Нашата малка стабилизация
Слънцето винаги изгрява на изток, сезоните се сменят редовно, има 365 или 366 дни в годината, зимите са студени, лятото е топло... Скучно. Но нека се насладим на тази скука! Първо, това няма да продължи вечно. Второ, нашата малка стабилизация е само специален и временен случай в хаотичната слънчева система като цяло.
Движението на планетите, луните и всички други обекти в Слънчевата система изглежда подредено и предвидимо. Но ако е така, как обяснявате всички кратери, които виждаме на Луната и много от небесните тела в нашата система? На Земята също има много такива, но тъй като имаме атмосфера, а с нея ерозия, растителност и вода, ние не виждаме земните гъсталаци така ясно, както на други места.
Ако Слънчевата система се състои от идеализирани материални точки, работещи единствено на нютоновите принципи, тогава, знаейки точните позиции и скорости на Слънцето и всички планети, бихме могли да определим тяхното местоположение по всяко време в бъдещето. За съжаление, реалността се различава от чистата динамика на Нютон.
космическа пеперуда
Големият напредък на естествените науки започва именно с опитите да се опишат космическите тела. Решаващите открития, обясняващи законите на движението на планетите, са направени от "бащите-основатели" на съвременната астрономия, математика и физика - Коперник, Галилей, Кеплер i Нютон. Въпреки това, въпреки че механиката на две небесни тела, взаимодействащи под въздействието на гравитацията, е добре известна, добавянето на трети обект (т.нар. проблем с трите тела) усложнява проблема до степен, в която не можем да го решим аналитично.
Можем ли да предвидим движението на Земята, да речем, милиард години напред? Или с други думи: стабилна ли е слънчевата система? Учените се опитват да отговорят на този въпрос от поколения. Първите резултати, които получиха Питър Саймън от Лаплас i Джоузеф Луис Лагранж, без съмнение предложи положителен отговор.
В края на XNUMX век решаването на проблема за стабилността на Слънчевата система беше едно от най-големите научни предизвикателства. крал на Швеция Оскар II, той дори учреди специална награда за този, който решава този проблем. Тя е получена през 1887 г. от френския математик Анри Поанкаре. Въпреки това, неговото доказателство, че методите на смущения може да не доведат до правилно разделяне, не се счита за убедително.
Той създава основите на математическата теория за стабилността на движението. Александър М. Лапуновкойто се чудеше колко бързо нараства с времето разстоянието между две близки траектории в една хаотична система. Когато през втората половина на ХХ век. Едуард Лоренц, метеоролог от Масачузетския технологичен институт, изгради опростен модел на промяна на времето, който зависи само от дванадесет фактора, той не е пряко свързан с движението на телата в Слънчевата система. В своята статия от 1963 г. Едуард Лоренц показва, че малка промяна във входните данни причинява напълно различно поведение на системата. Това свойство, известно по-късно като "ефект на пеперудата", се оказва типично за повечето динамични системи, използвани за моделиране на различни явления във физиката, химията или биологията.
Източникът на хаоса в динамичните системи са сили от същия порядък, действащи върху последователни тела. Колкото повече тела в системата, толкова повече хаос. В Слънчевата система, поради огромната диспропорция в масите на всички компоненти в сравнение със Слънцето, взаимодействието на тези компоненти със звездата е доминиращо, така че степента на хаос, изразена в показателите на Ляпунов, не трябва да бъде голяма. Но също така, според изчисленията на Лоренц, не бива да се учудваме от мисълта за хаотичната природа на Слънчевата система. Би било изненадващо, ако система с толкова голям брой степени на свобода беше редовна.
Преди десет години Жак Ласкар от Парижката обсерватория, той направи над хиляда компютърни симулации на движението на планетите. Във всеки от тях първоначалните условия се различават незначително. Моделирането показва, че нищо по-сериозно няма да ни се случи през следващите 40 милиона години, но по-късно в 1-2% от случаите може пълна дестабилизация на Слънчевата система. Ние също разполагаме с тези 40 милиона години само при условие, че не се появи някакъв неочакван гост, фактор или нов елемент, който не е взет под внимание в момента.
Изчисленията показват например, че в рамките на 5 милиарда години орбитата на Меркурий (първата планета от Слънцето) ще се промени, главно поради влиянието на Юпитер. Това може да доведе до Земята се сблъсква с Марс или Меркурий точно. Когато влезем в един от наборите от данни, всеки съдържа 1,3 милиарда години. Меркурий може да падне в Слънцето. При друга симулация се оказа, че след 820 милиона години Марс ще бъде изключен от системата, и след 40 милиона години ще дойде до сблъсък на Меркурий и Венера.
Изследване на динамиката на нашата Система от Ласкар и неговия екип оцени времето на Лапунов (т.е. периода, през който ходът на даден процес може да бъде точно предвиден) за цялата Система на 5 милиона години.
Оказва се, че грешка от само 1 км при определяне на първоначалното положение на планетата може да се увеличи до 1 астрономическа единица за 95 милиона години. Дори ако знаехме първоначалните данни на Системата с произволно висока, но крайна точност, не бихме могли да предвидим нейното поведение за никакъв период от време. За да разкрием бъдещето на Системата, което е хаотично, трябва да знаем оригиналните данни с безкрайна прецизност, което е невъзможно.
Освен това не знаем със сигурност. общата енергия на слънчевата система. Но дори като вземем предвид всички ефекти, включително релативистки и по-точни измервания, ние няма да променим хаотичната природа на Слънчевата система и не бихме могли да предвидим нейното поведение и състояние във всеки един момент.
Всичко може да се случи
И така, слънчевата система е просто хаотична, това е всичко. Това твърдение означава, че не можем да предвидим траекторията на Земята след, да речем, 100 милиона години. От друга страна, Слънчевата система несъмнено остава стабилна като структура в момента, тъй като малките отклонения на параметрите, характеризиращи пътя на планетите, водят до различни орбити, но с близки свойства. Така че е малко вероятно той да рухне през следващите милиарди години.
Разбира се, може да има вече споменати нови елементи, които не са взети предвид в горните изчисления. Например, системата отнема 250 милиона години, за да завърши орбита около центъра на галактиката Млечния път. Този ход има последствия. Променливата космическа среда нарушава деликатния баланс между Слънцето и другите обекти. Това, разбира се, не може да се предвиди, но се случва такъв дисбаланс да доведе до увеличаване на ефекта. кометна активност. Тези обекти летят към слънцето по-често от обикновено. Това увеличава риска от сблъсъка им със Земята.
Звезда след 4 милиона години Gliese 710 ще бъде на 1,1 светлинни години от Слънцето, което потенциално ще наруши орбитите на обектите Облакът на Оорт и увеличаване на вероятността комета да се сблъска с една от вътрешните планети на Слънчевата система.
Учените разчитат на исторически данни и, извличайки статистически заключения от тях, прогнозират, че вероятно след половин милион години метеор, удрящ земята 1 км в диаметър, причинявайки космическа катастрофа. От своя страна, в перспектива от 100 милиона години се очаква метеорит да падне по размер, сравним с този, който е причинил изчезването през Креда преди 65 милиона години.
До 500-600 милиона години трябва да чакате възможно най-дълго (отново въз основа на наличните данни и статистика) светкавица или хиперенергийна експлозия на свръхнова. На такова разстояние лъчите биха могли да засегнат озоновия слой на Земята и да причинят масово изчезване, подобно на изчезването на Ордовик - само ако хипотезата за това е вярна. Излъчената радиация обаче трябва да бъде насочена точно към Земята, за да може да причини някакви щети тук.
Така че нека се радваме на повторението и малката стабилизация на света, който виждаме и в който живеем. Математиката, статистиката и вероятностите го държат зает в дългосрочен план. За щастие това дълго пътуване е далеч извън нашия обсег.
