Meie väike stabiliseerimine
Päike tõuseb alati idast, aastaajad vahelduvad regulaarselt, aastas on 365 või 366 päeva, talved on külmad, suved soojad... Igav. Aga naudime seda igavust! Esiteks, see ei kesta igavesti. Teiseks on meie väike stabiliseerumine vaid eriline ja ajutine juhtum kaootilises päikesesüsteemis tervikuna.
Planeetide, kuude ja kõigi teiste päikesesüsteemi objektide liikumine näib olevat korrapärane ja etteaimatav. Aga kui jah, siis kuidas seletada kõiki Kuu peal nähtud kraatreid ja paljusid meie süsteemi taevakehi? Ka Maal on neid palju, kuid kuna meil on atmosfäär ja koos sellega erosioon, taimestik ja vesi, ei näe me maa tihnikut nii selgelt kui mujal.
Kui Päikesesüsteem koosneks idealiseeritud materiaalsetest punktidest, mis toimivad ainult Newtoni põhimõtetel, siis teades Päikese ja kõigi planeetide täpseid asukohti ja kiirusi, saaksime tulevikus igal ajal määrata nende asukoha. Kahjuks erineb tegelikkus Newtoni puhtast dünaamikast.
kosmoseliblikas
Loodusteaduse suur areng sai alguse just katsetest kirjeldada kosmilisi kehasid. Otsustavad avastused, mis selgitasid planeetide liikumise seadusi, tegid kaasaegse astronoomia, matemaatika ja füüsika "asutajaisad" - Kopernikus, Galileo, Kepler i Newton. Ent kuigi kahe gravitatsiooni mõjul vastastikku interakteeruva taevakeha mehaanika on hästi teada, muudab kolmanda objekti lisamine (nn kolme keha probleem) probleemi nii keeruliseks, et me ei suuda seda analüütiliselt lahendada.
Kas me saame ennustada Maa liikumist näiteks miljard aastat ette? Või teisisõnu: kas päikesesüsteem on stabiilne? Teadlased on püüdnud sellele küsimusele vastata põlvkondade kaupa. Esimesed tulemused nad said Peter Simon pärit Laplace i Joseph Louis Lagrange, soovitas kahtlemata positiivset vastust.
XNUMX. sajandi lõpus oli Päikesesüsteemi stabiilsuse probleemi lahendamine üks suurimaid teaduslikke väljakutseid. Rootsi kuningas Oscar II, asutas ta isegi eriauhinna sellele, kes selle probleemi lahendab. Selle hankis 1887. aastal prantsuse matemaatik Henri Poincaré. Tema tõendeid selle kohta, et häirimismeetodid ei pruugi viia õige lahenduseni, ei peeta siiski veenvaks.
Ta lõi liikumise stabiilsuse matemaatilise teooria alused. Aleksander M. Lapunovkes imestas, kui kiiresti suureneb aja jooksul vahemaa kahe lähedase trajektoori vahel kaootilises süsteemis. Kui kahekümnenda sajandi teisel poolel. Edward Lorenz, Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi meteoroloog, ehitas ilmamuutuse lihtsustatud mudeli, mis sõltub ainult kaheteistkümnest tegurist, see ei olnud otseselt seotud kehade liikumisega Päikesesüsteemis. Edward Lorentz näitas oma 1963. aasta artiklis, et väike muutus sisendandmetes põhjustab süsteemi täiesti erineva käitumise. See omadus, mida hiljem tunti "liblika efektina", osutus tüüpiliseks enamikule dünaamilistele süsteemidele, mida kasutatakse erinevate füüsika, keemia või bioloogia nähtuste modelleerimiseks.
Dünaamiliste süsteemide kaose allikaks on järjestikustele kehadele mõjuvad samasugused jõud. Mida rohkem kehasid süsteemis, seda rohkem kaost. Päikesesüsteemis on kõigi komponentide masside tohutu ebaproportsionaalsuse tõttu Päikesega võrreldes domineeriv nende komponentide koostoime tähega, mistõttu Ljapunovi eksponentidena väljendatud kaose aste ei tohiks olla suur. Kuid ka Lorentzi arvutuste kohaselt ei tohiks meid üllatada mõte päikesesüsteemi kaootilisusest. Oleks üllatav, kui nii suure vabadusastmega süsteem oleks regulaarne.
Kümme aastat tagasi Jacques Lascar Pariisi observatooriumist tegi ta üle tuhande planeedi liikumise arvutisimulatsiooni. Kõigis neist erinesid algtingimused tähtsusetult. Modelleerimine näitab, et järgmise 40 miljoni aasta jooksul ei juhtu meiega midagi tõsisemat, kuid hiljem võib see 1-2% juhtudest päikesesüsteemi täielik destabiliseerimine. Ka need 40 miljonit aastat on meie käsutuses vaid tingimusel, et ei ilmu mõni ootamatu külaline, faktor või uus element, millega hetkel ei arvestata.
Arvutused näitavad näiteks, et 5 miljardi aasta jooksul muutub Merkuuri (esimene planeet Päikesest) orbiit peamiselt Jupiteri mõjul. See võib kaasa tuua Maa kokkupõrge Marsi või Merkuuriga täpselt. Kui sisestame ühte andmekogumitest, sisaldab igaüks 1,3 miljardit aastat. Merkuur võib langeda Päikese sisse. Teises simulatsioonis selgus, et 820 miljoni aasta pärast Marss visatakse süsteemist väljaja jõuab 40 miljoni aasta pärast Merkuuri ja Veenuse kokkupõrge.
Meie süsteemi dünaamika uurimuses Lascari ja tema meeskonna poolt hinnati Lapunovi ajaks (st perioodiks, mille jooksul antud protsessi kulgu saab täpselt ennustada) kogu süsteemis 5 miljonit aastat.
Selgub, et vaid 1 km suurune viga planeedi algasendi määramisel võib 1 miljoni aastaga kasvada 95 astronoomilise ühikuni. Isegi kui me teaksime Süsteemi algandmeid meelevaldselt suure, kuid lõpliku täpsusega, ei suudaks me ennustada tema käitumist ühegi ajaperioodi jooksul. Süsteemi kaootilise tuleviku paljastamiseks peame teadma algandmeid lõpmatu täpsusega, mis on võimatu.
Pealegi ei tea me kindlalt. Päikesesüsteemi koguenergia. Kuid isegi kõiki mõjusid, sealhulgas relativistlikke ja täpsemaid mõõtmisi arvesse võttes, ei muudaks me päikesesüsteemi kaootilist olemust ega suudaks ennustada selle käitumist ja olekut igal ajahetkel.
Kõik võib juhtuda
Niisiis, päikesesüsteem on lihtsalt kaootiline, see on kõik. See väide tähendab, et me ei saa ennustada Maa trajektoori näiteks 100 miljoni aasta pärast. Teisest küljest püsib Päikesesüsteem struktuurina hetkel kahtlemata stabiilne, kuna planeetide liikumisteid iseloomustavate parameetrite väikesed kõrvalekalded viivad erinevatele, kuid lähedaste omadustega orbiitidele. Seega on ebatõenäoline, et see järgmiste miljardite aastate jooksul kokku kukub.
Muidugi võib olla juba mainitud uusi elemente, mida ülaltoodud arvutustes arvesse ei võeta. Näiteks kulub süsteemil Linnutee galaktika keskpunkti ümber tiirlemiseks 250 miljonit aastat. Sellel sammul on tagajärjed. Muutuv kosmosekeskkond rikub õrna tasakaalu Päikese ja teiste objektide vahel. Seda ei saa muidugi ennustada, kuid juhtub, et selline tasakaalustamatus toob kaasa mõju suurenemise. komeedi tegevus. Need objektid lendavad tavalisest sagedamini päikese poole. See suurendab nende Maaga kokkupõrke ohtu.
Täht 4 miljoni aasta pärast Gliese 710 asub Päikesest 1,1 valgusaasta kaugusel, mis võib häirida objektide orbiite Oort pilv ja komeedi ühe Päikesesüsteemi siseplaneediga kokkupõrke tõenäosuse suurenemine.
Teadlased tuginevad ajaloolistele andmetele ja nende põhjal statistilisi järeldusi tehes ennustavad seda tõenäoliselt poole miljoni aasta pärast meteoor tabab maad 1 km läbimõõduga, põhjustades kosmilise katastroofi. 100 miljoni aasta perspektiivis omakorda eeldatakse meteoriidi kukkumist, mis on võrreldav sellega, mis põhjustas kriidiajastu väljasuremise 65 miljonit aastat tagasi.
Kuni 500-600 miljonit aastat tuleb oodata nii kaua kui võimalik (olemasolevate andmete ja statistika põhjal jällegi) välk või supernoova hüperenergia plahvatus. Sellel kaugusel võivad kiired mõjutada Maa osoonikihti ja põhjustada Ordoviitsiumi väljasuremisele sarnase massilise väljasuremise – kui ainult hüpotees selle kohta on õige. Küll aga peab kiirgav kiirgus olema suunatud täpselt Maale, et suuta siin mingit kahju tekitada.
Seega rõõmustagem selle maailma kordumise ja väikese stabiliseerumise üle, mida me näeme ja milles elame. Matemaatika, statistika ja tõenäosus hoiavad teda pikemas perspektiivis hõivatud. Õnneks jääb see pikk teekond meile kaugele üle jõu.
