Evolução e estabilidade do Sistema Solar

Alexandre Correia -Departamento de Física da Universidade de Aveiro

O Sistema Solar é composto pelo Sol, oito planetas e respectivas luas, alguns planetas anões (como Plutão) e milhares de asteróides e cometas. Na antiguidade, para além da Terra, eram apenas conhecidos os cinco planetas mais próximos do Sol (de Mercúrio a Saturno), visíveis à vista desarmada. Apesar de incompreendido, o movimento dos planetas era tido como perfeito e regular, pois tudo o que se encontrava na esfera celeste estava estreitamente relacionado com o divino. Gerações de astrónomos e matemáticos procuraram compreender estes movimentos, sendo a explicação mais bem sucedida a de Kepler por volta de 1605, que mostrou que os planetas se moviam em torno do Sol em órbitas com a forma de elipses. Estes movimentos eram periódicos, extremamente regulares e previsíveis, tendo esta descoberta contribuído grandemente para a revolução científica levada a cabo durante o século XVII.
A questão da evolução e sobretudo da estabilidade do Sistema Solar foi colocada um pouco mais tarde, com a descoberta da lei da gravitação universal de Newton, publicada em 1687. A partir desta lei extremamente simples, Newton conseguiu demonstrar as leis de Kepler para um sistema formado pelo Sol e por apenas um planeta. Porém, como o Sistema Solar era composto por mais do que um planeta, estes também deveriam interagir gravitacionalmente uns com os outros, conduzindo a perturbações nas suas órbitas. A principal consequência destas perturbações é que modificam as órbitas ao longo do tempo, alterando assim a sua configuração inicial. Foi aliás a partir de perturbações na órbita de Urano que se conseguiu prever a existência de Neptuno, descoberto em 1846. Embora as órbitas actuais dos planetas sejam regulares e impeçam colisões entre eles, ao evoluírem poderia haver a possibilidade de alguns planetas se aproximarem demasiado e a estabilidade do sistema ser posta em causa. Este problema fascinou os cientistas até aos dias de hoje.
Cedo se compreendeu que tanto asteróides, como cometas eram facilmente destabilizados das suas órbitas actuais; daí o elevado número de crateras observadas, por exemplo, na Lua. Mas com os planetas os cálculos não eram tão fáceis e, apesar das órbitas variarem ao longo do tempo, estas variações aparentavam ser cíclicas. Durante o século XVIII, Laplace e Lagrange demonstraram que as órbitas eram estáveis, quando se tinham em conta apenas as perturbações mais importantes (ditas de primeira ordem). Já no século XIX, Poisson e Poincaré mostraram que este resultado é ainda válido para as perturbações de segunda ordem. A estabilidade do Sistema Solar parecia assim estar assegurada. Porém, Poincaré notou que as perturbações de ordem superior, apesar de extremamente pequenas, continham termos não lineares que poderiam crescer em importância com o tempo e dar origem a comportamentos caóticos e imprevisíveis.
Só na segunda metade do século XX, com o surgimento dos super computadores foi possível simular a evolução do Sistema Solar de uma forma rigorosa. A natureza caótica do sistema foi confirmada, o que complicou ainda mais a questão da estabilidade: o sistema actual pode evoluir em direcções diferentes, algumas estáveis, mas outras possivelmente instáveis. A resposta final a esta questão chegou apenas em 2009, num artigo publicado em Abril por Jacques Laskar (Observatório de Paris), na prestigiada revista Nature. A evolução do Sistema Solar foi simulada em 2500 computadores diferentes, cada uma com condições inicias ligeiramente diferentes (dentro das incertezas de medição nas órbitas actuais). Concluiu-se que durante os próximos 5 mil milhões de anos (o tempo de vida estimado para o Sol), 99% das simulações eram estáveis. Porém, existe a probabilidade de 1% da órbita de Mercúrio aumentar de tamanho de forma significativa, vindo perturbar as órbitas de Vénus, da Terra e de Marte. Nesta situação, observaram-se colisões entre todos estes planetas. Ao contrário do que se pensou ao longo de muitos séculos, podemos dizer hoje que o Sistema Solar não é estável, embora a probabilidade de este poder vir a ser destabilizado seja extremamente baixa.