Нов анализ на хаоса в Слънчевата система разкрива как се избягват сблъсъците на планети в продължение на милиарди години.

Земята вероятно не би трябвало да съществува.

Това е така, защото орбитите на планетите от вътрешната слънчева система - Меркурий, Венера, Земя и Марс, са хаотични и моделите предполагат, че тези вътрешни планети би трябвало да са се разбили една в друга досега. И все пак това не се е случило.

Ново изследване, публикувано в списанието Physical Review X, може най-накрая да обясни защо.

Потапяйки се дълбоко в моделите за движение на планетите, изследователите откриха, че движенията на вътрешните планети са ограничени от определени параметри, които действат като връзка, която възпрепятства хаоса в системата. Освен че предоставя математическо обяснение за очевидната хармония в нашата Слънчева система, прозренията на новото изследване могат да помогнат на учените да разберат траекториите на екзопланетите около други звезди.

Непредсказуеми планети

Планетите постоянно упражняват взаимно гравитационно привличане една върху друга и това постоянно прави незначителни корекции на орбитите им. Външните планети, които са много по-големи, са по-устойчиви на малки привличания и така поддържат сравнително стабилни орбити.

Проблемът с траекториите на вътрешните планети обаче все още е твърде сложен, за да бъде разрешен точно. В края на 19 век математикът Анри Поанкаре доказва, че е математически невъзможно да се решат уравненията, управляващи движението на три или повече взаимодействащи обекта, често известен като "проблемът с трите тела". В резултат на това несигурността в детайлите на началните позиции и скоростите на планетите нараства с времето. С други думи, възможно е да се вземат два сценария, в които разстоянията между Меркурий, Венера, Марс и Земята се различават най-малко и в единия планетите се блъскват една в друга, а в другия се раздалечават.

Времето, необходимо на две траектории с почти идентични начални условия да се разминат с определена стойност, е известно като времето на Ляпунов на хаотичната система. През 1989 г. Жак Ласкар, астроном и изследователски директор в Националния център за научни изследвания и Парижката обсерватория и съавтор на новото изследване, изчислява че характерното време на Ляпунов за планетарните орбити на вътрешната Слънчева система е само 5 милиона години.

"Това всъщност означава, че губите една цифра на всеки 10 милиона години", казва Ласкар пред Live Science. Така, например, ако първоначалната несигурност в позицията на една планета е 15 метра, 10 милиона години по-късно 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.

100 милиона години може да изглеждат много, но самата Слънчева система е на над 4,5 милиарда години и липсата на драматични събития, като планетарен сблъсък или изхвърляне на планета от цялото това хаотично движение, дълго озадачаваше учените.

След това Ласкар погледна на проблема по различен начин: чрез симулиране на вътрешните траектории на планетата през следващите 5 милиарда години, преминавайки от един момент към следващия. Той намери само 1% шанс за планетарен сблъсък. Със същия подход той изчислява, че ще отнеме средно около 30 милиарда години, за да се сблъска някоя от планетите.

Овладяване на хаоса

Задълбавайки в математиката, Ласкар и колегите му идентифицираха за първи път "симетрии" или "запазени количества" в гравитационните взаимодействия, които създават "практическа бариера в хаотичното скитане на планетите", каза Ласкар.

Тези възникващи количества остават почти постоянни и възпрепятстват определени хаотични движения, но не ги предотвратявате напълно, подобно на това как на повдигнатия ръб на чинията за вечеря ще попречи на храната да падне от чинията, но не и да го предотврати напълно. Можем да благодарим на тези количества за очевидната стабилност на нашата Слънчева система.

Рену Малхотра, професор по планетарни науки в Университета на Аризона, който не е участвал в изследването, подчертава колко фини са механизмите, идентифицирани в проучването. Малхотра казва пред Live Science, че е интересно, че „планетните орбити на 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 се е различавал от това, което виждаме в момента. Въпреки цялата стабилност, очевидна днес, дали това винаги е било така през милиардите години, преди животът да еволюира, остава открит въпрос.