Naša mala stabilizacija

Sunce uvijek izlazi na istoku, godišnja doba se redovno mijenjaju, ima 365 ili 366 dana u godini, zime su hladne, ljeta topla... Dosadno. Ali hajde da uživamo u ovoj dosadi! Prvo, to neće trajati vječno. Drugo, naša mala stabilizacija je samo poseban i privremeni slučaj u haotičnom solarnom sistemu u cjelini.

Čini se da je kretanje planeta, mjeseca i svih drugih objekata u Sunčevom sistemu uređeno i predvidljivo. Ali ako jeste, kako objašnjavate sve kratere koje vidimo na Mjesecu i mnoga nebeska tijela u našem sistemu? Ima ih dosta i na Zemlji, ali pošto imamo atmosferu, a sa njom eroziju, vegetaciju i vodu, ne vidimo gustiš zemlje tako jasno kao na drugim mjestima.

Kada bi se Sunčev sistem sastojao od idealizovanih materijalnih tačaka koje rade isključivo na njutnovskim principima, tada bismo, znajući tačne položaje i brzine Sunca i svih planeta, mogli odrediti njihovu lokaciju u bilo kom trenutku u budućnosti. Nažalost, stvarnost se razlikuje od Newtonove uredne dinamike.

svemirski leptir

Veliki napredak prirodne nauke započeo je upravo pokušajima da se opišu kosmička tela. Odlučujuća otkrića koja objašnjavaju zakone planetarnog kretanja napravili su "očevi osnivači" moderne astronomije, matematike i fizike - Kopernik, Galileo, Kepler i Newton. Međutim, iako je mehanika dvaju nebeskih tijela koja međusobno djeluju pod utjecajem gravitacije dobro poznata, dodavanje trećeg objekta (tzv. problem tri tijela) komplikuje problem do te mjere da ga ne možemo analitički riješiti.

Možemo li predvidjeti kretanje Zemlje, recimo, milijardu godina unaprijed? Ili, drugim riječima: da li je solarni sistem stabilan? Naučnici su generacijama pokušavali odgovoriti na ovo pitanje. Prvi rezultati koje su dobili Peter Simon iz Laplace i Joseph Louis Lagrange, bez sumnje je sugerirao pozitivan odgovor.

Krajem XNUMX veka rešavanje problema stabilnosti Sunčevog sistema bio je jedan od najvećih naučnih izazova. kralj Švedske Oscar II, čak je ustanovio i posebnu nagradu za onoga ko riješi ovaj problem. Dobio ga je francuski matematičar 1887 Henri Poincare. Međutim, njegov dokaz da metode perturbacije možda neće dovesti do ispravnog rješenja ne smatra se konačnim.

Stvorio je temelje matematičke teorije stabilnosti kretanja. Aleksandar M. Lapunovkoji se pitao koliko brzo raste udaljenost između dvije bliske putanje u haotičnom sistemu s vremenom. Kada je u drugoj polovini dvadesetog veka. Edward Lorenz, meteorolog sa Massachusetts Institute of Technology, izgradio je pojednostavljeni model promjene vremena koji zavisi samo od dvanaest faktora, nije bio direktno povezan sa kretanjem tijela u Sunčevom sistemu. U svom radu iz 1963. Edward Lorentz je pokazao da mala promjena u ulaznim podacima uzrokuje potpuno drugačije ponašanje sistema. Pokazalo se da je ovo svojstvo, kasnije poznato kao "efekat leptira", tipično za većinu dinamičkih sistema koji se koriste za modeliranje različitih pojava u fizici, hemiji ili biologiji.

Izvor haosa u dinamičkim sistemima su sile istog reda koje djeluju na uzastopna tijela. Što je više tijela u sistemu, to je više haosa. U Sunčevom sistemu, zbog ogromne disproporcije u masama svih komponenti u odnosu na Sunce, interakcija ovih komponenti sa zvijezdom je dominantna, tako da stepen haosa izražen u Ljapunovljevim eksponentima ne bi trebao biti veliki. Ali isto tako, prema Lorentzovim proračunima, ne treba da nas čudi pomisao o haotičnoj prirodi Sunčevog sistema. Bilo bi iznenađujuće da je sistem sa tako velikim brojem stepeni slobode regularan.

Prije deset godina Jacques Lascar iz Pariske opservatorije napravio je preko hiljadu kompjuterskih simulacija kretanja planeta. U svakom od njih početni uslovi su se neznatno razlikovali. Modeliranje pokazuje da nam se ništa ozbiljnije neće dogoditi u narednih 40 miliona godina, ali kasnije u 1-2% slučajeva može potpuna destabilizacija Sunčevog sistema. I ovih 40 miliona godina imamo na raspolaganju samo pod uslovom da se ne pojavi neki neočekivani gost, faktor ili novi element koji se u ovom trenutku ne vodi računa.

Proračuni pokazuju, na primjer, da će se u roku od 5 milijardi godina orbita Merkura (prve planete od Sunca) promijeniti, uglavnom zbog uticaja Jupitera. To može dovesti do Zemlja u sudaru sa Marsom ili Merkurom upravo. Kada unesemo jedan od skupova podataka, svaki sadrži 1,3 milijarde godina. Merkur može pasti u Sunce. U drugoj simulaciji, pokazalo se da nakon 820 miliona godina Mars će biti izbačen iz sistema, a nakon 40 miliona godina doći će do sudara Merkura i Venere.

Studija dinamike našeg Sistema od strane Laskara i njegovog tima procijenila je vrijeme Lapunova (tj. period tokom kojeg se tok datog procesa može tačno predvidjeti) za cijeli Sistem na 5 miliona godina.

Ispada da se greška od samo 1 km u određivanju početne pozicije planete može povećati na 1 astronomsku jedinicu u 95 miliona godina. Čak i kada bismo znali početne podatke Sistema sa proizvoljno visokom, ali konačnom tačnošću, ne bismo mogli da predvidimo njegovo ponašanje za bilo koji vremenski period. Da bismo otkrili budućnost Sistema, koji je haotičan, moramo znati originalne podatke sa beskonačnom preciznošću, što je nemoguće.

Štaviše, ne znamo sigurno. ukupna energija Sunčevog sistema. Ali čak i uzimajući u obzir sve efekte, uključujući relativistička i preciznija mjerenja, ne bismo promijenili haotičnu prirodu Sunčevog sistema i ne bismo mogli predvidjeti njegovo ponašanje i stanje u bilo kojem trenutku.

Svašta se može dogoditi

Dakle, solarni sistem je samo haotičan, to je sve. Ova izjava znači da ne možemo predvidjeti putanju Zemlje nakon, recimo, 100 miliona godina. S druge strane, Sunčev sistem nesumnjivo ostaje stabilan kao struktura u ovom trenutku, jer mala odstupanja parametara koji karakterišu putanje planeta dovode do različitih orbita, ali sa bliskim osobinama. Stoga je malo vjerovatno da će se srušiti u narednim milijardama godina.

Naravno, mogu postojati novi elementi koji su već spomenuti koji nisu uzeti u obzir u gornjim proračunima. Na primjer, sistemu je potrebno 250 miliona godina da završi orbitu oko centra galaksije Mliječni put. Ovaj potez ima posljedice. Promjenjivo svemirsko okruženje narušava osjetljivu ravnotežu između Sunca i drugih objekata. To se, naravno, ne može predvidjeti, ali se dešava da takva neravnoteža dovodi do povećanja efekta. aktivnost kometa. Ovi objekti lete prema suncu češće nego inače. To povećava rizik od njihovog sudara sa Zemljom.

Zvezda posle 4 miliona godina Gliese 710 će biti udaljena 1,1 svjetlosnu godinu od Sunca, što bi potencijalno moglo poremetiti orbite objekata Oort oblak i povećanje vjerovatnoće da se kometa sudari sa jednom od unutrašnjih planeta Sunčevog sistema.

Naučnici se oslanjaju na istorijske podatke i, izvodeći statističke zaključke iz njih, predviđaju da će, vjerovatno za pola miliona godina meteor udara o tlo 1 km u prečniku, što je izazvalo kosmičku katastrofu. Zauzvrat, u perspektivi od 100 miliona godina, očekuje se da će meteorit pasti u veličini uporedivoj s onom koja je uzrokovala izumiranje iz krede prije 65 miliona godina.

Do 500-600 miliona godina, morate čekati što je duže moguće (opet, na osnovu dostupnih podataka i statistike) bljeskalica ili hiperenergetska eksplozija supernove. Na takvoj udaljenosti, zraci bi mogli utjecati na ozonski omotač Zemlje i uzrokovati masovno izumiranje slično izumiranju u Ordovicijumu - samo ako je hipoteza o tome tačna. Međutim, emitovano zračenje mora biti usmjereno precizno na Zemlju da bi ovdje moglo izazvati bilo kakvu štetu.

Zato se radujmo ponavljanju i maloj stabilizaciji svijeta koji vidimo i u kojem živimo. Matematika, statistika i vjerovatnoća ga dugoročno zaokupljaju. Srećom, ovo dugo putovanje je daleko izvan našeg domašaja.