A tudósok rejtett "szimmetriákat" fedeztek fel, amelyek megvédik a Földet az űr káoszától

A Földnek valószínűleg nem kellene léteznie. Ennek az az oka, hogy a belső Naprendszer bolygóinak - a Merkúrnak, a Vénusznak, a Földnek és a...

A Földnek valószínűleg nem kellene léteznie. Ennek az az oka, hogy a belső Naprendszer bolygóinak - a Merkúrnak, a Vénusznak, a Földnek és a Marsnak - pályája kaotikus, és a modellek szerint ezeknek a belső bolygóknak már egymásnak kellett volna ütközniük. És mégsem történt meg.

Az új kutatás május 3-án jelent meg a Physical Review X folyóiratban, amely megmagyarázhatja, hogy miért.

A bolygók mozgásának modelljébe mélyedve a kutatók felfedezték, hogy a belső bolygók mozgását bizonyos paraméterek korlátozzák, amelyek kötélként működnek, ami gátolja a rendszer káoszát.

Amellett, hogy matematikai magyarázatot ad Naprendszerünk látszólagos harmóniájára, az új tanulmány meglátásai segíthetnek a tudósoknak megérteni a más csillagokat körülvevő exobolygók röppályáit.

Kiszámíthatatlan bolygók

A bolygók folyamatosan kölcsönös gravitációs erőt fejtenek ki egymásra - és ezek a kis vontatók folyamatosan kisebb módosításokat végeznek a bolygók pályáján. A külső bolygók, amelyek sokkal nagyobbak, jobban ellenállnak a kis vontatóknak, és így viszonylag stabil pályát tartanak fenn.

A bolygók belső pályáinak problémája azonban még mindig túl bonyolult ahhoz, hogy pontosan meg lehessen oldani. A 19. század végén Henri Poincaré matematikus bebizonyította, hogy matematikailag lehetetlen megoldani a három vagy több kölcsönhatásban lévő objektum mozgását szabályozó egyenleteket, amelyeket gyakran "háromtest-problémának" is neveznek.

Ennek eredményeként a bolygók kiindulási helyzetének és sebességének részleteiben fellépő bizonytalanságok idővel kiszámíthatatlanok lesznek. Más szóval: két olyan forgatókönyvet is fel lehet vázolni, amelyben a Merkúr, a Vénusz, a Mars és a Föld távolsága a legkisebb mértékben tér el egymástól, és az egyikben a bolygók egymásba csapódnak, a másikban pedig eltávolodnak egymástól.

A kaotikus rendszer Ljapunov-idejének nevezzük azt az időt, amely alatt két, majdnem azonos kiindulási feltételek melletti pálya egy meghatározott mértékben eltér. 1989-ben Jacques Laskar, a Nemzeti Tudományos Kutatási Központ és a Párizsi Obszervatórium csillagásza és kutatási igazgatója, valamint az új tanulmány társszerzője kiszámította a jellegzetes Ljapunov-időt, amikor a belső Naprendszer bolygópályái mindössze 5 millió évesek voltak.

"Ez alapvetően azt jelenti, hogy 10 millió évenként elveszítünk egy számjegyet," - mondta Laskar. Így például, ha egy bolygó helyzetének kezdeti bizonytalansága 15 méter, 10 millió évvel később 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 fogalmunk sincs, hol van a bolygó," - mondta Laskar.

Bár a 100 millió év hosszúnak tűnhet, maga a Naprendszer több mint 4,5 milliárd éves, és a drámai események hiánya - például a bolygók ütközése vagy egy bolygó kilökődése ebből a kaotikus mozgásból - sokáig zavarba ejtette a tudósokat.

Laskar ezután más szemmel nézte a problémát: szimulálta a bolygók belső pályáit a következő 5 milliárd év során, egyik pillanatról a másikra lépve. Csak 1% esélyt talált a bolygóütközésre. Ugyanezzel a megközelítéssel úgy számolta, hogy átlagosan körülbelül 30 milliárd évbe telik, amíg bármelyik bolygó összeütközik.

Uralkodni a káoszon

Laskar és munkatársai a matematika során először azonosítottak "szimmetriákat" vagy "megőrzött mennyiségeket" a gravitációs kölcsönhatásokban, amelyek "gyakorlati akadályt képeznek a bolygók kaotikus vándorlásában," - mondta Laskar.

Ezek a felbukkanó mennyiségek szinte állandóak maradnak, és gátolnak bizonyos kaotikus mozgásokat, de nem akadályozzák meg őket teljesen, akárcsak egy tányér megemelt széle, ami megakadályozza, hogy az étel leessen a tányérról, de nem akadályozza meg teljesen. Ezeknek a mennyiségeknek köszönhetjük naprendszerünk látszólagos stabilitását.

Renu Malhotra, az Arizonai Egyetem bolygótudományi professzora, aki nem vett részt a vizsgálatban, kiemelte, milyen finomak a tanulmányban azonosított mechanizmusok. Malhotra elmondta, hogy érdekes, hogy "naprendszerünk bolygópályái kivételesen gyenge káoszt mutatnak".

Más munkájuk során Laskar és munkatársai nyomokat keresnek arra vonatkozóan, hogy a Naprendszer bolygóinak száma eltért-e valaha is attól, amit jelenleg látunk. A ma látható stabilitás ellenére továbbra is nyitott kérdés, hogy ez mindig is így volt-e az élet kialakulása előtti évmilliárdokban. (2)

(1) - https://storage.pardot.com/640833/168202266
(2) - https://www.livescience.com/space/cosmology