O cinturão de asteroides é uma região em forma de toro que se estende aproximadamente pelo espaço entre as órbitas de Júpiter e Marte, contendo diversos corpos de formato irregular que ficam, em média, a cerca de um milhão de quilômetros de distância uns dos outros. Esse último detalhe surpreende a maioria das pessoas: apesar da aglomeração retratada pela ficção científica, o cinturão de asteroides é quase inteiramente espaço vazio, com corpos rochosos espalhados por distâncias enormes entre si.
O cinturão de asteroides é o disco circunstelar mais interno e menor do Sistema Solar. Estima-se que sua massa total seja 3% da massa da Lua, com cerca de 60% dela concentrada nos quatro maiores asteroides: Ceres, Vesta, Palas e Higeia. Ou seja, quase tudo o que existe no cinturão é ou um dos quatro corpos relativamente substanciais, ou parte de uma enorme dispersão de detritos muito menores.
Mesmo o maior residente não é muito grande. Ceres, o único objeto do cinturão de asteroides grande o suficiente para ser classificado como planeta anão, tem cerca de 950 km de diâmetro, enquanto Vesta, Palas e Higeia têm diâmetros médios inferiores a 600 km. Nenhum deles chega perto da escala planetária.
Uma lacuna prevista, depois uma descoberta
A localização do cinturão não foi encontrada por acaso. Os astrônomos suspeitavam havia décadas que havia algo entre Marte e Júpiter, antes mesmo de alguém encontrá-lo, com base em padrões no espaçamento dos planetas conhecidos. Em 1º de janeiro de 1801, Giuseppe Piazzi encontrou um pequeno objeto em movimento com uma órbita que correspondia exatamente ao raio previsto por esse padrão. Cerca de 15 meses depois, Heinrich Olbers descobriu um segundo objeto na mesma região, Palas — e logo ficou claro que não se tratava de um único planeta ausente, mas de algo totalmente diferente.
Aquele "algo diferente" era tentador de explicar como os restos de um planeta. Em 1802, Olbers sugeriu a Herschel e Gauss que Ceres e Palas eram fragmentos de um planeta muito maior que havia sido destruído, mas a grande quantidade de energia necessária para destruir um planeta, somada à baixa massa combinada do cinturão, não sustenta essa hipótese. O cinturão nunca foi um planeta que se despedaçou — foi um planeta que nunca teve a chance de se formar.
Formado rapidamente, depois em grande parte varrido
A linha do tempo de formação do cinturão acabou sendo notavelmente rápida. Um estudo de 2007 sobre cristais de zircão em um meteorito antártico que se acredita ter origem em Vesta sugeriu que Vesta, e por extensão o restante do cinturão de asteroides, se formou dentro de 10 milhões de anos após a origem do Sistema Solar — um instante geológico em termos planetários.
O que não sobreviveu foi o volume original do cinturão. A maior parte do material original do cinturão de asteroides foi ejetada dentro de cerca de 1 milhão de anos após a formação, devido a perturbações gravitacionais, deixando para trás menos de 0,1% da massa do cinturão primordial; estima-se que a população primordial fosse 200 vezes maior do que é hoje. A gravidade de Júpiter, na prática, impediu que um planeta se formasse ali e depois eliminou quase todo o material bruto que poderia ter construído um.
O que realmente restou
Apesar dessa perda drástica, o que resta ainda é substancial em número, ainda que não em massa. Mais de 200 asteroides do cinturão têm mais de 100 km, e levantamentos infravermelhos sugerem que o cinturão contém entre 700.000 e 1,7 milhão de asteroides com diâmetro de 1 km ou mais. É uma população de objetos genuinamente vasta, apenas espalhada por um volume de espaço igualmente vasto.
A composição varia conforme a distância do Sol. Os asteroides do tipo S (ricos em silicatos) formam cerca de 17% da população total de asteroides e são mais comuns na região interna do cinturão, dentro de 2,5 UA do Sol — um lembrete de que o cinturão não é um anel uniforme de destroços idênticos, mas uma estrutura dividida em zonas, moldada pela temperatura e pela história de formação.
As lacunas esculpidas por Júpiter
Nem toda distância do Sol dentro do cinturão é igualmente povoada. Em 1866, Daniel Kirkwood descobriu lacunas nas distâncias orbitais do cinturão causadas por ressonâncias com Júpiter; na ressonância 3:1, a 2,502 UA do Sol, um asteroide orbitaria o Sol três vezes para cada órbita completada por Júpiter. Objetos que ficariam exatamente nessas distâncias ressonantes são desestabilizados gravitacionalmente ao longo do tempo e removidos, deixando faixas vazias bem visíveis.
Essas ressonâncias também definem os limites do cinturão. A ressonância orbital 4:1 com Júpiter, a um raio de 2,06 UA, pode ser considerada o limite interno do cinturão de asteroides. E a aglomeração não é uniforme em toda a estrutura: em 2006, a região compacta do "núcleo" do cinturão principal, situada entre as fortes lacunas de Kirkwood 4:1 e 2:1, a 2,06 e 3,27 UA, continha 93% de todos os planetas menores descobertos e numerados no Sistema Solar. Quase toda a população conhecida está concentrada em uma faixa bastante estreita, com uma dispersão muito mais esparsa além dela.
Um cinturão que continua se despedaçando
O cinturão de asteroides não é um museu estático de material remanescente — ele continua colidindo ativamente consigo mesmo. Espera-se que eventos de impacto entre corpos do cinturão principal com raio médio de 10 km ocorram cerca de uma vez a cada 10 milhões de anos, um ritmo lento, mas constante, de destruição que continua remodelando a população do cinturão em escalas de tempo cósmicas.
Essas colisões deixam uma marca que os astrônomos conseguem rastrear. Em 1918, o astrônomo japonês Kiyotsugu Hirayama percebeu que as órbitas de alguns asteroides compartilhavam parâmetros semelhantes, identificando as primeiras famílias de asteroides; hoje existem cerca de 20 a 30 associações consideradas prováveis famílias de asteroides — grupos de fragmentos ainda se afastando de um corpo de origem comum. A família Flora, uma das maiores famílias de asteroides, com mais de 13.000 membros conhecidos, pode ter se formado a partir de uma colisão ocorrida há menos de 1 bilhão de anos. Algumas colisões são ainda mais recentes: a família Karin aparentemente se formou há cerca de 5,7 milhões de anos, a partir de uma colisão com um asteroide progenitor de 33 km de raio — recente o suficiente, em escala do Sistema Solar, para ainda ser considerada detrito geologicamente fresco.
Parte desses detritos acaba chegando à Terra. Dos 50.000 meteoritos encontrados na Terra até hoje, acredita-se que 99,8% tenham se originado no cinturão de asteroides — quase toda rocha que sobrevive à queda pela atmosfera terrestre tem sua origem rastreada até essa mesma região dispersa entre Marte e Júpiter.
Visitado, orbitado e mapeado
As sondas espaciais cruzaram esse território pela primeira vez há mais de meio século. A primeira sonda a atravessar o cinturão de asteroides foi a Pioneer 10, que entrou na região em 16 de julho de 1972, provando que uma sonda podia passar por ali sem ser destruída por detritos, apesar dos primeiros temores quanto ao risco de colisão.
Décadas depois, uma missão dedicada finalmente parou para observar de perto. A Dawn, lançada pela NASA em setembro de 2007, entrou em órbita ao redor de Vesta em 16 de julho de 2011 e completou uma missão de mapeamento de 14 meses antes de seguir para Ceres, entrando em órbita ao redor de Ceres em 6 de março de 2015 — transformando dois dos maiores residentes do cinturão de meros pontos distantes de luz em mundos mapeados e fotografados.