Zemlja verjetno ne bi smela obstajati. To je zato, ker so orbite notranjih planetov sončnega sistema - Merkurja, Venere, Zemlje in Marsa - kaotične in raziskovalci menijo, da bi morali ti notranji planeti že trčiti drug ob drugega. Vendar se to ni zgodilo.
Nova študija, objavljena 3. maja v reviji Fizični pregled X, lahko končno pojasni, zakaj.
Ko so se poglobili v vzorce planetarnega gibanja, so znanstveniki odkrili, da je gibanje notranjih planetov omejeno z določenimi parametri, ki delujejo kot privez, ki omejuje kaos sistema. Poleg zagotavljanja matematične razlage za navidezno harmonijo v našem sončnem sistemu lahko rezultati nove študije znanstvenikom pomagajo razumeti trajektorije eksoplanetov, ki krožijo okoli drugih zvezd.
Planeti drug na drugega nenehno izvajajo medsebojno gravitacijsko silo – in ti majhni vlačilci nenehno subtilno prilagajajo orbite planetov. Zunanji planeti, ki so veliko večji, so bolj odporni na majhne sunke in zato ohranjajo relativno stabilne orbite.
Problem notranjih tirnic planetov pa je še vedno preveč zapleten za natančno rešitev. Konec 19. stoletja je matematik Henri Poincaré dokazal, da je matematično nemogoče rešiti enačbe, ki opisujejo gibanje treh ali več medsebojno delujočih objektov, znano tudi kot "problem treh teles". Posledično se sčasoma povečujejo negotovosti v podrobnostih začetnih položajev in hitrosti planetov. Z drugimi besedami: vzamete lahko dva scenarija, v katerih se razdalje med Merkurjem, Venero, Marsom in Zemljo razlikujejo za najmanjšo količino, in v enem od njih planeti trčijo drug ob drugega, v drugem pa se razhajajo v različnih smereh.
Čas, za katerega se dve trajektoriji s skoraj enakimi začetnimi pogoji razhajata za določeno količino, se imenuje Ljapunov čas kaotičnega sistema. Leta 1989 je Jacques Lascard, astronom in znanstveni direktor Nacionalnega centra za znanstvene raziskave in Pariškega observatorija ter soavtor nove študije, ocenil, da je značilni Ljapunov čas za orbite planetov v notranjem osončju samo 5 milijonov let.
"V bistvu to pomeni, da izgubite eno števko vsakih 10 milijonov let," je Lascar povedal za Live Science. Torej, na primer, če je začetna negotovost položaja planeta 15 metrov, potem bo po 10 milijonih let ta negotovost 150 metrov; po 100 milijonih let se izgubi še 9 števk, kar daje negotovost 150 milijonov kilometrov, kar je enako razdalji med Zemljo in Soncem. "V bistvu nimate pojma, kje je planet," je dejal Lascar.
Čeprav se morda zdi 100 milijonov let dolgo obdobje, sam Osončje obstaja že več kot 4,5 milijarde let in pomanjkanje dogodkov – kot so trki planetov ali izmet planeta iz vsega tega kaotičnega gibanja – že dolgo bega znanstveniki.
Nato je Laskar na problem pogledal drugače: s simulacijo notranjih trajektorij planetov v naslednjih 5 milijardah let, ki se premikajo iz enega trenutka v drugega. Ugotovil je, da obstaja samo 1% možnost trčenja planetov. Z enakim pristopom je izračunal, da bi v povprečju trajalo približno 30 milijard let, da bi planeti trčili.
Ko so se poglobili v matematiko, so Lascar in njegovi kolegi prvič odkrili "simetrije" ali "konzervativne količine" v gravitacijskih interakcijah, ki ustvarjajo "praktično oviro za kaotično tavanje planetov", je dejal Lascar.
Te nastajajoče količine ostanejo skoraj nespremenjene in zavirajo določena kaotična gibanja, vendar jih popolnoma ne preprečijo, tako kot dvignjen rob krožnika za večerjo upočasni, vendar ne prepreči popolnoma, da bi hrana padla s krožnika. Tem količinam se lahko zahvalimo za navidezno stabilnost našega sončnega sistema.
Renu Malhotra, profesor planetarnih znanosti na Univerzi v Arizoni, ki ni bil vključen v študijo, je poudaril, kako subtilni so mehanizmi, odkriti v študiji. Malhotra je za Live Science povedal, da je zanimivo, da "orbite planetov v našem sončnem sistemu kažejo izjemno šibek kaos."
V drugem delu Lascar in njegovi kolegi iščejo namige o tem, ali se je število planetov v sončnem sistemu kdaj razlikovalo od tega, kar opazujemo zdaj. Kljub vsej navidezni stabilnosti danes ostaja odprto vprašanje, ali je bilo v milijardah let pred nastankom življenja vedno tako.
Preberite tudi: