Η Γη μάλλον δεν θα έπρεπε να υπάρχει. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι τροχιές των εσωτερικών πλανητών του ηλιακού συστήματος - του Ερμή, της Αφροδίτης, της Γης και του Άρη - είναι χαοτικές και οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτοί οι εσωτερικοί πλανήτες θα έπρεπε να έχουν συγκρουστεί μεταξύ τους μέχρι τώρα. Αυτό όμως δεν συνέβη.
Η νέα μελέτη, που δημοσιεύτηκε στις 3 Μαΐου στο περιοδικό Φυσική εξέταση X, μπορεί τελικά να εξηγήσει γιατί.
Έχοντας εμβαθύνει στα μοτίβα της κίνησης των πλανητών, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι οι κινήσεις των εσωτερικών πλανητών περιορίζονται από ορισμένες παραμέτρους που λειτουργούν ως πρόσδεση που περιορίζει το χάος του συστήματος. Εκτός από την παροχή μιας μαθηματικής εξήγησης για τη φαινομενική αρμονία στο ηλιακό μας σύστημα, τα αποτελέσματα της νέας μελέτης μπορεί να βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν τις τροχιές των εξωπλανητών που περιφέρονται γύρω από άλλα αστέρια.
Οι πλανήτες ασκούν συνεχώς μια αμοιβαία βαρυτική έλξη ο ένας στον άλλον – και αυτά τα μικρά ρυμουλκά κάνουν συνεχώς ανεπαίσθητες προσαρμογές στις τροχιές των πλανητών. Οι εξωτερικοί πλανήτες, που είναι πολύ μεγαλύτεροι, είναι πιο ανθεκτικοί σε μικρές κρούσεις και επομένως διατηρούν σχετικά σταθερές τροχιές.
Το πρόβλημα των εσωτερικών τροχιών των πλανητών, ωστόσο, εξακολουθεί να είναι πολύ περίπλοκο για μια ακριβή λύση. Στα τέλη του 19ου αιώνα, ο μαθηματικός Henri Poincaré απέδειξε ότι είναι μαθηματικά αδύνατο να λυθούν οι εξισώσεις που περιγράφουν την κίνηση τριών ή περισσότερων αντικειμένων που αλληλεπιδρούν, γνωστά και ως «πρόβλημα των τριών σωμάτων». Ως αποτέλεσμα, οι αβεβαιότητες στις λεπτομέρειες των αρχικών θέσεων και ταχυτήτων των πλανητών αυξάνονται με την πάροδο του χρόνου. Με άλλα λόγια: Μπορείτε να πάρετε δύο σενάρια στα οποία οι αποστάσεις μεταξύ του Ερμή, της Αφροδίτης, του Άρη και της Γης διαφέρουν κατά το μικρότερο ποσό, και σε ένα από αυτά οι πλανήτες συγκρούονται μεταξύ τους και στο άλλο - αποκλίνουν σε διαφορετικές κατευθύνσεις.
Ο χρόνος για τον οποίο δύο τροχιές με σχεδόν ίδιες αρχικές συνθήκες αποκλίνουν κατά ένα ορισμένο ποσό ονομάζεται χρόνος Lyapunov ενός χαοτικού συστήματος. Το 1989, ο Jacques Lascard, αστρονόμος και επιστημονικός διευθυντής του Εθνικού Κέντρου Επιστημονικής Έρευνας και του Αστεροσκοπείου του Παρισιού και συν-συγγραφέας της νέας μελέτης, εκτίμησε ότι ο χαρακτηριστικός χρόνος Lyapunov για τις τροχιές των πλανητών στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα είναι μόνο 5 εκατομμύρια χρόνια.
«Ουσιαστικά, αυτό σημαίνει ότι χάνεις ένα ψηφίο κάθε 10 εκατομμύρια χρόνια», είπε ο Λάσκαρ στο Live Science. Έτσι, για παράδειγμα, εάν η αρχική αβεβαιότητα της θέσης του πλανήτη είναι 15 μέτρα, τότε μετά από 10 εκατομμύρια χρόνια αυτή η αβεβαιότητα θα είναι 150 μέτρα. μετά από 100 εκατομμύρια χρόνια χάνονται άλλα 9 ψηφία, δίνοντας μια αβεβαιότητα 150 εκατομμυρίων χιλιομέτρων, που ισοδυναμεί με την απόσταση μεταξύ της Γης και του Ήλιου. «Βασικά, δεν έχετε ιδέα πού βρίσκεται ο πλανήτης», είπε ο Λάσκαρ.
Ενώ τα 100 εκατομμύρια χρόνια μπορεί να φαίνονται πολύς καιρός, το ίδιο το ηλιακό σύστημα υπάρχει εδώ και περισσότερα από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια και η έλλειψη γεγονότων – όπως οι πλανητικές συγκρούσεις ή η εκτόξευση ενός πλανήτη από όλη αυτή τη χαοτική κίνηση – έχει προβληματίσει εδώ και καιρό. Επιστήμονες.
Στη συνέχεια, ο Λάσκαρ εξέτασε το πρόβλημα με διαφορετικό τρόπο: προσομοιώνοντας τις εσωτερικές τροχιές των πλανητών τα επόμενα 5 δισεκατομμύρια χρόνια, κινούμενοι από τη μια στιγμή στην άλλη. Βρήκε μόνο 1% πιθανότητα σύγκρουσης των πλανητών. Χρησιμοποιώντας την ίδια προσέγγιση, υπολόγισε ότι θα χρειαστούν κατά μέσο όρο περίπου 30 δισεκατομμύρια χρόνια για να συγκρουστούν οι πλανήτες.
Εμβαθύνοντας στα μαθηματικά, ο Λάσκαρ και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν για πρώτη φορά «συμμετρίες» ή «συντηρητικές ποσότητες» στις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις που δημιουργούν ένα «πρακτικό εμπόδιο στη χαοτική περιπλάνηση των πλανητών», είπε ο Λάσκαρ.
Αυτές οι αναδυόμενες ποσότητες παραμένουν σχεδόν σταθερές και αναστέλλουν ορισμένες χαοτικές κινήσεις, αλλά δεν τις αποτρέπουν εντελώς, όπως η ανυψωμένη άκρη ενός πιάτου βραδινού επιβραδύνει αλλά δεν εμποδίζει τελείως το φαγητό να πέσει από το πιάτο. Μπορούμε να οφείλουμε αυτές τις ποσότητες για τη φαινομενική σταθερότητα του ηλιακού μας συστήματος.
Ο Renu Malhotra, καθηγητής πλανητικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα που δεν συμμετείχε στη μελέτη, τόνισε πόσο λεπτοί είναι οι μηχανισμοί που βρέθηκαν στη μελέτη. Ο Malhotra είπε στο Live Science ότι είναι ενδιαφέρον ότι «οι τροχιές των πλανητών στο ηλιακό μας σύστημα παρουσιάζουν εξαιρετικά αδύναμο χάος».
Σε άλλη εργασία, ο Λάσκαρ και οι συνάδελφοί του αναζητούν ενδείξεις για το αν ο αριθμός των πλανητών στο ηλιακό σύστημα ήταν ποτέ διαφορετικός από αυτόν που παρατηρούμε τώρα. Παρ' όλη τη φαινομενική σταθερότητα σήμερα, το ερώτημα αν αυτό συνέβαινε πάντα κατά τη διάρκεια των δισεκατομμυρίων ετών πριν από την εμφάνιση της ζωής παραμένει ανοιχτό.
Διαβάστε επίσης: