يكتشف العلماء “تناظرات” سرية تحمي الأرض من فوضى الفضاء
ربما لا ينبغي أن تكون الأرض موجودة.
هذا لأن مدارات الكواكب الداخلية للنظام الشمسي – عطارد والزهرة والأرض والمريخ – فوضوية ، وقد اقترحت النماذج أن هذه الكواكب الداخلية كان يجب أن تصطدم ببعضها البعض الآن. ومع ذلك ، لم يحدث ذلك.
بحث جديد نشر في 3 مايو في المجلة مراجعة البدنية X (يفتح في علامة تبويب جديدة) قد يشرح السبب في النهاية.
من خلال الغطس العميق في نماذج لحركة الكواكب، اكتشف الباحثون أن حركات الكواكب الداخلية مقيدة بمعلمات معينة تعمل كحبل يمنع فوضى النظام. إلى جانب تقديم تفسير رياضي للتناغم الواضح في نظامنا الشمسي ، قد تساعد رؤى الدراسة الجديدة العلماء على فهم مسارات الكواكب الخارجية يحيط بالنجوم الأخرى.
كواكب لا يمكن التنبؤ بها
تمارس الكواكب باستمرار قوة جاذبية متبادلة على بعضها البعض – وهذه القاطرات الصغيرة تقوم باستمرار بإجراء تعديلات طفيفة على مدارات الكواكب. الكواكب الخارجية ، الأكبر بكثير ، أكثر مقاومة للقاطرات الصغيرة ، وبالتالي تحافظ على مدارات مستقرة نسبيًا.
ومع ذلك ، لا تزال مشكلة مسارات الكواكب الداخلية معقدة للغاية بحيث لا يمكن حلها بالضبط. في أواخر القرن التاسع عشر ، أثبت عالم الرياضيات هنري بوانكاريه أنه من المستحيل رياضيًا حل المعادلات التي تحكم الحركة لثلاثة أو أكثر من الأشياء المتفاعلة ، والتي تُعرف غالبًا باسم “ثلاثة مشكلة الجسم. “نتيجة لذلك ، تتزايد الشكوك في تفاصيل مواقع بدء الكواكب وسرعاتها بمرور الوقت. وبعبارة أخرى: من الممكن أن نأخذ سيناريوهين تختلف فيهما المسافات بين عطارد والزهرة والمريخ والأرض بأدنى قدر ، وفي أحد الكواكب تصطدم ببعضها البعض وفي أخرى تنحرف عن بعضها.
يُعرف الوقت الذي يستغرقه مساران مع ظروف بداية متطابقة تقريبًا للتباعد بمقدار معين باسم زمن Lyapunov للنظام الفوضوي. في عام 1989 ، جاك لاسكار (يفتح في علامة تبويب جديدة)، الفلكي ومدير الأبحاث في المركز الوطني للبحث العلمي ومرصد باريس ومؤلف مشارك للدراسة الجديدة ، محسوبة زمن ليابونوف المميز (يفتح في علامة تبويب جديدة)لمدارات الكواكب للنظام الشمسي الداخلي كانت 5 ملايين سنة فقط.
قال لاسكار لـ Live Science: “هذا يعني أنك تفقد رقمًا واحدًا كل 10 ملايين سنة”. لذلك ، على سبيل المثال ، إذا كان عدم اليقين الأولي في موقع كوكب ما هو 15 مترًا ، فسيكون هذا اللايقين بعد 10 ملايين سنة 150 مترًا ؛ بعد 100 مليون سنة ، فقدت 9 أرقام أخرى ، مما يعطي حالة عدم يقين قدرها 150 مليون كيلومتر ، أي ما يعادل المسافة بين الأرض والشمس. قال لاسكار: “ليس لديك فكرة عن مكان الكوكب”.
في حين أن 100 مليون سنة قد تبدو طويلة ، فإن عمر النظام الشمسي نفسه يزيد عن 4.5 مليار سنة ، ونقص الأحداث الدرامية – مثل اصطدام الكواكب أو خروج كوكب من كل هذه الحركة الفوضوية – حير العلماء لفترة طويلة.
ثم نظر لاسكار إلى المشكلة بطريقة مختلفة: عن طريق محاكاة مسارات الكوكب الداخلية على مدى الخمسة مليارات سنة القادمة ، والانتقال من لحظة إلى أخرى. وجد فرصة بنسبة 1٪ فقط لحدوث تصادم كوكبي. بنفس الطريقة ، حسب أنه سيستغرق ، في المتوسط ، حوالي 30 مليار سنة حتى يصطدم أي من الكواكب.
كبح جماح الفوضى
من خلال الخوض في الرياضيات ، حدد لاسكار وزملاؤه لأول مرة “التناظرات” أو “الكميات المحفوظة” في تفاعلات الجاذبية التي تخلق “حاجزًا عمليًا في التجوال الفوضوي للكواكب” ، على حد قول لاسكار.
تظل هذه الكميات الناشئة ثابتة تقريبًا وتثبط بعض الحركات الفوضوية ، ولكنها لا تمنعها تمامًا ، تمامًا مثل الشفة المرتفعة لطبق العشاء التي تمنع سقوط الطعام من الطبق ولكنها لا تمنعه تمامًا. يمكننا أن نشكر هذه الكميات على الاستقرار الظاهري لنظامنا الشمسي.
رينو مالهوترا (يفتح في علامة تبويب جديدة)أبرز أستاذ علوم الكواكب بجامعة أريزونا ، والذي لم يشارك في الدراسة ، مدى دقة الآليات التي تم تحديدها في الدراسة. أخبر مالهوترا Live Science أنه من المثير للاهتمام أن “المدارات الكوكبية لنظامنا الشمسي تظهر فوضى ضعيفة بشكل استثنائي”.
في عمل آخر ، يبحث لاسكار وزملاؤه عن أدلة حول ما إذا كان عدد الكواكب في النظام الشمسي مختلفًا عما نراه حاليًا. على الرغم من الاستقرار الواضح اليوم ، يظل السؤال مفتوحًا حول ما إذا كان هذا هو الحال دائمًا على مدى مليارات السنين قبل تطور الحياة.
