Наша мала стабилизација

Сунце увек излази на истоку, годишња доба се редовно смењују, има 365 или 366 дана у години, зиме су хладне, лета топла... Досадно. Али хајде да уживамо у овој досади! Прво, то неће трајати вечно. Друго, наша мала стабилизација је само посебан и привремени случај у хаотичном соларном систему у целини.

Чини се да је кретање планета, месеца и свих других објеката у Сунчевом систему уредно и предвидљиво. Али ако јесте, како објашњавате све кратере које видимо на Месецу и многа небеска тела у нашем систему? Има их много и на Земљи, али пошто имамо атмосферу, а са њом и ерозију, вегетацију и воду, не видимо густиш земље тако јасно као на другим местима.

Када би се Сунчев систем састојао од идеализованих материјалних тачака које раде искључиво на Њутновским принципима, онда бисмо, знајући тачне положаје и брзине Сунца и свих планета, могли да одредимо њихову локацију у било ком тренутку у будућности. Нажалост, стварност се разликује од Њутнове уредне динамике.

свемирски лептир

Велики напредак природне науке започео је управо покушајима да се опишу космичка тела. Одлучујућа открића која објашњавају законе планетарног кретања направили су "очеви оснивачи" модерне астрономије, математике и физике - Kopernik, Galileo, Кеплер i Невтон. Међутим, иако је механика два небеска тела која међусобно делују под утицајем гравитације добро позната, додавање трећег објекта (тзв. проблем три тела) компликује проблем до тачке да га не можемо аналитички решити.

Можемо ли предвидети кретање Земље, рецимо, милијарду година унапред? Или, другим речима: да ли је Сунчев систем стабилан? Научници су генерацијама покушавали да одговоре на ово питање. Први резултати које су добили Петар Симон из Лаплаце i Јосепх Лоуис Лагранге, без сумње је предложио позитиван одговор.

На крају КСНУМКС века, решавање проблема стабилности Сунчевог система био је један од највећих научних изазова. краљ Шведске Осцар ИИ, чак је установио и посебну награду за онога ко реши овај проблем. Добио га је 1887. године француски математичар Хенри Поинцаре. Међутим, његов доказ да методе пертурбације можда неће довести до исправног решења не сматра се коначним.

Створио је основе математичке теорије стабилности кретања. Александар М. Лапуновкоји се питао колико брзо расте растојање између две блиске путање у хаотичном систему. Када је у другој половини двадесетог века. Едвард Лоренц, метеоролог са Технолошког института Масачусетса, изградио је поједностављени модел промене времена који зависи само од дванаест фактора, није био директно повезан са кретањем тела у Сунчевом систему. У свом раду из 1963. Едвард Лоренц је показао да мала промена у улазним подацима изазива потпуно другачије понашање система. Испоставило се да је ово својство, касније познато као „ефекат лептира“, типично за већину динамичких система који се користе за моделирање различитих појава у физици, хемији или биологији.

Извор хаоса у динамичким системима су силе истог реда које делују на узастопна тела. Што је више тела у систему, то је више хаоса. У Сунчевом систему, због огромне диспропорције у масама свих компоненти у поређењу са Сунцем, интеракција ових компоненти са звездом је доминантна, тако да степен хаоса изражен у Љапуновљевим експонентима не би требало да буде велики. Али такође, према Лоренцовим прорачунима, не треба да нас чуди мисао о хаотичној природи Сунчевог система. Било би изненађујуће да је систем са тако великим бројем степени слободе регуларан.

Пре десет година Јацкуес Ласцар са Париске опсерваторије направио преко хиљаду компјутерских симулација кретања планета. У сваком од њих почетни услови су се незнатно разликовали. Моделирање показује да нам се ништа озбиљније неће догодити у наредних 40 милиона година, али касније у 1-2% случајева може потпуна дестабилизација Сунчевог система. И ових 40 милиона година имамо на располагању само под условом да се не појави неки неочекивани гост, фактор или нови елемент који се тренутно не води рачуна.

Прорачуни показују, на пример, да ће се у року од 5 милијарди година орбита Меркура (прве планете од Сунца) променити, углавном због утицаја Јупитера. Ово може довести до Земља у судару са Марсом или Меркуром баш тако. Када унесемо један од скупова података, сваки садржи 1,3 милијарде година. Меркур може пасти у Сунце. У другој симулацији, показало се да после 820 милиона година Марс ће бити избачен из система, а после 40 милиона година доћи ће до судара Меркура и Венере.

Студија динамике нашег Система од стране Ласкара и његовог тима проценила је време Лапунова (тј. период током којег се ток датог процеса може тачно предвидети) за цео Систем на 5 милиона година.

Испоставља се да грешка од само 1 км у одређивању почетног положаја планете може порасти на 1 астрономску јединицу за 95 милиона година. Чак и када бисмо знали почетне податке Система са произвољно високом, али коначном тачношћу, не бисмо могли да предвидимо његово понашање за било који временски период. Да бисмо открили будућност Система, који је хаотичан, морамо да знамо оригиналне податке са бесконачном прецизношћу, што је немогуће.

Штавише, не знамо сигурно. укупна енергија Сунчевог система. Али чак и узимајући у обзир све ефекте, укључујући релативистичка и тачнија мерења, не бисмо променили хаотичну природу Сунчевог система и не бисмо могли да предвидимо његово понашање и стање у било ком тренутку.

Свашта се може догодити

Дакле, соларни систем је само хаотичан, то је све. Ова изјава значи да не можемо предвидети путању Земље након, рецимо, 100 милиона година. С друге стране, Сунчев систем несумњиво остаје стабилан као структура у овом тренутку, јер мала одступања параметара који карактеришу путање планета воде ка различитим орбитама, али са блиским особинама. Тако да је мало вероватно да ће се срушити у наредним милијардама година.

Наравно, могу бити већ поменути нови елементи који нису узети у обзир у горњим прорачунима. На пример, систему је потребно 250 милиона година да заврши орбиту око центра галаксије Млечни пут. Овај потез има последице. Променљиво свемирско окружење нарушава деликатну равнотежу између Сунца и других објеката. Ово се, наравно, не може предвидети, али се дешава да таква неравнотежа доводи до повећања ефекта. активност комета. Ови објекти лете према сунцу чешће него обично. Ово повећава ризик од њиховог судара са Земљом.

Звезда после 4 милиона година Глизе 710 ће бити удаљена 1,1 светлосну годину од Сунца, што би потенцијално могло пореметити орбите објеката у Оорт облак и повећање вероватноће да се комета судари са једном од унутрашњих планета Сунчевог система.

Научници се ослањају на историјске податке и, изводећи статистичке закључке из њих, предвиђају да ће, вероватно за пола милиона година метеор ударио у земљу 1 км у пречнику, што је изазвало космичку катастрофу. Заузврат, у перспективи од 100 милиона година, очекује се да ће метеорит пасти у величини упоредивој са оном која је изазвала изумирање из креде пре 65 милиона година.

До 500-600 милиона година, морате чекати што је дуже могуће (опет, на основу доступних података и статистике) блиц или хиперенергетска експлозија супернове. На таквој удаљености, зраци би могли да утичу на Земљин озонски омотач и изазову масовно изумирање слично изумирању Ордовиција - само ако је хипотеза о томе тачна. Међутим, емитовано зрачење мора бити усмерено управо на Земљу да би овде могло да изазове било какву штету.

Па да се радујмо понављању и малој стабилизацији света који видимо и у коме живимо. Математика, статистика и вероватноћа га дугорочно заокупљају. На срећу, ово дуго путовање је далеко изван нашег домашаја.