O inventor e autor chinês Liu Cixin em 2006, lançou um romance que rapidamente se tornou um sucesso de vendas: O Desafio dos Três Astros.
A narrativa aborda um grupo de cientistas que interagem com uma civilização distante. Além das tramas humanas, Liu usou como pano de fundo um conhecido dilema da mecânica orbital ou astrodinâmica, conhecido como o dilema dos três astros.
Este problema, intrigante desde os primórdios da compreensão humana sobre a gravidade, formulada por Isaac Newton, ilustra a dificuldade em prever os movimentos de três astros que compartilham o mesmo sistema orbital.
A questão da Gravidade
“Isaac Newton percebeu que ao lidar com dois objetos em um sistema (como um planeta orbitando uma estrela), com um entendimento das formulas e equações da gravidade, é possível calcular seus movimentos”, explica o astrofísico Chris Lintott, da Universidade de Oxford, no Reino Unido.
No entanto, se um terceiro astro é introduzido nesse sistema, como uma lua, por exemplo, a previsão se torna imprevisível, acrescenta Lintott.
E por que isso é relevante?
Depois que Isaac Newton formulou a Lei da Gravitação Universal em 1687, houve uma exploração incessante sobre como suas ideias pioneiras se aplicam em todas as áreas da física, incluindo a astronomia.
Segundo Lintott, as leis de Newton conseguiram prever com precisão o movimento da Terra ao redor do Sol.
O mesmo se aplicou ao movimento da Lua ao redor da Terra.
Porém, em outras partes do Universo, existem sistemas orbitais compostos por mais de dois corpos.
É aqui que o dilema começa.
“Ao adicionar um terceiro astro, você cria o caos”, afirma Lintott.
Torna-se “impossível prever qual será a órbita desses três corpos celestes”.
Esse problema decorre do princípio de conservação de energia do Universo, que postula que a energia não pode ser criada nem destruída, explica o astrofísico Charles Horowitz ao portal Vox.
Ele ressalta que, devido a esse princípio, uma vez que um planeta é capturado pelo campo gravitacional de uma estrela, ele não pode “gerar” energia adicional para escapar do campo gravitacional.
E permanece ali indefinidamente.
“Mas, se outra estrela se aproxima desse sistema, ambas as estrelas podem gerar energia suficiente para expulsar o planeta ou o corpo celeste que estão orbitando.”
“Com esses componentes, como estabilizamos três corpos gravitacionais ou prevemos suas órbitas?”, questiona Horowitz.
Entre a estabilidade e a turbulência
Tanto na adaptação televisiva quanto no romance de Liu, os personagens interagem com um planeta (San-Ti) que possui um sistema solar com três sóis, alternando entre eras estáveis e caóticas.
Quando San-Ti orbita em torno de um sol, é uma era estável.
Mas, quando outro sol se aproxima do planeta, ele é lançado em um campo gravitacional influenciado pelos três sóis, resultando em turbulência.
Na vastidão do Universo, existem muitas regiões onde encontramos sistemas de três corpos — especialmente onde as estrelas estão se formando.
E, devido a essa complexidade, eles se tornam difíceis de estudar.
“Nesses locais, onde também há muitas galáxias, há mais sistemas de três corpos do que sem eles, o que torna a previsão analítica desafiadora”, observa Horowitz.
Existe uma solução?
O Sol, a Terra e a Lua formam um sistema de três corpos.
“Mas, como o Sol exerce uma força gravitacional maior sobre a Terra, e a Terra faz o mesmo em relação à Lua, formam-se dois sistemas de dois corpos, com órbitas estáveis e previsíveis”, explica o professor de física Jonathan Blazek, em um artigo da Northeastern University, nos EUA.
“Por enquanto”, acrescenta Blazek.
O professor se refere ao fato de que embora nosso sistema solar pareça estável, “não há garantia de que permanecerá assim em um futuro distante, afinal, é um sistema multicorpo”.
A série, cuja maioria dos personagens são cientistas, propõe uma abordagem prática para lidar com a incógnita dos três corpos.
Na vida real, a questão ainda não foi resolvida.
Os cientistas têm obtido previsões estatísticas baseadas em simulações de computador.
Mas, são apenas isso: cenários possíveis do que um computador acredita que vai acontecer sob determinadas circunstâncias.
Resolver o problema dos três corpos poderia ajudar a entender, por exemplo, como a presença de um terceiro objeto influencia a formação e a fusão de buracos negros, explica Lintott.
Blazek observa, por sua vez, que resolver esse problema pode ser a chave para compreender melhor a evolução do Universo.
“Nós não sabemos se daqui a alguns bilhões de anos as órbitas vão permanecer como são hoje”, diz o professor.
“É bem provável que haja uma certa instabilidade que mude o aspecto das coisas no sistema solar.”