, você terá ali dentro um gás altamente comprimido próximo do ponto de condensação, a pressões muito altas. Ora, então por que o sistema ali não está extremamente quente, se o gás ali presente está sob alta pressão? O mesmo para um cilindro de oxigênio gasoso nos hospitais: por que esse cilindro não está a altíssimas temperaturas? Ambos estarão a temperatura ambiente, mesmo sob alta pressão, porque a energia térmica associada ao aumento de temperatura durante a compressão inicial do gás - considerando um processo isobárico e seguindo a lógica da equação dos gases ideais (com ou sem os parâmetros de correção para um gás real) - foi perdida via condução térmica dos recipientes onde os gases foram colocados. O mesmo ocorre quando você usa uma bomba de encher o pneu da sua bicicleta. Se você colocar a mão no cilindro da bomba após várias compressões, verá que ele ficará apenas temporariamente bem quente.

          Isso é espelhado em Vênus. O ar na sua atmosfera, bem denso, está sob grande pressão, mas não existe expressiva variação no seu volume ou na sua densidade médias para a variação da temperatura de forma dependente apenas da lei dos gases ideais. Mesmo considerando uma situação maluca onde todo o gás da atmosfera de Vênus foi colocado ali a força e comprimido, a temperatura iria aumentar apenas temporariamente, independente se a pressão continuasse alta depois. O calor gerado seria dissipado ao longo do tempo pela contante emissão de radiação infravermelho para o espaço. Isso sem contar que as já citadas espessas nuvens de ácido sulfúrico cobrindo o planeta refletem de volta cerca de 75% da radiação solar que atinge o planeta, diminuindo a ajuda externa para manter a superfície extremamente quente.  E observe que estamos considerando uma trabalho isobárico, porque essa compressão poderia ser um processo isotérmico (manutenção constante da temperatura e variação na pressão e no volume). Não existe sentido em dizer que um gás sob alta pressão necessariamente precisa estar a altas temperaturas, mesmo levando em conta um gás ideal.

          A origem desse mito onde é relacionado erroneamente alta pressão na atmosfera Venusiana e sua alta temperatura superficial provavelmente vem do fato de que no processo de convecção em uma atmosfera (ar quente, menos denso sobe, e ar mais frio, mais denso desce), a massa de ar que desce de fato sofre compressão da maior pressão atmosférica (menor altitude) e a massa de ar que sobe sofre uma expansão devido à menor pressão atmosférica (maior altitude). Esse processo aumenta e diminui as temperaturas iniciais das massas de ar, respectivamente. Isso ocorre na Terra, e por isso - somando-se à maior distância da superfície terrestre mais quente - a temperatura diminui à medida que vamos para altitudes cada vez maiores na troposfera. Porém, esse processo, em si, não gera um aquecimento ou resfriamento extra no sistema como um todo, porque o aumento de temperatura de um lado é acompanhando pela diminuição de temperatura do outro.

          Considerando as características geológicas e atmosféricas do planeta, incluindo taxa de rotação, temperaturas médias superficiais, albedo e distância do Sol, a única - e correta - explicação para suas altíssimas temperaturas é o efeito estufa causado pela alta concentração e quantidade de gases estufas, em especial dióxido de carbono, corroborando também o que diz a NASA e toda a comunidade científica. Aliás, temos provas irrefutáveis e empíricas de que o dióxido de carbono é um forte gás estufa, e a técnica analítica de espectroscopia de infravermelho deixa isso evidente.

          Já Marte, mesmo possuindo uma atmosfera composta de 94% de dióxido de carbono, possui uma temperatura superficial média abaixo de zero por causa da distância bem maior do Sol e devido ao fato da sua atmosfera ser bem fina e rarefeita (1/100 da densidade da atmosfera terrestre), ou seja, diminuindo drasticamente o potencial estufa. Na Terra, compensando a pequena concentração relativa de dióxido de carbono, temos uma atmosfera bem mais densa e a grande presença de uma gás estufa muito mais poderoso: vapor d´água (o qual também atua junto com o gás carbônico no aprisionamento de calor via feedback).




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   RUNAWAY GREENHOUSE EFFECT

         Muitos cientistas acreditam que em uma passado bastante longínquo existiu água na superfície de Vênus. Nesse sentido, têm sido proposto que o feedback positivo do vapor de água (maior efeito estufa, maior temperatura e, consequentemente, maior evaporação de água, levando a um efeito estufa ainda maior) (4) foi o responsável por eliminar por completo a água na superfície do planeta.

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(4) Leitura recomendada:  Aquecimento Global: Uma Problemática Verdade

          Antes da Terra e de Vênus adquirirem suas atmosferas, suas temperaturas superficiais eram as mesmas que suas temperaturas efetivas (correspondendo quase fielmente ao aquecimento equivalente à radiação solar incidente). O albedo (capacidade de reflexão da radiação solar) em ambos os planetas era muito baixo, por causa da falta de nuvens ou superfícies cobertas por gelo. À medida que água gradualmente foi sendo expelida do interior de ambos os planetas e se acumulando na atmosfera em emergência, o efeito estufa gerado pelo vapor de água aumentou na superfície planetária. Na Terra, a saturação da pressão de vapor da água foi eventualmente alcançada a um ponto onde a água começou a precipitar para formar os oceanos. Em Vênus, pelo contrário, a saturação da pressão de vapor da água nunca teria sido alcançada, com os oceanos não se formando e o vapor de água se acumulando continuamente na atmosfera, resultando em um Efeito Estufa de Fuga (Runaway Greenhouse Effect). Com a contínua amplificação do efeito estufa e drástico aumento de temperatura, as moléculas de água acabaram escapando gradualmente do campo gravitacional do planeta após serem degradadas pelo ultravioleta (UV) e o vento solar.

          A distância da Terra do Sol foi crítica em prevenir esse efeito de fuga na fase inicial da sua formação, onde uma menor temperatura permitiu a condensação da água em altitudes mais baixas, longe da exposição excessiva ao ultravioleta - e subsequente degradação e fuga de íons hidrogênio. Hoje o vapor de água da superfície terrestre não passa de 15 km, na tropopausa, camada mais fria da troposfera.

          O termo Efeito Estufa de Fuga também é aplicado a outros gases estufas. A alta concentração de dióxido de carbona em Vênus pode ser entendida como uma grande quantidade de carbono em diversas formas na superfície do planeta se oxidando para a formação desse gás, e com este gradualmente e continuamente se acumulando na atmosfera, sem reciclagem.

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CURIOSIDADE: Um estudo publicado na Nature Geoscience em 2016 mostrou que Mercúrio é um planeta tectonicamente ativo, assim como a Terra. Segundo os dados analisados pelo estudo, pequenas fraturas em sua superfície comprovam isso, onde elas demonstram ser jovens demais para sobreviverem visíveis sob o constante bombardeio de asteroides e meteoroides em sua superfície. Consequentemente, é mais do que plausível que foram produzidas por atividades tectônicas recentes. Antes, nosso planeta era tido como o único no Sistema Solar com atividade tectônica. Agora, Mercúrio entra na lista, na qual sua atividade tectônica está em um processo concomitante com o resfriamento e contração do planeta. (Ref.8)
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REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1. https://www.weather.gov/fsd/venus 
  2. http://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/F_The_Planet_Venus_5-8.html
  3. http://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/nasa-knows/what-is-planet-mercury-58.html 
  4. http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Venus_Express/The_unexpected_temperature_profile_of_Venus_s_atmosphere
  5. http://www.astronomersgroup.org/newsletter/documents/2014-venus-greenhouse.pdf 
  6. http://www.nature.com/nature/journal/v277/n5697/abs/277546a0.html
  7. http://www.nasa.gov/feature/the-incredible-shrinking-mercury-is-active-after-all
  8. http://scienceline.ucsb.edu/getkey.php?key=3824
  9. http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/ask/38-Why-is-Venus-so-hot-
  10. http://acmg.seas.harvard.edu/people/faculty/djj/book/bookchap7.html