Земята вероятно не трябва да съществува. Това е така, защото орбитите на вътрешните планети на Слънчевата система - Меркурий, Венера, Земя и Марс - са хаотични и изследователите смятат, че тези вътрешни планети трябва да са се сблъскали една с друга досега. Но това не се случи.
Новото проучване, публикувано на 3 май в списанието Физически преглед X, може най-накрая да обясни защо.
След като навлязоха дълбоко в моделите на движение на планетите, учените откриха, че движенията на вътрешните планети са ограничени от определени параметри, които действат като връзка, която ограничава хаоса на системата. В допълнение към предоставянето на математическо обяснение за очевидната хармония в нашата слънчева система, резултатите от новото изследване могат да помогнат на учените да разберат траекториите на екзопланети, обикалящи около други звезди.
Планетите постоянно упражняват взаимно гравитационно привличане една върху друга – и тези малки влекачи постоянно правят фини корекции на орбитите на планетите. Външните планети, които са много по-големи, са по-устойчиви на малки удари и следователно поддържат относително стабилни орбити.
Проблемът за вътрешните траектории на планетите обаче все още е твърде сложен за точно решение. В края на 19-ти век математикът Анри Поанкаре доказва, че е математически невъзможно да се решат уравненията, които описват движението на три или повече взаимодействащи обекта, известен също като „проблем с трите тела“. В резултат на това несигурността в детайлите на първоначалните позиции и скорости на планетите нараства с времето. С други думи: Можете да вземете два сценария, в които разстоянията между Меркурий, Венера, Марс и Земята се различават най-малко, като в единия от тях планетите се сблъскват една с друга, а в другия - се разминават в различни посоки.
Времето, за което две траектории с почти еднакви начални условия се разминават с определено количество, се нарича време на Ляпунов на хаотична система. През 1989 г. Жак Ласкар, астроном и научен директор на Националния център за научни изследвания и Парижката обсерватория и съавтор на новото изследване, изчислява, че характерното време на Ляпунов за орбитите на планетите във вътрешната слънчева система е само 5 милиона години.
„По същество това означава, че губите една цифра на всеки 10 милиона години“, каза Ласкар пред Live Science. Така например, ако първоначалната несигурност на позицията на планетата е 15 метра, то след 10 милиона години тази несигурност ще бъде 150 метра; след 100 милиона години се губят още 9 цифри, което дава несигурност от 150 милиона километра, еквивалентно на разстоянието между Земята и Слънцето. „По принцип нямате представа къде е планетата“, каза Ласкар.
Докато 100 милиона години може да изглеждат като много време, самата Слънчева система съществува от повече от 4,5 милиарда години и липсата на събития – като сблъсъци на планети или изхвърляне на планета от цялото това хаотично движение – отдавна озадачава учени.
Тогава Ласкар погледна на проблема по различен начин: като симулира вътрешните траектории на планетите през следващите 5 милиарда години, движейки се от един момент към следващия. Той установи само 1% шанс планетите да се сблъскат. Използвайки същия подход, той изчислява, че ще отнеме средно около 30 милиарда години, за да се сблъскат планетите.
Навлизайки по-дълбоко в математиката, Ласкар и колегите му откриха за първи път "симетрии" или "консервативни количества" в гравитационните взаимодействия, които създават "практическа бариера пред хаотичното скитане на планетите", каза Ласкар.
Тези възникващи количества остават почти постоянни и възпрепятстват определени хаотични движения, но не ги предотвратяват напълно, точно както повдигнатият ръб на чинията за вечеря забавя, но не предотвратява напълно падането на храната от чинията. Можем да дължим на тези количества очевидната стабилност на нашата слънчева система.
Рену Малхотра, професор по планетарни науки в Университета на Аризона, който не е участвал в изследването, подчерта колко фини са откритите в изследването механизми. Малхотра каза пред Live Science, че е интересно, че „орбитите на планетите в нашата слънчева система показват изключително слаб хаос“.
В друга работа Ласкар и колегите му търсят улики за това дали броят на планетите в Слънчевата система някога е бил различен от това, което наблюдаваме сега. Въпреки цялата привидна стабилност днес, въпросът дали това винаги е било така през милиардите години преди появата на живота остава открит.
Прочетете също: