Нашата мала стабилизација
Сонцето секогаш изгрева на исток, годишните времиња се менуваат редовно, има 365 или 366 дена во годината, студени зими, топли лета... Досадно. Но, ајде да уживаме во оваа досада! Како прво, нема да трае вечно. Второ, нашата мала стабилизација е само посебен и привремен случај во хаотичниот Сончев систем како целина.
Движењето на планетите, месечините и сите други објекти во Сончевиот систем изгледа уредно и предвидливо. Но, ако ова е вистина, како ги објаснувате сите кратери што ги гледаме на Месечината и многуте небесни тела во нашиот систем? Има многу такви и на Земјата, но бидејќи имаме атмосфера, а со тоа и ерозија, вегетација и вода, не го гледаме густиот на земјата толку јасно како на други места.
Ако Сончевиот систем се состоел од идеализирани точки на материјата кои работат исклучиво според Њутновите принципи, тогаш, знаејќи ги точните позиции и брзини на Сонцето и на сите планети, би можеле да ја одредиме нивната локација во секое време во иднината. За жал, реалноста е различна од уредната динамика на Њутн.
Вселенска пеперутка
Големиот напредок на природните науки започна токму со обидите да се опишат космичките тела. Одлучувачките откритија што ги објаснуваат законите на планетарното движење беа направени од „основачите“ на модерната астрономија, математика и физика - Коперник, Галилео, Кеплер i Њутн. Сепак, иако механиката на две небесни тела кои комуницираат под влијание на гравитацијата е добро позната, додавањето на трет објект (т.н. проблем со три тела) го комплицира проблемот до тој степен што не можеме да го решиме аналитички.
Можеме ли да го предвидиме движењето на Земјата, да речеме, милијарда години однапред? Или, со други зборови: дали Сончевиот систем е стабилен? Научниците се обидуваат да одговорат на ова прашање со генерации. Првите резултати ги добија Питер Симон од Лаплас i Џозеф Луис Лагранжсекако имплицираше позитивен одговор.
На крајот на XNUMX век, решавањето на проблемот со стабилноста на Сончевиот систем беше еден од најголемите научни предизвици. крал на Шведска, Оскар II, дури и востановил посебна награда за тој што ќе го реши овој проблем. Добиено е во 1887 година од француски математичар Анри Понкаре. Сепак, неговите докази дека методите на пертурбација може да не доведат до правилна резолуција не се сметаат за убедливи.
Тој ги создаде основите на математичката теорија за стабилност на движењето. Александар М. Лапуновкој се прашуваше колку брзо растојанието помеѓу две блиски траектории во хаотичен систем се зголемува со текот на времето. Кога во втората половина на дваесеттиот век. Едвард Лоренц, метеоролог од Технолошкиот институт во Масачусетс, изградил поедноставен модел на временски промени што зависел само од дванаесет фактори; тој не бил директно поврзан со движењето на телата во Сончевиот систем. Во својата работа од 1963 година, Едвард Лоренц покажа дека мала промена во влезните податоци предизвикува сосема поинакво однесување на системот. Ова својство, подоцна познато како „ефект на пеперутка“, се покажа како типично за повеќето динамички системи што се користат за моделирање на различни феномени во физиката, хемијата или биологијата.
Изворот на хаосот во динамичките системи се сили од ист ред кои дејствуваат на последователни тела. Колку повеќе тела во системот, толку е поголем хаосот. Во Сончевиот систем, поради огромната диспропорција на масите на сите компоненти во однос на Сонцето, интеракцијата на овие компоненти со ѕвездата е доминантна, па затоа степенот на хаос изразен во Лјапунов експоненти не треба да биде голем. Но, исто така, според пресметките на Лоренц, не треба да бидеме изненадени од идејата за хаотичната природа на Сончевиот систем. Би било изненадувачки доколку систем со толку голем број на степени на слобода би бил редовен.
Пред десет години Жак Ласкар од Париската опсерваторија, тој направи повеќе од илјада компјутерски симулации на планетарно движење. Во секој од нив, почетните услови малку се разликуваа. Моделирањето покажува дека ништо посериозно нема да ни се случи во следните 40 милиони години, но подоцна во 1-2% од случаите може да целосна дестабилизација на Сончевиот систем. И овие 40 милиони години ги имаме на располагање само под услов да не се појави некој неочекуван гостин, фактор или нов елемент кој во моментов не се зема предвид.
Пресметките покажуваат, на пример, дека во рок од 5 милијарди години орбитата на Меркур (првата планета од Сонцето) ќе се промени, главно поради влијанието на Јупитер. Ова може да доведе до судир на Земјата со Марс или Меркур точно. Кога ќе внесеме еден од збирките на податоци, секој содржи 1,3 милијарди години. Меркур може да падне на Сонцето. Друга симулација откри дека за 820 милиони години Марс ќе биде исфрлен од системот, а за 40 милиони години ќе дојде до судир на Меркур и Венера.
Студијата за динамиката на нашиот систем од Ласкар и неговиот тим го процени времето на Лапунов (т.е. периодот во кој текот на даден процес може точно да се предвиди) за целиот систем на 5 милиони години.
Излегува дека грешка од само 1 km во одредувањето на почетната позиција на планетата може да се зголеми на 1 астрономска единица за 95 милиони години. Дури и да ги знаевме првичните податоци на Системот со произволно висока, но конечна точност, немаше да можеме да го предвидиме неговото однесување за ниеден временски период. За да ја откриеме иднината на системот, која е хаотична, треба да ги знаеме изворните податоци со бесконечна прецизност, што е невозможно.
Освен тоа, не знаеме со сигурност вкупната енергија на Сончевиот систем. Но, дури и да ги земеме предвид сите ефекти, вклучително и релативистички и попрецизни мерења, нема да ја смениме хаотичната природа на Сончевиот систем и нема да можеме да го предвидиме неговото однесување и состојба во секое време.
Сè може да се случи
Значи, Сончевиот систем е само хаотичен, тоа е се. Оваа изјава значи дека не можеме да ја предвидиме траекторијата на Земјата над, да речеме, 100 милиони години. Од друга страна, Сончевиот систем несомнено останува стабилен во моментов како структура, бидејќи малите отстапувања на параметрите што ги карактеризираат патеките на планетите водат до различни орбити, но со слични својства. Така што е малку веројатно дека ќе пропадне во следните милијарди години.
Се разбира, може да има нови елементи веќе споменати кои не се земени предвид во горните пресметки. На пример, на системот му требаат 250 милиони години да орбитира околу центарот на галаксијата Млечен Пат. Овој потег има последици. Променливата вселенска средина ја нарушува деликатната рамнотежа помеѓу Сонцето и другите објекти. Ова, се разбира, не може да се предвиди, но се случува таквата нерамнотежа да доведе до зголемување на ефектот. активност на кометата. Овие предмети летаат кон сонцето почесто од вообичаено. Ова го зголемува ризикот од нивен судир со Земјата.
Ѕвезда по 4 милиони години Глиз 710 ќе биде на 1,1 светлосна година од Сонцето, што потенцијално ќе ги наруши орбитите на објектите внатре Облок Орт и зголемување на веројатноста за судир на комета со една од внатрешните планети на Сончевиот систем.
Научниците се потпираат на историски податоци и, извлекувајќи статистички заклучоци од нив, предвидуваат дека веројатно во рок од половина милион години метеор ќе падне на земјата 1 км во дијаметар, предизвикувајќи космичка катастрофа. За возврат, во следните 100 милиони години, се очекува удар на метеорит со големина споредлива со онаа што предизвика изумирање на Креда пред 65 милиони години.
До 500-600 милиони години треба да чекате што е можно подолго (повторно, врз основа на достапните податоци и статистики) блиц или експлозија на хиперенергија на супернова. На оваа далечина, зраците би можеле да влијаат на озонската обвивка на Земјата и да предизвикаат масовно исчезнување слично на истребувањето на Ордовиција - ако хипотезата е точна. Сепак, емитираното зрачење мора да биде насочено конкретно кон Земјата за да може овде да предизвика каква било штета.
Па да се радуваме на повторувањето и малото стабилизирање на светот што го гледаме и во кој живееме. Математиката, статистиката и веројатноста долгорочно го држат зафатен. За среќа, ова долго патување е далеку надвор од нашиот дофат.
