Mūsu mazā stabilizācija

Saule vienmēr lec austrumos, gadalaiki mainās regulāri, gadā ir 365 vai 366 dienas, ziemas aukstas, vasaras siltas... Garlaicīgi. Bet izbaudīsim šo garlaicību! Pirmkārt, tas nebūs mūžīgs. Otrkārt, mūsu mazā stabilizācija ir tikai īpašs un īslaicīgs gadījums haotiskajā Saules sistēmā kopumā.

Šķiet, ka planētu, pavadoņu un visu citu Saules sistēmas objektu kustība ir sakārtota un paredzama. Bet, ja tā, kā izskaidrot visus krāterus, ko mēs redzam uz Mēness, un daudzus mūsu sistēmas debess ķermeņus? Arī uz Zemes to ir daudz, taču, tā kā mums ir atmosfēra un līdz ar to erozija, veģetācija un ūdens, mēs neredzam zemes biezokni tik skaidri kā citviet.

Ja Saules sistēma sastāvētu no idealizētiem materiāliem punktiem, kas darbotos tikai pēc Ņūtona principiem, tad, zinot precīzu Saules un visu planētu atrašanās vietu un ātrumu, mēs varētu noteikt to atrašanās vietu jebkurā laikā nākotnē. Diemžēl realitāte atšķiras no Ņūtona glītās dinamikas.

kosmosa tauriņš

Lielais dabaszinātņu progress sākās tieši ar mēģinājumiem aprakstīt kosmiskos ķermeņus. Izšķirošos atklājumus, kas izskaidro planētu kustības likumus, veica mūsdienu astronomijas, matemātikas un fizikas "dibinātāji" - Kopernika, Galileo, Keplers i Newton. Tomēr, lai gan divu debess ķermeņu, kas mijiedarbojas gravitācijas ietekmē, mehānika ir labi zināma, trešā objekta pievienošana (tā sauktā trīs ķermeņu problēma) sarežģī problēmu tiktāl, ka mēs to nevaram atrisināt analītiski.

Vai mēs varam paredzēt Zemes kustību, teiksim, miljardu gadu uz priekšu? Vai, citiem vārdiem sakot: vai Saules sistēma ir stabila? Zinātnieki ir mēģinājuši atbildēt uz šo jautājumu paaudžu paaudzēm. Pirmie rezultāti, ko viņi ieguva Pēteris Simons no Laplasa i Džozefs Luiss Lagrange, bez šaubām ieteica pozitīvu atbildi.

XNUMX. gadsimta beigās Saules sistēmas stabilitātes problēmas risināšana bija viens no lielākajiem zinātniskajiem izaicinājumiem. Zviedrijas karalis Oskars II, viņš pat nodibināja īpašu balvu tam, kurš risina šo problēmu. To 1887. gadā ieguva franču matemātiķis Henri Poincare. Tomēr viņa pierādījumi, ka perturbācijas metodes var nenovest pie pareizas izšķirtspējas, netiek uzskatīti par pārliecinošiem.

Viņš radīja kustības stabilitātes matemātiskās teorijas pamatus. Aleksandrs M. Lapunovskurš domāja, cik ātri attālums starp divām tuvām trajektorijām haotiskā sistēmā laika gaitā palielinās. Kad divdesmitā gadsimta otrajā pusē. Edvards Lorencs, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta meteorologs, izveidoja vienkāršotu laikapstākļu izmaiņu modeli, kas ir atkarīgs tikai no divpadsmit faktoriem, tas nebija tieši saistīts ar ķermeņu kustību Saules sistēmā. Edvards Lorencs savā 1963. gada rakstā parādīja, ka nelielas izmaiņas ievades datos izraisa pilnīgi atšķirīgu sistēmas uzvedību. Šis īpašums, kas vēlāk pazīstams kā "tauriņa efekts", izrādījās tipisks lielākajai daļai dinamisko sistēmu, ko izmanto dažādu fizikas, ķīmijas vai bioloģijas parādību modelēšanai.

Haosa avots dinamiskajās sistēmās ir vienas kārtas spēki, kas iedarbojas uz secīgiem ķermeņiem. Jo vairāk ķermeņu sistēmā, jo lielāks haoss. Saules sistēmā visu komponentu masu milzīgās disproporcijas dēļ salīdzinājumā ar Sauli dominē šo komponentu mijiedarbība ar zvaigzni, tāpēc Ļapunova eksponentos izteiktajai haosa pakāpei nevajadzētu būt lielai. Taču arī, pēc Lorenca aprēķiniem, mums nevajadzētu būt pārsteigtiem par domu par Saules sistēmas haotisko raksturu. Būtu pārsteidzoši, ja sistēma ar tik lielu brīvības pakāpju skaitu būtu regulāra.

Pirms desmit gadiem Žaks Laskars no Parīzes observatorijas viņš veica vairāk nekā tūkstoš planētu kustības datorsimulāciju. Katrā no tiem sākotnējie apstākļi nenozīmīgi atšķīrās. Modelēšana liecina, ka nekas nopietnāks ar mums nenotiks tuvāko 40 miljonu gadu laikā, bet vēlāk 1-2% gadījumu var Saules sistēmas pilnīga destabilizācija. Arī šie 40 miljoni gadu mūsu rīcībā ir tikai ar nosacījumu, ka neparādīsies kāds negaidīts viesis, faktors vai jauns elements, kas šobrīd netiek ņemts vērā.

Aprēķini liecina, piemēram, ka 5 miljardu gadu laikā Merkura (pirmās planētas no Saules) orbīta mainīsies, galvenokārt Jupitera ietekmes dēļ. Tas var novest pie Zeme saduras ar Marsu vai Merkuru tieši tā. Ievadot kādu no datu kopām, katra no tām satur 1,3 miljardus gadu. Dzīvsudrabs var iekrist Saulē. Citā simulācijā izrādījās, ka pēc 820 miljoniem gadu Marss tiks izraidīts no sistēmas, un pēc 40 miljoniem gadu pienāks Merkura un Veneras sadursme.

Laskara un viņa komandas veiktajā mūsu sistēmas dinamikas pētījumā Lapunova laiks (ti, periods, kurā var precīzi paredzēt konkrētā procesa gaitu) visai sistēmai tika novērtēts 5 miljonu gadu garumā.

Izrādās, tikai 1 km kļūda planētas sākotnējās pozīcijas noteikšanā 1 miljonu gadu laikā var pieaugt līdz 95 astronomiskajai vienībai. Pat ja mēs zinātu Sistēmas sākotnējos datus ar patvaļīgi augstu, bet galīgu precizitāti, mēs nevarētu paredzēt tās uzvedību nevienam laika periodam. Lai atklātu Sistēmas nākotni, kas ir haotiska, mums ir jāzina sākotnējie dati ar bezgalīgu precizitāti, kas nav iespējams.

Turklāt mēs nezinām droši. Saules sistēmas kopējā enerģija. Bet pat ņemot vērā visas sekas, tostarp relatīvos un precīzākus mērījumus, mēs nemainītu Saules sistēmas haotisko raksturu un nespētu paredzēt tās uzvedību un stāvokli jebkurā brīdī.

Viss var notikt

Tātad, Saules sistēma ir vienkārši haotiska, tas arī viss. Šis apgalvojums nozīmē, ka mēs nevaram paredzēt Zemes trajektoriju tālāk, piemēram, pēc 100 miljoniem gadu. No otras puses, Saules sistēma kā struktūra šobrīd neapšaubāmi saglabājas stabila, jo nelielas planētu ceļus raksturojošo parametru novirzes ved uz dažādām orbītām, bet ar tuvām īpašībām. Tāpēc ir maz ticams, ka tas sabruks nākamo miljardu gadu laikā.

Protams, var būt jau minēti jauni elementi, kas nav ņemti vērā iepriekš minētajos aprēķinos. Piemēram, sistēmai ir nepieciešami 250 miljoni gadu, lai pabeigtu orbītu ap Piena Ceļa galaktikas centru. Šim gājienam ir sekas. Mainīgā kosmosa vide izjauc smalko līdzsvaru starp Sauli un citiem objektiem. To, protams, nevar paredzēt, taču gadās, ka šāda nelīdzsvarotība noved pie efekta palielināšanās. komētas darbība. Šie objekti lido pret sauli biežāk nekā parasti. Tas palielina to sadursmes ar Zemi risku.

Zvaigzne pēc 4 miljoniem gadu Gliese 710. lpp atradīsies 1,1 gaismas gada attālumā no Saules, potenciāli izjaucot objektu orbītas Oortas mākonis un komētas sadursmes iespējamības palielināšanās ar kādu no Saules sistēmas iekšējām planētām.

Zinātnieki paļaujas uz vēsturiskiem datiem un, izdarot no tiem statistiskus secinājumus, prognozē, ka, iespējams, pēc pusmiljona gadu meteors ietriecas zemē 1 km diametrā, izraisot kosmosa katastrofu. Savukārt 100 miljonu gadu perspektīvā paredzams, ka meteorīts nokritīs izmērā, kas salīdzināms ar krīta laikmeta izzušanu pirms 65 miljoniem gadu.

Līdz 500-600 miljoniem gadu ir jāgaida pēc iespējas ilgāk (atkal, pamatojoties uz pieejamajiem datiem un statistiku) mirgot vai supernovas hiperenerģijas sprādziens. Šādā attālumā stari varētu ietekmēt Zemes ozona slāni un izraisīt ordovika izmiršanai līdzīgu masveida izmiršanu - ja tikai hipotēze par to ir pareiza. Taču izstarotajam starojumam ir jābūt precīzi vērstam uz Zemi, lai varētu šeit nodarīt kādu kaitējumu.

Tāpēc priecāsimies par pasaules, ko mēs redzam un kurā dzīvojam, atkārtošanos un nelielo stabilizāciju. Matemātika, statistika un varbūtība ilgtermiņā viņu aizņem. Par laimi, šis garais ceļojums mums ir tālu aizsniedzams.