Zemlja vjerojatno ne bi trebala postojati. To je zato što su orbite unutarnjih planeta Sunčevog sustava - Merkura, Venere, Zemlje i Marsa - kaotične, a istraživači vjeruju da su se ti unutarnji planeti do sada već trebali sudariti jedan s drugim. Ali to se nije dogodilo.
Nova studija, objavljena 3. svibnja u časopisu Fizički pregled X, može konačno objasniti zašto.
Nakon što su duboko zaronili u obrasce planetarnog gibanja, znanstvenici su otkrili da su gibanja unutarnjih planeta ograničena određenim parametrima koji djeluju kao uzica koja sputava kaos sustava. Osim što pružaju matematičko objašnjenje za prividnu harmoniju u našem Sunčevom sustavu, rezultati nove studije mogu pomoći znanstvenicima da razumiju putanje egzoplaneta koji kruže oko drugih zvijezda.
Planeti neprestano djeluju međusobno gravitacijsko privlačenje – a ti mali tegljači neprestano rade suptilne prilagodbe orbitama planeta. Vanjski planeti, koji su mnogo veći, otporniji su na male udare i stoga održavaju relativno stabilne orbite.
Problem unutarnjih putanja planeta, međutim, još uvijek je previše složen za točno rješenje. Krajem 19. stoljeća matematičar Henri Poincaré dokazao je da je matematički nemoguće riješiti jednadžbe koje opisuju gibanje tri ili više međusobno povezanih objekata, poznate i kao “problem triju tijela”. Kao rezultat toga, nesigurnosti u detaljima početnih položaja i brzina planeta povećavaju se tijekom vremena. Drugim riječima: možete uzeti dva scenarija u kojima se udaljenosti između Merkura, Venere, Marsa i Zemlje razlikuju za najmanji iznos, au jednom od njih se planeti sudaraju jedan s drugim, au drugom - razilaze se u različitim smjerovima.
Vrijeme za koje se dvije putanje s gotovo identičnim početnim uvjetima razilaze za određeni iznos naziva se Ljapunovljevo vrijeme kaotičnog sustava. Godine 1989. Jacques Lascard, astronom i znanstveni direktor Nacionalnog centra za znanstvena istraživanja i Pariškog opservatorija te koautor nove studije, procijenio je da je karakteristično Lyapunovljevo vrijeme za orbite planeta u unutarnjem Sunčevom sustavu samo 5 milijuna godina.
"U biti, to znači da gubite jednu znamenku svakih 10 milijuna godina", rekao je Lascar za Live Science. Tako, na primjer, ako je početna nesigurnost položaja planeta 15 metara, tada će nakon 10 milijuna godina ta nesigurnost biti 150 metara; nakon 100 milijuna godina gubi se još 9 znamenki, što daje nesigurnost od 150 milijuna kilometara, što je jednako udaljenosti između Zemlje i Sunca. "U osnovi, nemate pojma gdje je planet", rekao je Lascar.
Iako se 100 milijuna godina može činiti kao dugo vrijeme, sam Sunčev sustav postoji više od 4,5 milijardi godina, a nedostatak događaja – poput sudara planeta ili izbacivanja planeta iz svog tog kaotičnog kretanja – dugo je zbunjivao znanstvenici.
Zatim je Laskar problem pogledao na drugačiji način: simulirajući unutarnje putanje planeta tijekom sljedećih 5 milijardi godina, pomičući se iz jednog trenutka u drugi. Otkrio je samo 1% šanse da se planeti sudare. Koristeći isti pristup, izračunao je da bi u prosjeku trebalo oko 30 milijardi godina da se planeti sudare.
Zalazeći dublje u matematiku, Lascar i njegovi kolege otkrili su po prvi put "simetrije" ili "konzervativne količine" u gravitacijskim interakcijama koje stvaraju "praktičnu prepreku kaotičnom lutanju planeta", rekao je Lascar.
Ove količine koje se pojavljuju ostaju gotovo konstantne i inhibiraju određena kaotična kretanja, ali ih ne sprječavaju u potpunosti, baš kao što podignuti rub tanjura usporava, ali ne sprječava u potpunosti padanje hrane s tanjura. Ovim količinama možemo zahvaliti prividnu stabilnost našeg sunčevog sustava.
Renu Malhotra, profesor planetarnih znanosti na Sveučilištu Arizona koji nije bio uključen u studiju, naglasio je koliko su suptilni mehanizmi otkriveni u studiji. Malhotra je za Live Science rekao da je zanimljivo da "orbite planeta u našem Sunčevom sustavu pokazuju iznimno slab kaos."
U drugom radu, Lascar i njegovi kolege traže tragove je li se broj planeta u Sunčevom sustavu ikada razlikovao od onoga što sada promatramo. Unatoč svoj prividnoj stabilnosti danas, ostaje otvoreno pitanje je li to uvijek bilo tako tijekom milijardi godina prije pojave života.
Pročitajte također: