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Cientistas descobrem ‘simetrias’ secretas que protegem a Terra do caos do espaço

Traduzido por Julio Batista
Original de Anna Demming para a Live Science

A Terra provavelmente não deveria existir.

Isso porque as órbitas dos planetas internos do Sistema Solar – Mercúrio, Vênus, Terra e Marte – são caóticas, e os modelos sugeriram que esses planetas internos deveriam ter colidido uns com os outros há muito tempo. E, no entanto, isso não aconteceu.

A nova pesquisa publicada em 3 de maio na revista Physical Review X.

Através de um mergulho profundo nos modelos de movimento planetário, os pesquisadores descobriram que os movimentos dos planetas internos são limitados por certos parâmetros que agem como uma corda que inibe o caos do sistema. Além de fornecer uma explicação matemática para a aparente harmonia em nosso Sistema Solar, as perspectivas fornecidas pelo novo estudo podem ajudar os cientistas a entender as trajetórias de exoplanetas ao redor de outras estrelas.

Planetas imprevisíveis

Os planetas exercem constantemente uma atração gravitacional mútua entre si – e esses pequenos puxões constantemente fazem pequenos ajustes nas órbitas dos planetas. Os planetas externos, que são muito maiores, são mais resistentes a pequenos puxões e, portanto, mantêm órbitas comparativamente estáveis.

O problema das trajetórias dos planetas internos, no entanto, ainda é muito complexo para resolver exatamente. No final do século 19, o matemático Henri Poincaré provou que é matematicamente impossível resolver as equações que regem o movimento de três ou mais objetos em interação, geralmente conhecido como o “problema dos três corpos“. Como resultado, as incertezas nos detalhes das posições e velocidades iniciais dos planetas aumentam com o tempo. Em outras palavras: é possível considerar dois cenários nos quais as distâncias entre Mercúrio, Vênus, Marte e a Terra diferem minimamente, e em um os planetas se chocam e em outro eles se separam.

Uma ilustração de dois planetas rochosos colidindo. (Créditos: NASA/JPL-Caltech)

O tempo que leva para duas trajetórias com condições iniciais quase idênticas divergirem em uma quantidade específica é conhecido como tempo de Lyapunov do sistema caótico. Em 1989, Jacques Laskar, astrônomo e diretor de pesquisa do Centro Nacional de Pesquisa Científica e do Observatório de Paris e coautor do novo estudo, calculou que o tempo característico de Lyapunov para as órbitas planetárias do Sistema Solar interior era de apenas 5 milhões de anos.

“Isso significa basicamente que você perde um dígito a cada 10 milhões de anos”, disse Laskar, à Live Science. Assim, por exemplo, se a incerteza inicial na posição de um planeta é de 15 metros, 10 milhões de anos depois essa incerteza seria de 150 metros; após 100 milhões de anos, mais 9 dígitos são perdidos, dando uma incerteza de 150 milhões de quilômetros, equivalente à distância entre a Terra e o Sol. “Basicamente, você não tem ideia de onde está o planeta”, disse Laskar.

Embora 100 milhões de anos possam parecer muito, o próprio Sistema Solar tem mais de 4,5 bilhões de anos, e a falta de eventos dramáticos – como uma colisão planetária ou um planeta sendo ejetado de todo esse movimento caótico – há muito tempo intriga os cientistas.

Laskar então olhou para o problema de uma maneira diferente: simulando as trajetórias dos planetas internos ao longo dos próximos 5 bilhões de anos, passando de um momento para o outro. Ele encontrou apenas 1% de chance de uma colisão planetária. Com a mesma abordagem, ele calculou que levaria, em média, cerca de 30 bilhões de anos para qualquer um dos planetas colidir.

Controlando o caos

Investigando a matemática, Laskar e seus colegas identificaram pela primeira vez “simetrias” ou “quantidades conservadas” nas interações gravitacionais que criam uma “barreira prática na caótica movimentação dos planetas”, disse Laskar.

Essas quantidades emergentes permanecem quase constantes e inibem certos movimentos caóticos, mas não os impedem completamente, assim como a borda levantada de um prato de jantar inibe a queda de comida do prato, mas não a impede completamente. Podemos agradecer a essas quantidades pela aparente estabilidade do nosso Sistema Solar.

Renu Malhotra, professor de Ciências Planetárias da Universidade do Arizona, eua, que não esteve envolvido no estudo, destacou o quão sutis são os mecanismos identificados no estudo. Malhotra disse à Live Science que é interessante que “as órbitas planetárias do nosso Sistema Solar exibam um caos excepcionalmente fraco”.

Em outro trabalho, Laskar e seus colegas estão procurando pistas sobre se o número de planetas no Sistema Solar já diferiu do que vemos atualmente. Apesar de toda a estabilidade evidente hoje, se esse sempre foi o caso ao longo dos bilhões de anos antes da evolução da vida permanece uma questão em aberto.