Rispetto ad altri sistemi planetari conosciuti, il sistema solare contiene un numero insolitamente elevato di pianeti. In totale, ci sono 812 sistemi planetari conosciuti con tre o più pianeti confermati, e solo un altro sistema conosciuto, Kepler-90, che contiene tanti pianeti quanti il sistema solare, secondo The Extrasolar Planets Encyclopaedia.
C'è una buona probabilità che molti di questi sistemi abbiano piccoli pianeti interni che non possiamo rilevare, quindi è improbabile che il sistema solare sia in realtà il sistema planetario più popolato nel nostro vicinato cosmico. Ma evidenzia che otto esopianeti possono essere vicini al limite superiore di quanto grande possa crescere naturalmente un sistema planetario.
Pertanto, per calcolare la capacità massima assoluta dei pianeti in orbita attorno al sole, dobbiamo spostarci nel regno del teorico, ignorando alcuni dei fattori naturali che possono limitare il numero di pianeti che possono formarsi. Uno dei modi migliori per farlo è progettare, o ingegnerizzare, un sistema solare da zero.
"Quando si parla di quanti pianeti potrebbero esserci in un sistema planetario, ci sono molti aspetti diversi che è necessario considerare", ha affermato a Live Science Sean Raymond, astronomo del Bordeaux Astrophysics Laboratory in Francia, specializzato in sistemi planetari.
La struttura di un sistema planetario è il risultato di una serie di fattori complessi, ha spiegato Raymond, tra cui la dimensione della stella, la dimensione dei pianeti, il tipo di pianeti (ad esempio, pianeti rocciosi o giganti gassosi), il numero di lune in orbita attorno a ciascun pianeta, la posizione di grandi asteroidi e comete (come quelli nella fascia degli asteroidi tra Giove e Marte e nella fascia di Kuiper oltre Nettuno), la direzione delle orbite dei pianeti e la quantità di materiale rimasto dalla formazione del sole per creare i pianeti. Ci vogliono anche centinaia di milioni di anni di intense collisioni e interazioni gravitazionali tra pianeti perché un sistema si stabilisca in una configurazione stabile.
Tuttavia, se fossimo una civiltà super-avanzata con tecnologia e risorse che superano di gran lunga le nostre attuali capacità, potrebbe essere possibile aggirare molte di queste limitazioni e progettare un sistema solare pieno del numero massimo di pianeti, ha dichiarato Raymond.
In questo sistema solare teoricamente ingegnerizzato, potremmo supporre che non ci siano limiti ai materiali disponibili per creare pianeti e che potessero essere prodotti artificialmente e posizionati a piacimento. Supponiamo fosse anche possibile rimuovere lune, asteroidi, comete e altri ostacoli che potrebbero complicare le cose. Le uniche limitazioni sarebbero che la gravità che i pianeti e il sole esercitano dovrebbe essere la stessa che i pianeti dovrebbero avere orbitando attorno al sole in una configurazione stabile senza interferire l'uno con l'altro.
Un pianeta è definito come un corpo celeste che è in orbita attorno al sole, ha una massa sufficiente per raggiungere l'equilibrio idrostatico (rendendolo rotondo nella forma) e ha ripulito il vicinato intorno alla sua orbita dai detriti, quest'ultimo è il motivo per cui Plutone non è considerato un vero pianeta, secondo l'Unione Astronomica Internazionale.
In un sistema solare ingegnerizzato, il numero massimo di pianeti è limitato dal numero di orbite planetarie che puoi inserire intorno alla stella prima che inizino a diventare instabili.
"Quando un sistema planetario diventa instabile, le orbite dei pianeti iniziano a incrociarsi, il che significa che potrebbero scontrarsi tra loro o semplicemente disperdersi gravitazionalmente", ha dichiarato Raymond.
La distanza minima di sicurezza tra le orbite di diversi pianeti in un sistema stabile dipende dalle dimensioni di ciascun pianeta o, più precisamente, dal suo raggio di Hill. Il raggio di Hill di un pianeta è la distanza tra il pianeta e il bordo della sua sfera di influenza, all'interno della quale gli oggetti con una massa più piccola saranno influenzati dalla sua gravità, come la luna in orbita attorno alla Terra.
Per questo motivo, il numero di orbite che potrebbero adattarsi all'interno del sistema solare dipende prevalentemente dalle dimensioni dei pianeti, ha detto Raymond. Ad esempio, Giove è circa 300 volte più massiccio della Terra, il che significa che il suo raggio di Hill è circa 10 volte più grande, ha spiegato Raymond. Ciò significa che 10 orbite terrestri separate potrebbero adattarsi allo stesso spazio occupato dall'orbita attuale di Giove.
Pertanto, per massimizzare il numero di pianeti in un sistema, devi rendere i pianeti il più piccoli possibile. La dimensione dei pianeti è la chiave per massimizzare il numero di orbite che potrebbero adattarsi a un sistema ingegnerizzato. Tuttavia, c'è un altro trucco intelligente che potremmo sfruttare per aggiungere qualche orbita in più indipendentemente dalle dimensioni del pianeta: cambiare la direzione in cui si muovono intorno al sole.
Nell'attuale sistema solare, ogni pianeta orbita nella stessa direzione attorno al sole. Questo perché i pianeti si sono formati da una grande nube di polvere che ruota nella stessa direzione attorno al sole. Tuttavia, nel nostro sistema solare ingegnerizzato, sarebbe possibile avere pianeti che orbitano attorno al sole nella direzione opposta, noti come orbite retrograde, ha spiegato Raymond. Tuttavia, questa idea è un po' fantasiosa; le orbite retrograde probabilmente non esistono in natura a causa di come si formano i pianeti.
Detto questo, se due pianeti dovessero orbitare attorno al sole nella direzione opposta, le forze gravitazionali tra loro sarebbero leggermente indebolite e la distanza minima di sicurezza tra le loro orbite potrebbe essere ridotta.
"Se due pianeti in orbite diverse stanno andando nella stessa direzione, allora hanno un tempo più lungo per incontrarsi mentre passano, il che crea un calcio gravitazionale più grande", ha affermato Raymond. "Tuttavia, se stanno andando nella direzione opposta, e interagiscono per un periodo di tempo più breve", il che significa che possono essere più vicini tra loro senza scontrarsi o disperdersi.
Pertanto, se rendessimo ogni altra orbita nel nostro sistema ingegnerizzato un'orbita retrograda, come una giostra in cui le persone adiacenti si muovono in direzioni opposte, potremmo ridurre al minimo lo spazio necessario tra ogni orbita e, così facendo, aggiungere pianeti.
Fino a questo punto, abbiamo ipotizzato che ogni orbita nel nostro sistema solare ingegnerizzato contenga un solo pianeta. Tuttavia, è effettivamente possibile avere più pianeti che condividono un'orbita, ha spiegato Raymond. E possiamo vedere un esempio di questo nel nostro attuale sistema solare.
Giove ha due ammassi di asteroidi, noti come i Greci e i Troiani, che condividono la sua orbita. Questi ammassi si trovano a circa 60 gradi davanti e dietro il gigante gassoso mentre orbita attorno al sole. Gli astronomi pensano che sia possibile avere pianeti che condividono le orbite in modo simile. Hanno soprannominato questi mondi teorici pianeti troiani.
"Le persone sono attivamente alla ricerca di esempi di questi pianeti troiani tra i sistemi di esopianeti perché ci si aspetta che si formino naturalmente", ha affermato Raymond. Tuttavia, nessuno di essi è stato ancora osservato, ha aggiunto.
Se vogliamo massimizzare il numero di pianeti nel nostro sistema solare ingegnerizzato, vorremo avere il maggior numero possibile di questi pianeti troiani. Ma il numero di pianeti che puoi inserire in un'orbita deve essere distanziato abbastanza da rimanere stabile.
In uno studio pubblicato nel 2010 sulla rivista Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, una coppia di astronomi ha usato i raggi di Hill per capire quanti pianeti potrebbero condividere un'orbita. Hanno scoperto che sarebbe possibile avere fino a 42 pianeti delle dimensioni della Terra che condividono una singola orbita. Inoltre, proprio come con il numero di orbite in un sistema, più piccoli sono i pianeti, più potrebbero adattarsi alla stessa orbita, ha spiegato Raymond.
Naturalmente, le possibilità che così tanti pianeti condividano naturalmente una singola orbita sono praticamente pari a zero, perché ogni pianeta dovrebbe avere esattamente le stesse dimensioni e si sarebbero dovuti formare allo stesso tempo per essere stabile, ha affermato Raymond. Ma in un sistema solare ingegnerizzato, questo livello di struttura co-orbitale sarebbe possibile e aumenterebbe notevolmente il numero di pianeti da inserire.
Tenendo presenti tutte le variabili Raymond ha calcolato il numero di pianeti di un sistema ingegnerizzato usando simulazioni al computer (possono essere visualizzati in modo dettagliato sul suo blog, PlanetPlanet). Tuttavia, è importante notare che, sebbene questi calcoli siano basati su teorie che gli astronomi usano per creare simulazioni legittime, questi modelli non sono peer-reviewed e dovrebbero essere considerati con un pizzico di scetticismo giocoso.
Per massimizzare il numero di pianeti, il sistema ingegnerizzato di Raymond si estende a 1.000 unità astronomiche (UA) dal sole. Attualmente, il bordo definito del sistema solare, noto anche come eliosfera, è di circa 100 UA dal sole, secondo l'Agenzia spaziale europea, ma l'influenza gravitazionale del sole può estendersi molto più lontano. Inoltre, il modello di Raymond utilizza pianeti di dimensioni uguali con orbite retrograde alternate.
Tenendo conto di tutto ciò, se si utilizzassero pianeti delle dimensioni della Terra, si potrebbero inserire 57 orbite, ciascuna contenente 42 pianeti, per un totale di 2.394 pianeti. Tuttavia, se si utilizzassero pianeti più piccoli che hanno un decimo delle dimensioni della Terra (all'incirca la stessa massa di Marte), si potrebbero inserire 121 orbite, ciascuna contenente 89 pianeti, per un totale di 10.769 pianeti. E se i pianeti fossero intorno alle dimensioni della luna (un centesimo della massa della Terra), si potrebbero avere 341 orbite, ognuna contenente 193 pianeti, che dà un totale di 65.813 pianeti.
Ovviamente, questi numeri sono estremi e la capacità di progettare sistemi così complicati è ben al di là della portata dell'umanità. Ma questo divertente esperimento mentale evidenzia che c'è molto più spazio per i pianeti nel sistema solare rispetto ai magri otto che vediamo oggi. Tuttavia, è molto improbabile che altri possano essersi formati naturalmente.