Земля, ймовірно, не повинна була б існувати. Це тому, що орбіти внутрішніх планет Сонячної системи – Меркурія, Венери, Землі та Марса – хаотичні, і дослідники припускають, що ці внутрішні планети вже мали б зіткнутися одна з одною. Але цього не сталося.
Нове дослідження, опубліковане 3 травня в журналі Physical Review X, може нарешті пояснити чому.
Планети постійно здійснюють взаємне гравітаційне тяжіння одна до одної – і ці маленькі буксири постійно вносять незначні корективи в орбіти планет. Зовнішні планети, які набагато більші, більш стійкі до невеликих поштовхів і тому підтримують порівняно стабільні орбіти.
Проблема внутрішніх траєкторій планет, однак, все ще надто складна для точного розв’язання. Наприкінці 19 століття математик Анрі Пуанкаре довів, що математично неможливо розв’язати рівняння, які описують рух трьох або більше взаємодіючих об’єктів, також відомі як “проблема трьох тіл”. Як наслідок, невизначеності в деталях початкових положень і швидкостей планет з часом збільшуються. Іншими словами: Можна взяти два сценарії, в яких відстані між Меркурієм, Венерою, Марсом і Землею відрізняються на найменшу величину, і в одному з них планети врізаються одна в одну, а в іншому – розходяться в різні боки.
Час, за який дві траєкторії з майже однаковими початковими умовами розходяться на певну величину, називається часом Ляпунова хаотичної системи. У 1989 році Жак Ласкар, астроном і науковий директор Національного центру наукових досліджень і Паризької обсерваторії та співавтор нового дослідження, підрахував, що характерний час Ляпунова для орбіт планет внутрішньої Сонячної системи становить всього 5 мільйонів років.
“По суті, це означає, що ви втрачаєте одну цифру кожні 10 мільйонів років”, – сказав Ласкар в інтерв’ю Live Science. Так, наприклад, якщо початкова невизначеність положення планети становить 15 метрів, то через 10 мільйонів років ця невизначеність становитиме 150 метрів; через 100 мільйонів років втрачається ще 9 цифр, що дає невизначеність у 150 мільйонів кілометрів, що еквівалентно відстані між Землею і Сонцем. “По суті, ви не маєте жодного уявлення про те, де знаходиться планета”, – сказав Ласкар.
Хоча 100 мільйонів років можуть здатися довгим терміном, сама Сонячна система існує понад 4,5 мільярда років, і відсутність подій – таких як зіткнення планет або викид планети з усього цього хаотичного руху – довго спантеличувала вчених.
Тоді Ласкар подивився на проблему по-іншому: змоделювавши внутрішні траєкторії планет протягом наступних 5 мільярдів років, переходячи від одного моменту до іншого. Він знайшов лише 1% ймовірності зіткнення планет. Використовуючи той самий підхід, він підрахував, що для зіткнення планет знадобиться в середньому близько 30 мільярдів років.
Заглиблюючись у математику, Ласкар і його колеги вперше виявили “симетрії” або “консервативні величини” у гравітаційних взаємодіях, які створюють “практичний бар’єр у хаотичному блуканні планет”, – сказав Ласкар.
Ці емерджентні величини залишаються майже постійними та гальмують певні хаотичні рухи, але не запобігають їм повністю, подібно до того, як піднятий край обідньої тарілки гальмує падіння їжі з тарілки, але не запобігає цьому повністю. Ми можемо завдячувати цим величинам за видиму стабільність нашої Сонячної системи.
Рену Малхотра, професор планетарних наук в Університеті Аризони, який не брав участі в дослідженні, підкреслив, наскільки тонкими є механізми, виявлені в дослідженні. Малхотра розповів Live Science, що цікаво, що “орбіти планет нашої Сонячної системи демонструють виключно слабкий хаос”.
В іншій роботі Ласкар та його колеги шукають підказки щодо того, чи кількість планет у Сонячній системі коли-небудь відрізнялася від тієї, яку ми спостерігаємо зараз. Попри всю очевидну сьогодні стабільність, питання про те, чи завжди так було протягом мільярдів років до появи життя, залишається відкритим.
Читайте також :
Leave a Reply