Jorden borde förmodligen inte existera. Det beror på att banorna för solsystemets inre planeter - Merkurius, Venus, Jorden och Mars - är kaotiska, och forskare anser att dessa inre planeter borde ha kolliderat med varandra vid det här laget. Men detta hände inte.
Den nya studien, publicerad 3 maj i tidskriften Fysisk granskning X, kan äntligen förklara varför.
Efter att ha grävt djupt in i mönstren för planetrörelser upptäckte forskare att de inre planeternas rörelser begränsas av vissa parametrar som fungerar som ett tjuder som begränsar systemets kaos. Förutom att ge en matematisk förklaring till den skenbara harmonin i vårt solsystem, kan resultaten av den nya studien hjälpa forskare att förstå banorna för exoplaneter som kretsar runt andra stjärnor.
Planeterna utövar ständigt en ömsesidig gravitationskraft på varandra – och dessa små bogserbåtar gör ständigt subtila justeringar av planeternas banor. De yttre planeterna, som är mycket större, är mer motståndskraftiga mot små stötar och håller därför relativt stabila banor.
Problemet med planeternas inre banor är dock fortfarande för komplext för en exakt lösning. I slutet av 19-talet bevisade matematikern Henri Poincaré att det är matematiskt omöjligt att lösa ekvationerna som beskriver rörelsen hos tre eller flera interagerande föremål, även känt som "trekroppsproblemet". Som ett resultat ökar osäkerheterna i detaljerna i planeternas initiala positioner och hastigheter med tiden. Med andra ord: Du kan ta två scenarier där avstånden mellan Merkurius, Venus, Mars och jorden skiljer sig åt minst sagt, och i en av dem kolliderar planeterna med varandra, och i den andra - divergerar i olika riktningar.
Den tid för vilken två banor med nästan identiska initiala villkor divergerar med en viss mängd kallas Lyapunov-tiden för ett kaotiskt system. 1989 uppskattade Jacques Lascard, en astronom och vetenskaplig chef för National Centre for Scientific Research och Paris Observatory och en medförfattare till den nya studien, att den karakteristiska Lyapunov-tiden för planeternas banor i det inre solsystemet är bara 5 miljoner år.
"I huvudsak betyder det att du förlorar en siffra var 10:e miljon år," sa Lascar till WordsSideKick.com. Så, till exempel, om den initiala osäkerheten för planetens position är 15 meter, kommer denna osäkerhet efter 10 miljoner år att vara 150 meter; efter 100 miljoner år är ytterligare 9 siffror förlorade, vilket ger en osäkerhet på 150 miljoner kilometer, motsvarande avståndet mellan jorden och solen. "I grund och botten har du ingen aning om var planeten är," sa Lascar.
Även om 100 miljoner år kan verka som en lång tid, har själva solsystemet funnits i mer än 4,5 miljarder år, och bristen på händelser – som planetkollisioner eller utstötningen av en planet från all denna kaotiska rörelse – har länge förbryllat. forskare.
Sedan tittade Laskar på problemet på ett annat sätt: genom att simulera planeternas inre banor under de kommande 5 miljarderna åren, förflytta sig från ett ögonblick till ett annat. Han fann bara en 1% chans att planeterna kolliderar. Med samma tillvägagångssätt beräknade han att det i genomsnitt skulle ta cirka 30 miljarder år för planeterna att kollidera.
Genom att gräva djupare in i matematiken upptäckte Lascar och hans kollegor för första gången "symmetrier" eller "konservativa kvantiteter" i gravitationsinteraktioner som skapar en "praktisk barriär för planeternas kaotiska vandring", sa Lascar.
Dessa uppkommande mängder förblir nästan konstanta och hämmar vissa kaotiska rörelser, men förhindrar dem inte helt, precis som den upphöjda kanten på en mattallrik saktar ner men inte helt hindrar mat från att falla av tallriken. Vi kan vara skyldiga dessa kvantiteter för den skenbara stabiliteten i vårt solsystem.
Renu Malhotra, professor i planetvetenskap vid University of Arizona som inte var inblandad i studien, betonade hur subtila mekanismerna som finns i studien är. Malhotra sa till WordsSideKick.com att det är intressant att "banorna för planeterna i vårt solsystem uppvisar exceptionellt svagt kaos."
I annat arbete letar Lascar och hans kollegor efter ledtrådar om huruvida antalet planeter i solsystemet någonsin har varit annorlunda än vad vi observerar nu. Trots all skenbar stabilitet idag är frågan om detta alltid var fallet under de miljarder år innan livet dök upp öppen.
Läs också: