Okkar litla stöðugleiki

Sólin kemur alltaf upp í austri, árstíðirnar breytast reglulega, það eru 365 eða 366 dagar á ári, vetur eru kaldir, sumur eru hlý... leiðinlegt. En við skulum njóta þessara leiðinda! Í fyrsta lagi mun það ekki endast að eilífu. Í öðru lagi er litla stöðugleiki okkar aðeins sérstakt og tímabundið tilvik í óskipulegu sólkerfinu í heild.

Hreyfing reikistjarna, tungla og allra annarra hluta sólkerfisins virðist vera skipulögð og fyrirsjáanleg. En ef svo er, hvernig útskýrið þið alla gíga sem við sjáum á tunglinu og marga af himintunglunum í kerfinu okkar? Það er mikið af þeim á jörðinni líka, en þar sem við erum með lofthjúp, og þar með veðrun, gróður og vatn, sjáum við jörðina ekki eins skýrt og annars staðar.

Ef sólkerfið samanstóð af hugsjónum efnispunktum sem starfa eingöngu á Newtons grundvelli, þá gætum við, með því að vita nákvæma staðsetningu og hraða sólarinnar og allra reikistjarnanna, ákvarðað staðsetningu þeirra hvenær sem er í framtíðinni. Því miður er raunveruleikinn frábrugðinn hinni snyrtilegu gangverki Newtons.

geimfiðrildi

Hinar miklu framfarir náttúruvísinda hófust einmitt með tilraunum til að lýsa geimlíkamum. Afgerandi uppgötvanir sem útskýra lögmál plánetuhreyfinga voru gerðar af "stofnaföðrum" nútíma stjörnufræði, stærðfræði og eðlisfræði - Kópernikus, Galíleó, Kepler i Newton. Hins vegar, þó að aflfræði tveggja himintungla sem víxlverkast undir áhrifum þyngdaraflsins sé vel þekkt, flækir það að bæta við þriðja hlutnum (svokallaða þriggja líkama vandamál) vandamálið að því marki að við getum ekki leyst það með greiningu.

Getum við spáð fyrir um hreyfingu jarðar, segjum milljarð ára fram í tímann? Eða með öðrum orðum: er sólkerfið stöðugt? Vísindamenn hafa reynt að svara þessari spurningu í kynslóðir. Fyrstu niðurstöður sem þeir fengu Pétur Símon frá Laplace i Jósef Louis Lagrange, gaf eflaust til jákvætt svar.

Í lok XNUMX. aldar var að leysa vandamálið um stöðugleika sólkerfisins eitt af stærstu vísindalegu áskorunum. konungur Svíþjóðar Óskar II, stofnaði hann meira að segja sérstök verðlaun fyrir þann sem leysir þetta vandamál. Það var fengið árið 1887 af franska stærðfræðingnum Henri Poincaré. Hins vegar eru sönnunargögn hans um að truflunaraðferðir geti ekki leitt til réttrar úrlausnar ekki taldar óyggjandi.

Hann skapaði undirstöður stærðfræðikenningarinnar um hreyfistöðugleika. Alexander M. Lapunovsem velti því fyrir sér hversu hratt fjarlægðin milli tveggja náinna ferla í óskipulegu kerfi eykst með tímanum. Þegar á seinni hluta tuttugustu aldar. Edward Lorenz, veðurfræðingur við Massachusetts Institute of Technology, smíðaði einfaldað líkan af veðurbreytingum sem veltur aðeins á tólf þáttum, það var ekki beint tengt hreyfingu líkama í sólkerfinu. Í grein sinni frá 1963 sýndi Edward Lorenz fram á að lítil breyting á inntaksgögnum veldur allt annarri hegðun kerfisins. Þessi eiginleiki, sem síðar var þekktur sem „fiðrildaáhrif“, reyndist vera dæmigerð fyrir flest virk kerfi sem notuð eru til að móta ýmis fyrirbæri í eðlisfræði, efnafræði eða líffræði.

Uppspretta glundroða í kraftmiklum kerfum eru kraftar af sömu röð sem verka á líkama í röð. Því fleiri líkamar í kerfinu, því meiri ringulreið. Í sólkerfinu, vegna mikils óhlutfalls í massa allra þátta miðað við sólina, er víxlverkun þessara þátta við stjörnuna ráðandi, þannig að óreiðustigið sem lýst er í Lyapunov veldisvísum ætti ekki að vera mikið. En líka, samkvæmt útreikningum Lorentz, ættum við ekki að vera hissa á hugsuninni um óskipulegt eðli sólkerfisins. Það kæmi á óvart ef kerfi með svo miklum fjölda frelsisstiga væri reglulegt.

Fyrir tíu árum Jacques Lascar frá stjörnustöðinni í París gerði hann yfir þúsund tölvulíkingar af hreyfingu reikistjarna. Í hverju þeirra voru upphafsskilyrði óveruleg. Líkanagerð sýnir að ekkert alvarlegra mun gerast hjá okkur á næstu 40 milljón árum, en síðar í 1-2% tilvika getur það algjör óstöðugleiki sólkerfisins. Við höfum líka þessar 40 milljón ár til ráðstöfunar aðeins með því skilyrði að einhver óvæntur gestur, þáttur eða nýr þáttur sem ekki er tekið tillit til í augnablikinu komi ekki fram.

Útreikningar sýna til dæmis að innan 5 milljarða ára mun braut Merkúríusar (fyrsta reikistjarnan frá sólu) breytast, aðallega vegna áhrifa Júpíters. Þetta getur leitt til Jörðin lendir í árekstri við Mars eða Merkúríus einmitt. Þegar við förum inn í eitt gagnasafnið inniheldur hver og einn 1,3 milljarða ára. Merkúr getur fallið í sólina. Í annarri uppgerð kom í ljós að eftir 820 milljón ár Mars verður rekinn úr kerfinu, og eftir 40 milljón ár mun koma til árekstur Merkúríusar og Venusar.

Rannsókn á gangverki kerfisins okkar af Lascar og teymi hans áætlaði Lapunov tímann (þ.e. tímabilið þar sem hægt er að spá nákvæmlega fyrir um gang tiltekins ferlis) fyrir allt kerfið á 5 milljónir ára.

Það kemur í ljós að villa sem nemur aðeins 1 km við ákvörðun upphafsstöðu plánetunnar getur aukist í 1 stjarnfræðilega einingu á 95 milljón árum. Jafnvel þó við þekktum upphafsgögn kerfisins með geðþótta mikilli en takmarkaðri nákvæmni, þá gætum við ekki spáð fyrir um hegðun þess í nokkurn tíma. Til að afhjúpa framtíð kerfisins, sem er óskipuleg, þurfum við að þekkja upprunalegu gögnin með óendanlega nákvæmni, sem er ómögulegt.

Þar að auki vitum við ekki með vissu. heildarorka sólkerfisins. En jafnvel ef tekið er tillit til allra áhrifa, þar á meðal afstæðislegra og nákvæmari mælinga, myndum við ekki breyta óskipulegu eðli sólkerfisins og myndum ekki geta sagt fyrir um hegðun þess og ástand á hverjum tíma.

Allt getur gerst

Svo, sólkerfið er bara óreiðukennt, það er allt og sumt. Þessi staðhæfing þýðir að við getum ekki spáð fyrir um feril jarðar lengra en til dæmis 100 milljón ár. Á hinn bóginn er sólkerfið án efa stöðugt sem bygging í augnablikinu, þar sem lítil frávik á breytum sem einkenna brautir reikistjarnanna leiða til mismunandi brauta, en með nána eiginleika. Það er því ólíklegt að það muni hrynja á næstu milljörðum ára.

Auðvitað geta verið nýir þættir sem þegar hafa verið nefndir sem ekki er tekið tillit til í ofangreindum útreikningum. Til dæmis tekur kerfið 250 milljón ár að ljúka sporbraut um miðju Vetrarbrautarinnar. Þessi ráðstöfun hefur afleiðingar. Breytt geimumhverfi raskar viðkvæmu jafnvægi milli sólar og annarra hluta. Þetta er auðvitað ekki hægt að spá fyrir um, en það kemur fyrir að slíkt ójafnvægi leiðir til aukinna áhrifa. halastjörnuvirkni. Þessir hlutir fljúga oftar í átt að sólinni en venjulega. Þetta eykur hættuna á árekstri þeirra við jörðina.

Stjarna eftir 4 milljónir ára Gliese 710 mun vera í 1,1 ljósári frá sólu, sem gæti truflað brautir hluta í Oort skýið og auka líkurnar á að halastjarna rekist á eina af innri reikistjörnum sólkerfisins.

Vísindamenn treysta á söguleg gögn og draga tölfræðilegar ályktanir af þeim og spá því að líklega eftir hálfa milljón ára loftsteinn lendir í jörðu 1 km í þvermál, sem olli geimslysi. Aftur á móti, miðað við 100 milljón ára sjónarhorn, er búist við að loftsteinn minnki að stærð sem er sambærileg við það sem olli útrýmingu Krítar fyrir 65 milljónum ára.

Allt að 500-600 milljón ár, þú þarft að bíða eins lengi og mögulegt er (aftur, byggt á fyrirliggjandi gögnum og tölfræði) leiftur eða sprengistjörnu oforkusprenging. Í slíkri fjarlægð gætu geislarnir haft áhrif á ósonlag jarðar og valdið fjöldaútrýmingu svipað og Ordovician útrýming - ef aðeins tilgátan um þetta er rétt. Hins vegar verður geislunin sem losnar að beina nákvæmlega að jörðinni til að hægt sé að valda skaða hér.

Svo skulum við gleðjast yfir endurtekningu og lítilli stöðugleika í heiminum sem við sjáum og sem við lifum í. Stærðfræði, tölfræði og líkur halda honum uppteknum til lengri tíma litið. Sem betur fer er þetta langa ferðalag langt utan okkar seilingar.