Teoricamente, há espaço para milhares.

A impressão de um artista dos planetas do sistema solar, sem escala. Crédito da imagem: Shutterstock

O sistema solar contém oito planetas: Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, todos os quais circundam o Sol devido à sua intensa atração gravitacional. Mas este é o número máximo de planetas que podem orbitar o sol? Ou há espaço para mais?

Comparado com outros sistemas planetários conhecidos, o sistema solar contém um número extraordinariamente alto de planetas. No total, existem 812 sistemas planetários conhecidos com três ou mais planetas confirmados, e apenas um outro sistema conhecido, Kepler-90, que contém tantos planetas quanto o sistema solar, de acordo com a The Extrasolar Planets Encyclopaedia.

Há uma boa chance de que muitos desses sistemas tenham pequenos planetas internos que não podemos detectar, então é improvável que o sistema solar seja realmente o sistema planetário mais populoso em nossa vizinhança cósmica. Mas destaca que oito planetas podem estar perto do limite superior de quão grande um sistema planetário pode crescer naturalmente. 

Portanto, para calcular a capacidade máxima absoluta dos planetas que orbitam o Sol, precisamos entrar no campo teórico, ignorando alguns dos fatores naturais que podem limitar quantos planetas podem se formar. Uma das melhores maneiras de fazer isso é construir um modelo, ou projetar, um novo sistema solar a partir do zero. 

A engenharia de um sistema solar 

“Quando você está falando sobre quantos planetas podem existir em um sistema planetário, há muitos aspectos diferentes que você precisa considerar”, disse Sean Raymond, astrônomo do Laboratório de Astrofísica de Bordeaux, na França, especializado em sistemas planetários.

A estrutura de um sistema planetário é o resultado de uma série de fatores complexos, disse Raymond, incluindo o tamanho da estrela, o tamanho dos planetas, o tipo de planetas (por exemplo, planetas rochosos ou gigantes gasosos), o número de luas orbitando cada planeta, a localização de grandes asteroides e cometas (como aqueles no cinturão de asteroides entre Júpiter e Marte e no Cinturão de Kuiper além de Netuno), a direção das órbitas dos planetas e a quantidade de material que sobrou da formação do sol para criar os planetas. Também leva centenas de milhões de anos de colisões intensas e cabos de guerra gravitacionais entre planetas para que um sistema se estabeleça em uma configuração estável.

No entanto, se fôssemos uma civilização super avançada com tecnologia e recursos que excederiam em muito nossas capacidades atuais, talvez fosse possível contornar muitas dessas limitações e projetar um sistema solar com o número máximo de planetas, disse Raymond.

Neste sistema solar de engenharia teórica, poderíamos supor que não haveria limite para os materiais disponíveis para criar planetas e que eles poderiam ser produzidos artificialmente e posicionados à vontade. Também seria possível remover luas, asteroides, cometas e outras obstruções que possam complicar as coisas. As únicas limitações poderiam ser que a gravidade que os planetas e o sol exercem, seriam as mesmas que normalmente os planetas teriam que orbitar o sol em uma configuração estável sem interferir um ao outro. 

Um planeta é definido como um corpo celeste que (a) está em órbita ao redor do sol, (b) tem massa suficiente para atingir o equilíbrio hidrostático (tornando-o redondo) e (c) limpou os detritos de sua vizinhança ao redor de sua órbita, sendo este último a razão pela qual Plutão não é considerado um verdadeiro planeta, de acordo com a União Astronômica Internacional.

A interpretação de um artista de exoplanetas orbitando uma estrela distante. Crédito da imagem: Shutterstock

O tamanho importa 

Em um sistema solar projetado, o número máximo de planetas é limitado pelo número de órbitas planetárias que você pode encaixar ao redor do sol antes que eles comecem a se tornar instáveis. 

“Quando um sistema planetário se torna instável, as órbitas dos planetas começam a se cruzar, o que significa que eles podem colidir uns com os outros ou apenas se espalhar gravitacionalmente”, onde os planetas giram em torno de outros planetas e são catapultados para fora do sistema, disse Raymond. 

A distância mínima segura entre as órbitas de diferentes planetas em um sistema estável depende do tamanho de cada planeta ou, mais precisamente, de seu raio de Hill. O raio de Hill de um planeta é a distância entre o planeta e a borda de sua esfera de influência, dentro da qual objetos com uma massa menor serão afetados por sua gravidade, como a lua orbitando a Terra.

A impressão de um artista de dois planetas colidindo um no outro. Crédito da imagem: Shutterstock

Planetas mais massivos exercem uma força gravitacional mais forte, o que significa que eles têm um raio de Hill maior. É por isso que a distância entre as órbitas da Terra e de Marte, que é de cerca de 48,65 milhões de milhas (78,3 milhões de quilômetros), é cerca de sete vezes menor do que a distância entre as órbitas de Marte e Júpiter, que é de cerca de 342,19 milhões de milhas (550,7 milhões de km), de acordo com a NASA.

Por esta razão, o número de órbitas que podem caber dentro do sistema solar depende predominantemente do tamanho dos planetas, disse Raymond. Por exemplo, Júpiter é cerca de 300 vezes mais massivo que a Terra, o que significa que seu raio de Hill é cerca de 10 vezes maior, disse Raymond. Isso significa que 10 órbitas terrestres separadas podem caber no mesmo espaço ocupado pela órbita atual de Júpiter. 

Portanto, para maximizar o número de planetas em um sistema, você deve torná-los o menor possível. 

Direções opostas 

O tamanho dos planetas é a chave para maximizar o número de órbitas que podem caber em um sistema de engenharia. No entanto, há outro truque inteligente que podemos explorar para adicionar algumas órbitas extras, independentemente do tamanho do planeta: Mudar a direção em que eles se movem ao redor do sol.

No sistema solar atual, cada planeta orbita na mesma direção ao redor do sol. Isso ocorre porque os planetas se formaram a partir de uma grande nuvem de poeira girando na mesma direção ao redor do sol. No entanto, em nosso sistema solar projetado, seria possível ter planetas que orbitassem o Sol na direção oposta, conhecidas como órbitas retrógradas, disse Raymond. No entanto, essa ideia é um tanto fantasiosa; órbitas retrógradas provavelmente não existem na natureza, devido à natureza de como os planetas se formam.

Dito isto, se dois planetas orbitassem o Sol na direção oposta, as forças gravitacionais entre eles seriam ligeiramente enfraquecidas e a distância mínima segura entre suas órbitas poderiam ser reduzidas.

“Se dois planetas em órbitas diferentes estão indo na mesma direção, eles têm mais tempo para se encontrar enquanto passam, o que cria um impulso gravitacional maior”, disse Raymond. “No entanto, se eles estão indo em direção oposta, eles passam um pelo outro e interagem por um período mais curto”, o que significa que eles podem estar mais próximos sem colidir ou se dispersarem.

Portanto, se fizermos todas as outras órbitas em nosso sistema de engenharia uma órbita retrógrada, como um carrossel onde pessoas adjacentes estão se movendo em direções opostas, poderíamos minimizar o espaço necessário entre cada órbita e, ao fazê-lo, comprimiríamos planetas extras.

Compartilhando órbitas

Até este ponto, assumimos que cada órbita em nosso sistema solar projetado conteria apenas um planeta. No entanto, é realmente possível ter vários planetas que compartilham uma órbita, disse Raymond. E podemos ver um exemplo disso em nosso sistema solar atual. 

Júpiter tem dois aglomerados de asteroides, conhecidos como os Gregos e os Troianos, que compartilham sua órbita. Esses aglomerados estão localizados a cerca de 60 graus à frente e atrás do gigante gasoso enquanto ele orbita o sol, disse Raymond. No entanto, os astrônomos pensam que é possível que os planetas compartilhem órbitas de maneira semelhante. Eles apelidaram esses mundos teóricos de planetas Troianos. 

“As pessoas estão procurando ativamente por exemplos desses planetas Troianos entre os sistemas de exoplanetas porque espera-se que eles se formem naturalmente”, disse Raymond. No entanto, nenhum foi observado ainda, acrescentou.

Se quisermos maximizar o número de planetas em nosso sistema solar projetado, vamos querer ter o maior número possível desses planetas Troianos. No entanto, assim como o número de órbitas que você pode encaixar ao redor do sol, o número de planetas que você pode encaixar em uma órbita deve ser espaçado o suficiente para permanecer estável.

Um diagrama mostrando 42 planetas do tamanho da Terra compartilhando uma única órbita. Crédito da imagem: Sean Raymond

Em um estudo publicado em 2010 na revista Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, um par de astrônomos usou raios de Hill para descobrir quantos planetas poderiam compartilhar uma órbita. Eles descobriram que seria possível ter até 42 planetas do tamanho da Terra compartilhando uma única órbita. Além disso, assim como o número de órbitas em um sistema, quanto menores os planetas, mais planetas pode caber na mesma órbita, disse Raymond. 

Claro, as chances de tantos planetas compartilharem naturalmente uma única órbita são praticamente zero, porque cada planeta precisaria ser exatamente do mesmo tamanho e ter se formado ao mesmo tempo para ser estável, disse Raymond. Mas em um sistema solar projetado, esse nível de estrutura co-orbital seria possível e aumentaria muito o número de planetas que poderíamos comprimir.

Um diagrama mostrando o número de órbitas e planetas troianos disponíveis devido ao tamanho do planeta; um décimo do tamanho da Terra (esquerda), planetas do tamanho da Terra (centro), planetas dez vezes maiores que a Terra (direita).  Crédito da imagem: Sean Raymond

Máximo teórico

Agora que entendemos as variáveis-chave que precisamos para projetar um sistema solar repleto de planetas, finalmente é hora de analisar os números e ver quantos planetas podemos colocar dentro dele. 

Felizmente, Raymond já fez isso por nós usando simulações de computador que ele criou; eles podem ser vistos com mais detalhes em seu blog, PlanetPlanet. No entanto, é importante notar que, embora esses cálculos sejam baseados em teorias que os astrônomos usam para criar simulações legítimas, esses modelos não são revisados por pares e devem ser vistos com uma pitada de ceticismo brincalhão. 

Para maximizar o número de planetas, o sistema projetado de Raymond se estende a 1.000 unidades astronômicas (UA) do sol. (Uma UA é a distância média do Sol à órbita da Terra, que é cerca de 93 milhões de milhas, ou 150 milhões de km.) Atualmente, a borda definida do sistema solar, também conhecida como heliosfera, está a cerca de 100 UA do Sol, de acordo com a Agência Espacial Europeia, mas a influência gravitacional do sol pode se estender muito mais longe. Além disso, o modelo de Raymond usa planetas do mesmo tamanho com órbitas retrógradas alternadas.

Um diagrama mostrando o número máximo de planetas do tamanho da Terra orbitando o sol (57 órbitas cada uma contendo 42 planetas). As linhas azuis mostram órbitas regulares e as linhas vermelhas mostram órbitas retrógradas. Crédito da imagem: Sean Raymond

Levando tudo isso em consideração, se você usasse planetas do tamanho da Terra, caberia em 57 órbitas, cada uma contendo 42 planetas, o que dá um total de 2.394 planetas. No entanto, se você usasse planetas menores que são um décimo do tamanho da Terra (aproximadamente a mesma massa de Marte), você poderia caber em 121 órbitas, cada uma contendo 89 planetas, o que dá um total de 10.769 planetas. E se os planetas fossem do tamanho da lua (um centésimo da massa da Terra), você poderia ter 341 órbitas, cada uma contendo 193 planetas, o que dá um total de 65.813 planetas.

Obviamente, esses números são extremos, e a capacidade de projetar sistemas tão complicados está muito além do alcance da humanidade. Mas este divertido experimento mental destaca que há muito mais espaço para planetas no sistema solar do que os escassos oito que vemos hoje. No entanto, é muito improvável que mais algum possa ter se formado naturalmente.

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Referência:

BAKER, Harry. What's the maximum number of planets that could orbit the sun? NLive Science, 12, fev. 2022. Disponível em: <https://www.livescience.com/maximum-number-of-planets-orbit-sun>. Acesso em: 16, fev. 2022.