A primeira versão da explicação para a origem do sistema solar que se tornou paradigmática no século XIX surgiu na parte final de um livro de ampla circulação dedicado à síntese da mecânica celeste desenvolvida por Laplace nas últimas décadas do século XVIII,
Exposition du Système du Monde, publicado originalmente em 1796. Embora não tenha
mudado substancialmente, a cosmogonia foi atualizada e mais bem detalhada pelo matemático francês nas duas décadas subsequentes em diferentes edições do livro (LAPLACE, 1808 e 1824) e acabou se tornando a parte mais popular da obra (MERLEAU- PONTY, 1977, p. 289).
Laplace, muito provavelmente, não conheceu (ao menos, não diretamente) a obra de filosofia natural em que Kant propõe sua hipótese cosmogônica, e cita o famoso naturalista francês, Charles-Louis Leclerc, Conde de Buffon, como o único a propor uma explicação para a origem do sistema solar desde o estabelecimento da mecânica newtoniana como paradigma da física, le vrai système du monde nas mentes do período. Pouco surpreende, claro, que Laplace não tenha despendido energia revisando e criticando a cosmogonia cartesiana.
“Todas as desigualdades seculares [observadas no sistema solar] são periódicas”, diz Laplace no final da Exposition (LAPLACE, 1808, p. 392): um aspecto fundamental da importância filosófica e científica da mecânica celeste apresentada nessa obra seminal para a astronomia oitocentista foi o de resolver o problema da estabilidade do sistema solar no longo
prazo, algo que havia levado Newton à conclusão de que o sistema precisava da intervenção divina para que os planetas não caíssem em direção ao Sol (BRUSH, 1996a, p. 20). Jacques Merleau-Ponty credita ao próprio trabalho de Laplace nas últimas décadas do século XVIII a aceitação da mecânica newtoniana como o “verdadeiro sistema do mundo”. Laplace dedicou a maior parte de sua carreira à resolução dos problemas ligados às irregularidades observadas nos movimentos dos planetas e dos satélites. Seu sucesso em explicar o que era interpretado até então como desequilíbrios seculares, transformando-os em oscilações periódicas de um sistema estável, teve um peso significativo na percepção geral de que a mecânica newtoniana era verdadeira e universal (MERLEAU-PONTY, 1977, p. 287). Merleau-Ponty sugere que a própria hipótese nebular foi uma consequência dessas realizações de Laplace: “as provas de estabilidade [do sistema solar] levaram ao último passo, a saber, a construção de uma cosmogonia – no sentido limitado da formação do sistema solar – completamente deduzida a partir da observação e da teoria newtoniana” (idem, 1977, p. 287).
Quanto ao importante aspecto da relevância do pensamento teológico na cosmogonia, a hipótese nebular é inédita: explicava a origem do sistema solar sem qualquer necessidade de intervenção divina, nem recorria à metafísica procurando explicar as condições iniciais da nuvem de gás primordial. Com relação a isso, há um grande contraste com Kant, que recorre frequentemente a suposições metafísicas e postula uma inteligência suprema estabelecendo as condições iniciais que desencadeariam o processo natural de formação do sistema solar, de outros sistemas planetários e das galáxias14. A cosmogonia de Laplace também não recua a análise para aquém da suposição de uma nuvem de gás primordial, evitando procurar uma explicação para a origem da matéria e da força gravitacional. Laplace não tinha esperanças de chegar a uma compreensão sobre a causa da gravitação e a natureza de “força” em geral (MERLEAU-PONTY, p. 287).15
Na seção dedicada à apresentação de sua hipótese cosmogônica na edição expandida da Exposition, de 1808, Laplace alerta para o caráter conjectural de sua cosmogonia, ao mesmo tempo em que justapõe a origem do sistema solar com sua ordem subjacente, identificada em sua estabilidade e suas regularidades: “qualquer que seja a origem
14 Merleau-Ponty compara as duas cosmogonias nessa mesma linha: “o pensamento teológico ainda tem um
grande lugar no trabalho de Kant, enquanto possui nenhum no de Laplace”, que “abriu o caminho para uma cosmogonia não-teológica” (MERLEAU-PONTY, 1977, p. 289).
15 Note-se que essa era também a posição a que o próprio Newton chegou, após fracassar em diversas tentativas
do sistema planetário, que apresento com a desconfiança que deve inspirar tudo o que não é resultado de observação ou cálculo, é certo que seus elementos são ordenados de tal modo a que gozem da maior estabilidade, se as causas externas não vierem a perturbá-lo” (LAPLACE, 1808, p. 392). Na edição de 1824, à frase que inspira prudência, acima citada, há a consideração de que se trata de “uma hipótese que parece resultar de uma alta
verossimilhança (une grande vraisemblance)” (LAPLACE, 1824, p. 390, grifos meus). De
qualquer forma, tendo sido apresentada como o arremate de uma célebre obra que (junto com todo o trabalho científico de seu autor) simbolizou a resolução de muitos problemas pendentes quanto à explicação dos fenômenos celestes pela mecânica newtoniana, com extensa corroboração quantitativa e empírica, a hipótese de Laplace se tornou paradigmática no século XIX e será apresentada a seguir.
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Laplace lista as regularidades do sistema solar conhecidas no final do século XVIII que devem incluídas qualquer tentativa de explicação sobre sua origem: os planetas se movem ao redor do Sol no mesmo sentido e aproximadamente no mesmo plano; os satélites se movem ao redor dos planetas também no mesmo sentido e aproximadamente no mesmo plano; a rotação dos planetas, dos satélites e do Sol ocorre na mesma direção de seu movimento orbital e aproximadamente no mesmo plano; as órbitas dos planetas e satélites são elipses de baixa excentricidade. (LAPLACE, 1808, p. 388-9). Esses “fenômenos extraordinários”, para Laplace, “não são o resultado do acaso e indicam uma causa geral que tenha determinado todos esses movimentos” (idem, p. 388) e “não são devidos a causas irregulares” (LAPLACE, 1824, p. 390).
Para explicar a origem dos planetas, Buffon havia proposto um cenário catastrófico e, na categorização adotada na presente pesquisa, dualista: o Sol e os planetas e seus satélites não têm a mesma origem. Para Buffon, os planetas e satélites teriam sido originados por uma colisão entre um cometa e o Sol. A colisão teria arrancado do Sol o material que coalesceria em órbitas ao redor da estrela e formaria os planetas. Laplace considera que a hipótese de uma colisão originária só daria conta de explicar a primeira das regularidades listadas (os mesmos sentidos e planos das órbitas dos planetas e satélites), mas não as outras.
O matemático estimava em menos de “quatro mil bilhões para um” (em 1808) e “duzentos mil bilhões para um” (em 1824) a chance de ter sido ao acaso que quarenta e dois movimentos de revolução e rotação dos planetas e de seus satélites se dessem no mesmo sentido e num mesmo plano, além de sua muito baixa inclinação em relação ao eixo de rotação do Sol. Para Laplace, da mesma maneira com que encaramos os eventos da história que estamos mais certos de haverem ocorrido, “devemos acreditar pelo menos com a mesma confiança que uma causa primitiva dirigiu os movimentos planetários” (LAPLACE, 1808, p. 389, grifo meu).
Às (aproximadas) regularidades já enumeradas, Laplace adiciona um elemento de irregularidade a ser explicado: os cometas têm órbitas de grande excentricidade e a inclinação de suas órbitas variam drasticamente entre si e com relação ao plano médio das órbitas dos planetas. Essas eram as regularidades e irregularidades do sistema solar conhecidas na virada do século XVIII para o XIX, excetuando-se o eixo de rotação de Urano, que exibe inclinação quase perpendicular a seu movimento orbital, além das órbitas muito inclinadas dos satélites desse planeta. As irregularidades do sistema uraniano não foram incluídas por Laplace em sua hipótese cosmogônica, que descrevo resumidamente.
Em sua hipótese cosmogônica, Laplace imagina o estado inicial do sistema solar como uma nuvem de gás primordial. De acordo com a lei da gravitação universal, a matéria dispersa por essa nuvem teria começado a se concentrar em um ponto de maior densidade, onde se formaria o Sol. A atmosfera do Sol primitivo teria tomado toda a extensão do sistema solar, muito além da órbita de Urano (que era o mais longínquo planeta do sistema solar até a descoberta de Netuno, em 1846), mais extensa ainda “do que o periélio [das órbitas] dos cometas observáveis” (LAPLACE, 1808, p. 391).
A partir do início do processo de contração governado pela força da gravidade, esse material gasoso de alta temperatura e de “imensa extensão” teria entrado em movimento de rotação graças a pequenas diferenças de densidade e produzido um disco girando na mesma direção da rotação do Sol primitivo em seu centro. De acordo com a lei de conservação do momento angular, conforme a nuvem se contrai, aumenta a sua velocidade angular. Isso faria com que a “força centrífuga” nas partes mais externas do disco se equilibrasse com a força de atração da estrela no centro, causando a formação de “anéis de vapores” que sucessivamente teriam se separado do restante do corpo primitivo do Sol em seu plano do equador (LAPLACE, 1808, p. 390). Esse aspecto explicaria, portanto, a coincidência
aproximada entre o plano do movimento orbital dos planetas e o plano de rotação do Sol, além de sua baixa excentricidade.
Os “anéis de vapores” teriam surgido um por vez, do mais externo ao mais interno, nos limites da “atmosfera solar” em progressiva contração: “pode ser conjecturado que os planetas se formaram nos limites sucessivos desta atmosfera, pela condensação das zonas que deve ter abandonado no plano de seu equador, resfriando e condensando na superfície desta estrela” (LAPLACE, 1808, p. 391). Inicialmente quentes (como toda a nebulosa primordial), os anéis de gás ou “vapores” também teriam se resfriado e contraído, atraindo progressivamente matéria para a formação do que hoje seriam chamados de protoplanetas, embora Laplace não use essa terminologia. Laplace considera que a distribuição de matéria nesses anéis dificilmente poderia ter sido completamente uniforme. Por isso, núcleos de maior concentração de matéria teriam se formado, fazendo com que os anéis desaparecessem aos poucos, dando lugar aos planetas: “geralmente se uniram em vários globos, e quando um deles foi poderoso o suficiente para atrair os outros para si, seu encontro formou um planeta considerável” (LAPLACE, 1808, p. 392). Essas zonas de condensação dos “vapores” poderiam formar “anéis líquidos ou sólidos” em torno do corpo central protoplanetário, “mas este caso extraordinário parece ter ocorrido no sistema solar apenas em relação a Saturno” (idem, p. 392).
Os planetas teriam entrado em rotação no mesmo sentido de seu movimento orbital porque a velocidade das partículas mais externas do anel de gás protoplanetário sobrepujaria a das mais internas: “é fácil ver que as velocidades reais das partes do anel de vapores crescem com suas distâncias para o Sol; os globos produzidos por sua agregação tiveram que girar no sentido de seus movimentos de revolução” (LAPLACE, 1808, p. 392). O mesmo processo orientaria a formação dos satélites e sua órbita ao redor dos planetas. Mais uma regularidade do sistema solar poderia ser, assim, plausivelmente explicada pela via naturalista.
Em suma: esse processo de condensação dos anéis protoplanetários resultaria nos planetas e seus satélites, que se formariam de acordo com o mesmo processo de formação planetária, o que explicaria seu movimento orbital na mesma direção da rotação dos planetas; o sistema solar, com suas regularidades, seria passível de ter se originado por um mesmo e ininterrupto processo natural, uma única causa primitiva. Mas, e quanto aos cometas?
Os cometas, com suas órbitas “deixadas ao acaso” (LAPLACE, 1808, p. 389), elipses de alta excentricidade e inclinação em relação ao plano das órbitas dos planetas, “são
estrangeiros (étrangères) ao sistema solar” (LAPLACE, 1824, p. 414, grifo meu). não teriam
se originado da nuvem de gás primordial em rotação. São, ao contrário, “pequenas nebulosas errantes de sistemas [solares] para sistemas [outros] solares, e formados pela condensação da matéria nebulosa espalhada com tanta profusão pelo universo” (idem, p. 414). Os cometas são as únicas irregularidades elencadas entre os fenômenos que devem ser explicados pela hipótese cosmogônica da Exposition e Laplace se satisfaz em imaginar uma origem extrassolar para esses objetos que, tendo vagado indefinidamente pelo espaço interestelar, chegaram à região onde a força de atração do Sol predomina e acabaram, por conta disso, entrando em trajetórias elípticas ou hiperbólicas de grande inclinação em relação ao plano do sistema solar.
Quando às imperfeições das regularidades observadas no sistema, como o fato de que o plano das órbitas dos planetas encontra-se inclinado aproximadamente em 7 graus com relação eixo de rotação do Sol, essas são encaradas por Laplace como desvios esperados, pois insensato imaginar que o processo que deu origem aos planetas e satélites tenha ocorrido com perfeita uniformidade de temperatura e densidade em suas diferentes regiões:
Se o sistema solar tivesse sido formado com perfeita regularidade, as órbitas dos corpos que o compõem seriam círculos cujos planos, como os dos vários equadores e anéis, teriam coincidido com o plano do equador solar. Mas podemos conceber que um sem número de variações (variétés sans nombre) deve ter existido sobre a temperatura e a densidade das várias partes dessas grandes massas, tendo produzido as excentricidades de suas órbitas, e os desvios de seus movimentos do plano deste equador (LAPLACE, 1824, p. 414, grifo meu).
Os pequenos desvios de regularidade que o sistema solar apresenta, portanto, não devem ser tomados como boas razões para descartar que uma mesma causa possa ser identificada em sua origem. Assim, como a cosmogonia kantiana, a teoria de Laplace é
monista: propõe um mesmo processo de formação da estrela, dos planetas e suas luas, em
conjunto. O sistema solar (exceto os cometas) seria o resultado de uma mesma causa
primitiva. Reformulando em termos contemporâneos, pois isso é de interesse das reflexões
posteriores deste trabalho, os planetas e satélites são entendidos, nessa visão, como subprodutos do próprio processo de formação estelar.
Na edição da Exposition publicada em 1824, Laplace faz uma afirmação sobre as características do estado inicial de formação do Sol que não aparece na edição de 1808: “No estado primitivo em que supusemos o sol, ele se parecia com as nebulosas que o telescópio nos mostra, compostas de um núcleo mais ou menos brilhante, cercado por uma nebulosidade que, condensando-se na superfície do núcleo, transforma-o em uma estrela” (LAPLACE, 1824, p. 410). Esse trecho indica que Laplace se referia principalmente às chamadas
nebulosas espirais, que hoje sabemos ser galáxias. A partir do final do século XVIII,
começou a tornar-se predominante uma interpretação sobre esses objetos: não eram os
universos-ilha que Wright e Kant imaginaram na década de 1750, mas estrelas em estágios
iniciais de formação. Abriu-se um caminho para que as estruturas difusas observadas ao redor do “núcleo mais ou menos brilhante” pudessem ser interpretadas como o material em rotação que posteriormente formaria os planetas ao redor da estrela.
A julgarmos pela forma com que Laplace continua seu raciocínio nessa versão da
Exposition, a ideia de formação do Sol a partir de uma nebulosa primitiva se fortaleceu com
essa interpretação das nebulosas – afinal, eram vistos como dados observacionais de estágios anteriores de desenvolvimento de um sistema planetário – e apontaria o caminho para a moderna concepção de formação estelar a partir da condensação de enormes nuvens de gás interestelar, como a Nebulosa de Órion. Laplace evoca uma lei geral da natureza para a formação de estrelas a partir de nebulosas:
Se concebermos, por analogia, que todas as estrelas se formaram dessa maneira, podemos imaginar seu estado anterior de nebulosidade, precedido por muito estados nos quais a matéria nebulosa estaria cada vez mais difusa, com o núcleo cada vez menos luminoso. Chegamos assim, voltando o mais longe possível, a uma nebulosidade tão difusa que dificilmente se poderia suspeitar que existisse.
Por muito tempo, a disposição peculiar de algumas estrelas visíveis a olho nu impactou observadores filosóficos. Mitchel já observou quão pouco é provável que as estrelas das Plêiades, por exemplo, tenham sido apertadas no espaço estreito que as encerra pela mera chance do acaso; e ele concluiu que esse grupo de estrelas e grupos semelhantes que o céu nos apresenta são os efeitos de uma causa primitiva (cause primitive) ou de uma lei geral da natureza (loi générale de la nature). Esses grupos são um resultado necessário da condensação de nebulosas de múltiplos núcleos; pois é evidente que a matéria nebulosa sendo constantemente atraída por esses vários núcleos, deve formar a longo prazo um grupo de estrelas, como o das Plêiades. A condensação de nebulosas com dois núcleos formará estrelas similarmente espaçadas, girando uma na outra, como as estrelas duplas, cujos respectivos mecanismos já foram reconhecidos. (LAPLACE, 1824, p. 411, grifos meus).
São óbvias as implicações dessas linhas para a questão da pluralidade dos sistemas planetários e sua relação com a maneira como concebemos a origem do sistema solar. Surgia uma imagem da criação do nosso endereço cósmico exclusivamente via lei natural, uma que poderia ser extrapolada para ainda outros incontáveis lugares. Como aponta Jacques Merleau-Ponty, essa extrapolação podia ser feita porque o sistema solar era visto por Laplace como paradigmático, no sentido em que “as inferências que podemos fazer sobre sua formação podem ser generalizadas para outros sistemas cósmicos que podemos supor terem sido formados pela condensação de matéria difusa em corpos discretos gravitando um ao outro praticamente num vácuo” (MERLEAU-PONTY, 1977, p. 290).
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O maior responsável pela interpretação de muitas nebulosas como estrelas e sistemas planetários em processo inicial de formação é o célebre astrônomo William Herschel, contemporâneo de Laplace. Como afirmado no início do presente capítulo, Whewell foi o responsável por cunhar a expressão nebular hypothesis em seu Tratado
Bridgewater de 1833, efetivamente dando o nome pelo qual essa cosmogonia se tornaria
conhecida a partir de então. A expressão reflete o imenso impacto gerado pelos estudos observacionais de Herschel sobre as nebulosas e por suas conjecturas sobre o processo de formação estelar. Embora Herschel não tenha formulado uma hipótese cosmogônica como Laplace, com o intuito declarado de resolver o problema da origem do sistema solar, a escolha de palavras de Whewell indica quão importante foi o trabalho de Herschel para a constituição da hipótese nebular como explicação científica cosmogônica standard no século XIX. Brush aponta Laplace e Herschel como os dois como “pais fundadores” da hipótese nebular, embora Herschel não tenha formulado explicitamente uma cosmogonia como Laplace o fez na
Exposition.
Inicialmente, Herschel interpretava as nebulosas de diferentes formatos e luminosidades como “coleções de estrelas distintas que não poderiam ainda ser resolvíveis simplesmente por causa de sua grande distância de nós” (BRUSH, 1996a, p. 32). Em novembro de 1790, entretanto, Herschel observou uma estrela “cercada por uma atmosfera fracamente luminosa de considerável extensão” e concluiu que a nebulosidade não deve composta de estrelas, mas de algum “fluido brilhante” (HERSCHEL apud BRUSH, 1996a, p.
32). Isso o motivou a conjecturar que as estrelas devem se formar a partir da condensação dessa matéria luminosa, que não dependeria das estrelas para existir, pelo contrário. É importante lembrar que nesse período não havia explicação satisfatória para o brilho das estrelas e a obscuridade de planetas e satélites.
O objeto descoberto por Herschel em 1790, que mudou sua concepção sobre as nebulosas, faz parte de uma classe de objetos que ele chamava de – e que ainda hoje conhecidos como – nebulosas planetárias16. Não se sabe ao certo quem cunhou essa
expressão, mas é seguro que passou a ser utilizada para objetos desse tipo nas últimas décadas do século XVIII por conta de sugestões de diferentes astrônomos de que havia alguma semelhança entre seu formato e o de planetas. Numa seção de um artigo de 1811 dedicada a nebulosas planetárias, Herschel especula sobre se, com o passar do tempo, “essas nebulosas que já se encontram em estado de compressão podem ser ainda mais condensadas para realmente se tornarem estrelas” (HERSCHEL, 1811, p. 318). No mesmo artigo, a aproximação de nebulosas como estágios anteriores de desenvolvimento de estrelas, planetas e satélites é feita de maneira ainda mais clara:
Uma circunstância que alia essas nebulosas muito comprimidas às características de muitos de nossos mais bem conhecidos corpos celestes, como alguns dos planetas e seus satélites, o sol e todas as estrelas periódicas, é a de que muito provavelmente a maioria, se não todas elas, giram em torno de seus eixos. Sete das dez que mencionei não são perfeitamente redondas, mas um pouco elípticas. Não deveríamos atribuir esse formato à mesma causa que achatou o diâmetro polar dos planetas, a saber, um movimento rotacional? (HERSCHEL, 1811, p. 319)
As estrelas e planetas podem se formar a partir de nebulosas em rotação e isso provavelmente estava sendo observado, segundo o mais famoso astrônomo do período. Não apenas isso, Herschel sugere que “um movimento rotacional pode frequentemente ocorrer