Por que os planetas se movem?

Os planetas basicamente se movem para sobreviver: se não orbitassem em torno de uma estrela, seriam engolidos por ela. Mas não é nada fácil para eles conseguirem isso, pois precisam se deslocar a uma velocidade muito específica.

A chave está na inércia

Todo corpo tem uma inércia ou tendência a não variar sua velocidade, nem em quantidade nem em direção. Assim, sem a aplicação de nenhuma força, um corpo permanecerá imóvel se inicialmente estiver em repouso, ou continuará se movendo em linha reta e na mesma velocidade se estiver em movimento.

Por exemplo, ao se acelerar um carro, nosso corpo parece ser pressionado um pouco para trás devido à sua tendência de manter a velocidade inferior que estava. Por outro lado, ao frear, parece que somos empurrados para a frente, pois nossa inércia nos empurra para continuar com a velocidade superior que experimentávamos antes.

Algo diferente acontecerá a um objeto quando uma força perpendicular à direção da velocidade inicial for aplicada: sua trajetória se curvará. É o que acontece se lançarmos uma bola de uma certa altura e de forma completamente horizontal: a força da gravidade (aplicada perpendicularmente à direção inicial da bola) modifica sua trajetória, curvando-a para baixo e forçando a bola a cair, mais cedo ou mais tarde, no chão.

Se um corpo sofrer essa força perpendicular durante um longo período de tempo e não tiver nenhum obstáculo em seu caminho, é possível que a trajetória se feche sobre si mesma e gere um percurso circular. Imagine que você gira uma pedra amarrada a uma corda sobre sua cabeça: como a tensão da corda é perpendicular à sua velocidade em todos os momentos, a trajetória da pedra descreve uma circunferência perfeita.

Equilíbrio quase impossível

Para que um planeta trace uma órbita circular em torno de sua estrela, é necessário que haja um equilíbrio específico: a força que atrai o corpo para o centro da órbita (a força da gravidade) deve ser igual à força que o expulsa dessa órbita (a força centrífuga).

A primeira é gerada porque os dois corpos (estrela e planeta) têm massa, e a segunda se deve à inércia do planeta. O equilíbrio entre as duas forças é alcançado com uma velocidade única, que é expressa por uma fórmula: v² = G·M/d. Curiosamente, ela não depende da massa do planeta, mas da massa da estrela (M), da distância entre a estrela e o planeta (d) e da constante de gravitação universal (G).

Se a velocidade do planeta for maior que a velocidade de equilíbrio, ele escapará dessa órbita, afastando-se cada vez mais da estrela; provavelmente, terminará seus dias como um planeta errante no Universo. Se sua velocidade for menor que a de equilíbrio, no entanto, ele cairá em direção ao centro da órbita. Então, quase certamente, acabará sendo engolido por essa estrela.

Mas e as Leis de Kepler?

Esses valores invariáveis da velocidade e da distância de um planeta parecem ser incompatíveis com as chamadas Leis de Kepler, mas não são.

Vamos relembrar brevemente essas leis:

1. Todos os planetas se movem ao redor do Sol descrevendo uma trajetória elíptica (não circular).

2. A reta que une o planeta ao Sol varre áreas iguais em tempos iguais (o que implica uma velocidade não constante).

3. O quadrado do período orbital do planeta é proporcional ao cubo de sua distância média ao Sol.

O fato de as órbitas não serem circulares se deve ao fato de os planetas do Sistema Solar não estarem sozinhos. A força da gravidade exercida entre os mundos de nossa vizinhança cósmica faz com que eles variem um pouco sua distância ao Sol enquanto viajam, criando uma órbita elíptica.

Essa mudança de distância faz com que os planetas tenham que adaptar sua velocidade de acordo com a sua localização no periastro (ponto mais próximo da estrela) ou apoastro (ponto mais distante). E a terceira Lei de Kepler adapta a condição v² = G·M/d a uma órbita elíptica.

Origem da velocidade

Quase todos os corpos existentes em um sistema planetário como o nosso (estrela, planetas, luas, asteroides, cometas…) têm uma origem comum: o colapso gravitacional de uma nuvem molecular.

Essas nuvens apresentam regiões com mais material do que o seu entorno; ou seja, têm “grumos”, mas de tamanho astronômico. Se algum evento cósmico, como a explosão de uma supernova próxima, aproximar alguns grumos, a gravidade gerada por essa acumulação de massa atrairá o material ao seu redor e crescerá ainda mais.

Assim se inicia um processo em que a nuvem se compacta em uma pequena área. Aqui, alguns milhões de anos depois, nascerão uma estrela e seus planetas.

À medida que a nuvem colapsa, sua rotação acelera, assim como acontece com uma patinadora que gira sobre si mesma e fecha os braços. Quando essa velocidade de rotação é suficientemente grande, a força centrífuga volta a desempenhar um papel importante. Esta é a força que nos expulsa para fora numa curva ou quando estamos montados num carrossel, e é a que faz com que uma massa esférica em rotação se transforme num grande disco plano.

Será nesse disco de material que gira em torno da estrela em formação que surgirão os planetas. Milhões de anos se passarão e muitos processos (acréscimo de partículas, fusão de corpos, impactos…) ocorrerão até que se forme um planeta como a Terra ou Júpiter. Nesse processo, a velocidade dos corpos irá mudando. Só aqueles que acabarem tendo a velocidade correta para a distância que os separa do Sol sobreviverão até o momento em que nos perguntamos: por que os planetas se movem?