Mokslininkai atrado slaptas "simetrijas", saugančias Žemę nuo kosmoso chaoso

Gegužės 3 d. žurnale "Physical Review X" paskelbti nauji tyrimai pagaliau gali paaiškinti, kodėl. 

Gilindamiesi į planetų judėjimo modelius, mokslininkai atrado, kad vidinių planetų judėjimą riboja tam tikri parametrai, kurie veikia kaip sistemos chaotiškumą stabdanti virvė.

Naujojo tyrimo įžvalgos ne tik matematiškai paaiškina akivaizdžią mūsų Saulės sistemos harmoniją, bet ir gali padėti mokslininkams suprasti kitas žvaigždes supančių egzoplanetų trajektorijas. 

Nenuspėjamos planetos

Planetos nuolat veikia viena kitą abipuse gravitacine trauka - ir dėl šių mažų traukos jėgų planetų orbitos nuolat nežymiai koreguojamos. Išorinės planetos, kurios yra daug didesnės, yra atsparesnės mažoms traukoms, todėl jų orbitos yra palyginti stabilios. 

Tačiau vidinių planetų trajektorijų problema vis dar per daug sudėtinga, kad ją būtų galima tiksliai išspręsti.

XIX a. pabaigoje matematikas Henri Poincaré įrodė, kad matematiškai neįmanoma išspręsti trijų ar daugiau sąveikaujančių objektų judėjimo lygčių, dažnai vadinamų "trijų kūnų problema".

Dėl to laikui bėgant didėja planetų pradinių padėčių ir greičių detalių neapibrėžtumas.

Kitaip tariant: Tai reiškia, kad galima sudaryti du scenarijus, pagal kuriuos atstumai tarp Merkurijaus, Veneros, Marso ir Žemės skirtųsi nežymiai, ir pagal vieną iš jų planetos susidurtų viena su kita, o pagal kitą - nutoltų viena nuo kitos. 

Dviejų uolėtų planetų susidūrimo iliustracija / NASA/JPL-Caltech

Laikas, per kurį dvi trajektorijos su beveik identiškomis pradinėmis sąlygomis išsiskiria tam tikru dydžiu, vadinamas chaotiškos sistemos Liapunovo laiku.

1989 m. Nacionalinio mokslinių tyrimų centro ir Paryžiaus observatorijos astronomas ir mokslinių tyrimų direktorius bei naujojo tyrimo bendraautoris Žakas Laskaras (Jacques Laskar) apskaičiavo, kad vidinės Saulės sistemos planetų orbitoms būdingas Liapunovo laikas yra vos 5 mln. metų. 

"Iš esmės tai reiškia, kad kas 10 mln. metų prarandamas vienas skaitmuo", - "Live Science" sakė Laskaras.

Taigi, jei, pavyzdžiui, pradinė planetos padėties neapibrėžtis yra 15 metrų, po 10 mln. metų ši neapibrėžtis bus 150 metrų; po 100 mln. metų bus prarasti dar 9 skaitmenys, taigi neapibrėžtis sieks 150 mln. kilometrų, o tai atitinka atstumą tarp Žemės ir Saulės.

"Iš esmės jūs neturite jokio supratimo, kur yra planeta", - sakė Laskaras.

Nors 100 mln. metų gali atrodyti daug, tačiau pačiai Saulės sistemai yra daugiau nei 4,5 mlrd. metų, todėl dramatiškų įvykių, tokių kaip planetų susidūrimas ar planetos išmetimas iš viso šio chaotiško judėjimo, nebuvimas ilgą laiką glumino mokslininkus. 

Tada Laskaras pažvelgė į šią problemą kitaip: imitavo vidinių planetų trajektorijas per ateinančius 5 mlrd. metų, pereidamas nuo vieno momento prie kito.

Jis nustatė, kad planetų susidūrimo tikimybė yra tik 1 %.

Taikydamas tą patį metodą, jis apskaičiavo, kad vidutiniškai prireiktų apie 30 mlrd. metų, kad kuri nors planeta susidurtų. 

Chaoso suvaldymas

Gilindamiesi į matematiką, Laskaras ir jo kolegos pirmą kartą nustatė gravitacinės sąveikos "simetrijas" arba "išsaugotus dydžius", kurie sukuria "praktinę kliūtį chaotiškam planetų klaidžiojimui", sakė Laskaras. 

Šie naujai atsiradę dydžiai išlieka beveik pastovūs ir stabdo tam tikrus chaotiškus judesius, tačiau visiškai jų neužkerta, panašiai kaip pakeltas pietų lėkštės kraštas stabdo maisto nukritimą nuo lėkštės, tačiau visiškai jo neužkerta.

Šiems dydžiams galime dėkoti už akivaizdų Saulės sistemos stabilumą.

Arizonos universiteto planetų mokslų profesorė Renu Malhotra, nedalyvavusi tyrime, pabrėžė, kokie subtilūs yra tyrime nustatyti mechanizmai.

R. Malhotra "Live Science" sakė, kad įdomu, jog "mūsų Saulės sistemos planetų orbitos pasižymi itin silpnu chaosu". 

Kitame darbe Laskaras su kolegomis ieško užuominų, ar planetų skaičius Saulės sistemoje kada nors skyrėsi nuo dabartinio.

Dėl šiandien akivaizdaus stabilumo, ar taip buvo visada per milijardus metų iki gyvybės išsivystymo, lieka atviras klausimas.