A Földnek valószínűleg nem kellene léteznie. A Naprendszer belső bolygóinak – a Merkúrnak, a Vénusznak, a Földnek és a Marsnak – ugyanis a pályája kaotikus, és a kutatók úgy vélik, hogy ezeknek a belső bolygóknak mára már ütközniük kellett volna egymással. De ez nem történt meg.
Az új tanulmány május 3-án jelent meg a folyóiratban Fizikai áttekintés X, végre megmagyarázhatja, miért.
A bolygók mozgási mintáiba mélyen beleásva a tudósok felfedezték, hogy a belső bolygók mozgását bizonyos paraméterek korlátozzák, amelyek a rendszer káoszát visszatartó kötélként működnek. Amellett, hogy matematikai magyarázatot adnak a Naprendszerünk látszólagos harmóniájára, az új tanulmány eredményei segíthetnek a tudósoknak megérteni a más csillagok körül keringő exobolygók pályáját.
A bolygók folyamatosan kölcsönös gravitációs erőt fejtenek ki egymásra – és ezek a kis vontatók folyamatosan finoman módosítják a bolygók pályáját. A külső bolygók, amelyek sokkal nagyobbak, jobban ellenállnak a kis ütéseknek, ezért viszonylag stabil pályát tartanak fenn.
A bolygók belső pályáinak problémája azonban még mindig túl bonyolult a pontos megoldáshoz. A 19. század végén Henri Poincaré matematikus bebizonyította, hogy matematikailag lehetetlen megoldani azokat az egyenleteket, amelyek három vagy több kölcsönhatásban lévő objektum mozgását írják le, más néven „háromtest-probléma”. Ennek eredményeként a bolygók kezdeti helyzetének és sebességének részleteiben a bizonytalanságok idővel nőnek. Más szóval: Két forgatókönyvet vehet fel, amelyben a Merkúr, a Vénusz, a Mars és a Föld közötti távolság a legkisebb mértékben különbözik, és az egyikben a bolygók ütköznek egymással, a másikban pedig különböző irányokba térnek el.
Egy kaotikus rendszer Ljapunov-idejének nevezzük azt az időt, ameddig két, csaknem azonos kezdeti feltételekkel rendelkező pálya egy bizonyos mértékben eltér egymástól. 1989-ben Jacques Lascard csillagász, a Nemzeti Tudományos Kutatási Központ és a Párizsi Obszervatórium tudományos igazgatója, valamint az új tanulmány társszerzője úgy becsülte, hogy a belső Naprendszer bolygóinak keringésére jellemző Ljapunov-idő csak 5 millió év.
"Lényegében ez azt jelenti, hogy 10 millió évenként elveszít egy számjegyet" - mondta Lascar a Live Science-nek. Tehát például, ha a bolygó helyzetének kezdeti bizonytalansága 15 méter, akkor 10 millió év múlva ez a bizonytalanság 150 méter; 100 millió év után további 9 számjegy elveszik, ami 150 millió kilométeres bizonytalanságot ad, ami megegyezik a Föld és a Nap távolságával. – Alapvetően fogalma sincs, hol van a bolygó – mondta Lascar.
Míg a 100 millió év hosszú időnek tűnhet, maga a Naprendszer már több mint 4,5 milliárd éve létezik, és az események hiánya – mint például a bolygók ütközése vagy egy bolygó kilökődése ebből a kaotikus mozgásból – már régóta zavart okoz. tudósok.
Aztán Laskar másképp nézte a problémát: szimulálta a bolygók belső pályáját a következő 5 milliárd év során, egyik pillanatról a másikra haladva. Csak 1% esélyt talált a bolygók ütközésére. Ugyanezt a megközelítést alkalmazva kiszámította, hogy átlagosan körülbelül 30 milliárd évbe telik, amíg a bolygók ütköznek.
Lascar és munkatársai a matematikában mélyebben elmélyülve először fedeztek fel olyan "szimmetriákat" vagy "konzervatív mennyiségeket" a gravitációs kölcsönhatásokban, amelyek "gyakorlati gátat szabnak a bolygók kaotikus vándorlásának" - mondta Lascar.
Ezek a kilépő mennyiségek szinte állandóak maradnak, és bizonyos kaotikus mozgásokat gátolnak, de nem akadályozzák meg őket teljesen, ahogy a tányér megemelt éle is lassítja, de nem akadályozza meg teljesen az étel leesését a tányérról. Ezekkel a mennyiségekkel köszönhetjük Naprendszerünk látszólagos stabilitását.
Renu Malhotra, az Arizonai Egyetem bolygótudományi professzora, aki nem vett részt a tanulmányban, hangsúlyozta, milyen finomak a vizsgálatban talált mechanizmusok. Malhotra a Live Science-nek elmondta, hogy érdekes, hogy "a Naprendszerünk bolygóinak pályája kivételesen gyenge káoszt mutat".
Más munkái során Lascar és kollégái arra keresnek nyomokat, hogy vajon a Naprendszer bolygóinak száma eltér-e valaha is attól, amit most megfigyelünk. A mai látszólagos stabilitás ellenére nyitva marad a kérdés, hogy ez mindig így volt-e az élet megjelenése előtti évmilliárdokban.
Olvassa el még: