Země by pravděpodobně neměla existovat. Je to proto, že oběžné dráhy vnitřních planet Sluneční soustavy – Merkuru, Venuše, Země a Marsu – jsou chaotické a výzkumníci se domnívají, že tyto vnitřní planety se již měly navzájem srazit. To se ale nestalo.
Nová studie, publikovaná 3. května v časopise Fyzická kontrola X, může konečně vysvětlit proč.
Poté, co se vědci ponořili hluboko do vzorců pohybu planet, zjistili, že pohyby vnitřních planet jsou omezeny určitými parametry, které fungují jako pouto, které omezuje chaos v systému. Kromě poskytnutí matematického vysvětlení zdánlivé harmonie v naší sluneční soustavě mohou výsledky nové studie vědcům pomoci pochopit trajektorie exoplanet obíhajících kolem jiných hvězd.
Planety na sebe neustále vyvíjejí vzájemnou gravitační sílu – a tito malí tahouni neustále provádějí jemné úpravy oběžných drah planet. Vnější planety, které jsou mnohem větší, jsou odolnější vůči malým otřesům, a proto si udržují relativně stabilní oběžné dráhy.
Problém vnitřních trajektorií planet je však stále příliš složitý na přesné řešení. Na konci 19. století matematik Henri Poincaré dokázal, že je matematicky nemožné vyřešit rovnice, které popisují pohyb tří nebo více interagujících objektů, známé také jako „problém tří těles“. V důsledku toho časem narůstají nejistoty v detailech počátečních poloh a rychlostí planet. Jinými slovy: Můžete si vzít dva scénáře, ve kterých se vzdálenosti mezi Merkurem, Venuší, Marsem a Zemí liší o nejmenší množství a v jednom z nich se planety navzájem srazí a ve druhém se rozcházejí v různých směrech.
Doba, po kterou se dvě trajektorie s téměř identickými počátečními podmínkami o určitou hodnotu rozcházejí, se nazývá Ljapunovův čas chaotického systému. V roce 1989 Jacques Lascard, astronom a vědecký ředitel Národního centra pro vědecký výzkum a Pařížskou observatoř a spoluautor nové studie, odhadl, že charakteristický Ljapunovův čas pro oběžné dráhy planet ve vnitřní sluneční soustavě je pouhých 5 milionů let.
"V podstatě to znamená, že každých 10 milionů let ztratíte jednu číslici," řekl Lascar Live Science. Pokud je tedy například počáteční nejistota polohy planety 15 metrů, pak po 10 milionech let bude tato nejistota 150 metrů; po 100 milionech let se ztratí dalších 9 číslic, což dává nejistotu 150 milionů kilometrů, což odpovídá vzdálenosti mezi Zemí a Sluncem. "V podstatě nemáte ponětí, kde je planeta," řekl Lascar.
I když se 100 milionů let může zdát jako dlouhá doba, Sluneční soustava samotná existuje již více než 4,5 miliardy let a nedostatek událostí – jako jsou srážky planet nebo vyvržení planety z celého tohoto chaotického pohybu – byl dlouho zmatený. vědci.
Pak se Laskar podíval na problém jiným způsobem: simulací vnitřních trajektorií planet během příštích 5 miliard let, pohybem z jednoho okamžiku na druhý. Našel pouze 1% pravděpodobnost, že se planety srazí. Pomocí stejného přístupu vypočítal, že srážka planet bude trvat v průměru asi 30 miliard let.
Když se Lascar a jeho kolegové ponořili hlouběji do matematiky, poprvé objevili „symetrie“ nebo „konzervativní veličiny“ v gravitačních interakcích, které vytvářejí „praktickou bariéru pro chaotické putování planet,“ řekl Lascar.
Tato vznikající množství zůstávají téměř konstantní a brání určitým chaotickým pohybům, ale zcela jim nebrání, stejně jako zvednutý okraj jídelního talíře zpomaluje, ale zcela nezabrání tomu, aby jídlo spadlo z talíře. Těmto veličinám můžeme vděčit za zdánlivou stabilitu naší sluneční soustavy.
Renu Malhotra, profesor planetárních věd na Arizonské univerzitě, který se studie nezúčastnil, zdůraznil, jak jemné mechanismy nalezené ve studii jsou. Malhotra řekl Live Science, že je zajímavé, že "oběžné dráhy planet v naší sluneční soustavě vykazují výjimečně slabý chaos."
V další práci Lascar a jeho kolegové hledají vodítka, zda byl počet planet ve sluneční soustavě někdy jiný, než jaký pozorujeme nyní. Přes veškerou dnešní zdánlivou stabilitu zůstává otevřená otázka, zda tomu tak bylo vždy během miliard let, než se objevil život.
Přečtěte si také: