Bizim küçük stabilizasyon

Güneş hep doğudan doğar, mevsimler düzenli olarak değişir, yılda 365 veya 366 gün vardır, kışlar soğuk, yazlar sıcak… Sıkıcı. Ama hadi bu can sıkıntısının tadını çıkaralım! Birincisi, sonsuza kadar sürmeyecek. İkincisi, bizim küçük istikrarımız, bir bütün olarak kaotik güneş sisteminde yalnızca özel ve geçici bir durumdur.

Güneş sistemindeki gezegenlerin, ayların ve diğer tüm nesnelerin hareketi düzenli ve öngörülebilir görünmektedir. Ama öyleyse, Ay'da gördüğümüz tüm kraterleri ve sistemimizdeki birçok gök cismini nasıl açıklıyorsunuz? Bunlardan Dünya'da da çok var, ancak bir atmosfere sahip olduğumuz ve onunla birlikte erozyon, bitki örtüsü ve su olduğu için, çalılıkları diğer yerlerdeki kadar net göremiyoruz.

Güneş sistemi, yalnızca Newton ilkelerine göre çalışan idealize edilmiş madde noktalarından oluşuyorsa, Güneş'in ve tüm gezegenlerin kesin konumlarını ve hızlarını bilerek, gelecekte herhangi bir zamanda konumlarını belirleyebilirdik. Ne yazık ki, gerçeklik Newton'un düzgün dinamiklerinden farklıdır.

uzay kelebeği

Doğa biliminin büyük ilerlemesi, tam olarak kozmik cisimleri tanımlama girişimleriyle başladı. Gezegensel hareket yasalarını açıklayan belirleyici keşifler, modern astronomi, matematik ve fiziğin "kurucu babaları" tarafından yapılmıştır. Copernicus, Galileo, Kepler i Ньютон. Bununla birlikte, yerçekimi etkisi altında etkileşen iki gök cismi mekaniği iyi bilinmesine rağmen, üçüncü bir cismin eklenmesi (üç cisim problemi olarak adlandırılan) problemi analitik olarak çözemeyeceğimiz noktaya kadar karmaşıklaştırmaktadır.

Diyelim ki bir milyar yıl ilerideki Dünya'nın hareketini tahmin edebilir miyiz? Veya başka bir deyişle: güneş sistemi kararlı mı? Bilim adamları nesiller boyunca bu soruyu cevaplamaya çalıştılar. Aldıkları ilk sonuçlar Peter Simon'dan Laplace i Joseph Louis Lagrange, şüphesiz olumlu bir cevap önerdi.

XNUMX. yüzyılın sonunda, güneş sisteminin istikrarı sorununu çözmek en büyük bilimsel zorluklardan biriydi. İsveç kralı Oscar II, hatta bu sorunu çözene özel ödül bile koymuş. 1887'de Fransız matematikçi tarafından elde edildi. Henri Poincare. Bununla birlikte, pertürbasyon yöntemlerinin doğru çözüme yol açmayabileceğine dair kanıtı, kesin olarak kabul edilmemektedir.

Matematiksel hareket kararlılığı teorisinin temellerini yarattı. Alexander M. Lapunovkaotik bir sistemdeki iki yakın yörünge arasındaki mesafenin zamanla ne kadar hızlı arttığını merak eden. Yirminci yüzyılın ikinci yarısındayken. Edward Lorenz, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde bir meteorolog, sadece on iki faktöre bağlı basitleştirilmiş bir hava değişimi modeli oluşturdu, bu doğrudan güneş sistemindeki cisimlerin hareketi ile ilgili değildi. Edward Lorentz, 1963 tarihli makalesinde, girdi verilerindeki küçük bir değişikliğin sistemin tamamen farklı bir davranışına neden olduğunu gösterdi. Daha sonra "kelebek etkisi" olarak bilinen bu özelliğin, fizik, kimya veya biyolojideki çeşitli fenomenleri modellemek için kullanılan çoğu dinamik sistem için tipik olduğu ortaya çıktı.

Dinamik sistemlerde kaosun kaynağı, ardışık cisimler üzerinde hareket eden aynı düzendeki kuvvetlerdir. Sistemde ne kadar çok beden olursa, o kadar kaos olur. Güneş Sistemi'nde, Güneş'e kıyasla tüm bileşenlerin kütlelerindeki büyük orantısızlık nedeniyle, bu bileşenlerin yıldızla etkileşimi baskındır, bu nedenle Lyapunov üslerinde ifade edilen kaos derecesi büyük olmamalıdır. Ama aynı zamanda, Lorentz'in hesaplamalarına göre, güneş sisteminin kaotik doğası düşüncesine şaşırmamalıyız. Bu kadar çok sayıda serbestlik derecesine sahip bir sistemin düzenli olması şaşırtıcı olurdu.

On yıl önce Jacques Lascar Paris Gözlemevi'nden gezegensel hareketin binden fazla bilgisayar simülasyonunu yaptı. Her birinde, başlangıç ​​koşulları önemsiz derecede farklıydı. Modelleme, önümüzdeki 40 milyon yıl içinde başımıza daha ciddi bir şey gelmeyeceğini gösteriyor, ancak daha sonra vakaların %1-2'sinde olabilir. güneş sisteminin tamamen istikrarsızlaştırılması. Bu 40 milyon yılı da, ancak şu anda hesaba katılmayan beklenmedik bir misafir, faktör veya yeni unsurun ortaya çıkmaması şartıyla emrimize sunuyoruz.

Hesaplamalar, örneğin, 5 milyar yıl içinde Merkür'ün (Güneş'ten gelen ilk gezegen) yörüngesinin, esas olarak Jüpiter'in etkisiyle değişeceğini gösteriyor. Bu, aşağıdakilere yol açabilir: Dünya'nın Mars veya Merkür ile çarpışması kesinlikle. Veri kümelerinden birine girdiğimizde her biri 1,3 milyar yıl içeriyor. Merkür Güneş'e düşebilir. Başka bir simülasyonda, 820 milyon yıl sonra ortaya çıktı. Mars sistemden atılacakve 40 milyon yıl sonra gelecek Merkür ve Venüs'ün çarpışması.

Lascar ve ekibi tarafından Sistemimizin dinamikleri üzerine yapılan bir araştırma, tüm Sistem için Lapunov zamanını (yani, belirli bir sürecin gidişatının doğru bir şekilde tahmin edilebildiği süre) 5 milyon yıl olarak tahmin etti.

Gezegenin ilk konumunu belirlemede sadece 1 km'lik bir hatanın 1 milyon yılda 95 astronomik birime çıkabileceği ortaya çıktı. Sistemin ilk verilerini keyfi olarak yüksek, ancak sonlu bir doğrulukla bilsek bile, herhangi bir süre için davranışını tahmin edemezdik. Kaotik olan Sistemin geleceğini ortaya çıkarmak için orijinal verileri sonsuz hassasiyetle bilmemiz gerekir ki bu imkansızdır.

Ayrıca, kesin olarak bilmiyoruz. güneş sisteminin toplam enerjisi. Ancak, göreceli ve daha doğru ölçümler de dahil olmak üzere tüm etkileri hesaba katsak bile, güneş sisteminin kaotik yapısını değiştiremez ve herhangi bir zamanda davranışını ve durumunu tahmin edemezdik.

Her şey olabilir

Yani güneş sistemi sadece kaotik, hepsi bu. Bu ifade, Dünya'nın yörüngesini 100 milyon yıldan sonra tahmin edemeyeceğimiz anlamına gelir. Öte yandan, güneş sistemi, gezegenlerin yollarını karakterize eden parametrelerin küçük sapmaları farklı yörüngelere yol açtığından, ancak yakın özelliklere sahip olduğundan, şüphesiz şu anda bir yapı olarak kararlı kalmaktadır. Bu nedenle, önümüzdeki milyarlarca yıl içinde çökmesi pek olası değildir.

Tabii ki, yukarıdaki hesaplamalarda dikkate alınmayan, daha önce bahsedilen yeni unsurlar olabilir. Örneğin, sistemin Samanyolu galaksisinin merkezi etrafındaki bir yörüngeyi tamamlaması 250 milyon yıl sürer. Bu hareketin sonuçları var. Değişen uzay ortamı, Güneş ve diğer nesneler arasındaki hassas dengeyi bozar. Bu elbette tahmin edilemez, ancak böyle bir dengesizliğin etkide bir artışa yol açması olur. kuyruklu yıldız etkinliği. Bu nesneler normalden daha sık güneşe doğru uçarlar. Bu, Dünya ile çarpışma riskini artırır.

4 milyon yıl sonra yıldız Gliese 710 Güneş'ten 1,1 ışıkyılı uzaklıkta olacak ve potansiyel olarak dünyadaki nesnelerin yörüngelerini bozacak Oort Bulutu ve bir kuyruklu yıldızın güneş sisteminin iç gezegenlerinden biriyle çarpışma olasılığında bir artış.

Bilim adamları, tarihsel verilere güveniyor ve onlardan istatistiksel sonuçlar çıkararak, muhtemelen yarım milyon yıl içinde olduğunu tahmin ediyorlar. yere düşen meteor 1 km çapında, uzay felaketine neden oluyor. Buna karşılık, 100 milyon yıl perspektifinde, 65 milyon yıl önce Kretase neslinin tükenmesine neden olan göktaşı ile karşılaştırılabilir boyutta bir göktaşının düşmesi bekleniyor.

500-600 milyon yıla kadar mümkün olduğu kadar beklemeniz gerekiyor (yine mevcut veri ve istatistiklere göre) flaş Lub süpernova hiperenerji patlaması. Böyle bir mesafede, ışınlar Dünya'nın ozon tabakasını etkileyebilir ve Ordovisyen neslinin tükenmesine benzer bir kitlesel yok oluşa neden olabilir - eğer bununla ilgili hipotez doğruysa. Ancak yayılan radyasyonun burada herhangi bir hasara yol açabilmesi için tam olarak Dünya'ya yönlendirilmesi gerekir.

Öyleyse, gördüğümüz ve içinde yaşadığımız dünyanın tekrarlanması ve küçük bir istikrara kavuşmasına sevinelim. Matematik, istatistik ve olasılık onu uzun vadede meşgul ediyor. Neyse ki, bu uzun yolculuk bizim ulaşamayacağımız kadar uzak.