Ons klein stabilisering
Die son kom altyd in die ooste op, die seisoene verander gereeld, daar is 365 of 366 dae per jaar, winters is koud, somers is warm ... Vervelig. Maar kom ons geniet hierdie verveling! Eerstens sal dit nie vir ewig duur nie. Tweedens is ons klein stabilisering slegs 'n spesiale en tydelike geval in die chaotiese sonnestelsel as geheel.
Die beweging van die planete, mane en alle ander voorwerpe in die sonnestelsel blyk ordelik en voorspelbaar te wees. Maar indien wel, hoe verduidelik jy al die kraters wat ons op die Maan sien en baie van die hemelliggame in ons stelsel? Daar is ook baie van hulle op Aarde, maar aangesien ons 'n atmosfeer het, en daarmee saam erosie, plantegroei en water, sien ons die aardbos nie so duidelik soos op ander plekke nie.
As die sonnestelsel uit geïdealiseerde materiële punte bestaan het wat uitsluitlik op Newtonse beginsels werk, dan, met die kennis van die presiese posisies en snelhede van die Son en al die planete, kon ons hul ligging enige tyd in die toekoms bepaal. Ongelukkig verskil die werklikheid van Newton se netjiese dinamika.
ruimte skoenlapper
Die groot vooruitgang van die natuurwetenskap het juis begin met pogings om kosmiese liggame te beskryf. Die beslissende ontdekkings wat die wette van planetêre beweging verduidelik, is gemaak deur die "stigtersvaders" van moderne sterrekunde, wiskunde en fisika - Copernicus, Galileo, Kepler i Newton. Alhoewel die meganika van twee hemelliggame wat onder die invloed van swaartekrag op mekaar inwerk, welbekend is, kompliseer die byvoeging van 'n derde voorwerp (die sogenaamde drieliggaamprobleem) die probleem tot die punt dat ons dit nie analities kan oplos nie.
Kan ons die beweging van die Aarde voorspel, sê, 'n miljard jaar vooruit? Of, met ander woorde: is die sonnestelsel stabiel? Wetenskaplikes het al geslagte lank probeer om hierdie vraag te beantwoord. Die eerste resultate wat hulle gekry het Peter Simon van Laplace i Josef Louis Lagrange, het ongetwyfeld 'n positiewe antwoord voorgestel.
Aan die einde van die XNUMXste eeu was die oplossing van die probleem van die stabiliteit van die sonnestelsel een van die grootste wetenskaplike uitdagings. koning van Swede Oscar II, het hy selfs 'n spesiale toekenning ingestel vir die een wat hierdie probleem oplos. Dit is in 1887 deur die Franse wiskundige verkry Henri Poincaré. Sy bewyse dat versteuringsmetodes nie tot korrekte oplossing mag lei nie, word egter nie as afdoende beskou nie.
Hy het die grondslae van die wiskundige teorie van bewegingstabiliteit geskep. Alexander M. Lapunovwat gewonder het hoe vinnig die afstand tussen twee nabye trajekte in 'n chaotiese sisteem met tyd toeneem. Wanneer in die tweede helfte van die twintigste eeu. Edward Lorenz, 'n meteoroloog by die Massachusetts Institute of Technology, het 'n vereenvoudigde model van weerverandering gebou wat slegs van twaalf faktore afhang, dit was nie direk verwant aan die beweging van liggame in die sonnestelsel nie. In sy referaat van 1963 het Edward Lorenz getoon dat 'n klein verandering in die insetdata 'n heeltemal ander gedrag van die stelsel veroorsaak. Hierdie eienskap, later bekend as die "vlinder-effek", blyk tipies te wees van die meeste dinamiese stelsels wat gebruik word om verskeie verskynsels in fisika, chemie of biologie te modelleer.
Die bron van chaos in dinamiese sisteme is kragte van dieselfde orde wat op opeenvolgende liggame inwerk. Hoe meer liggame in die sisteem, hoe meer chaos. In die Sonnestelsel, as gevolg van die groot wanverhouding in die massas van alle komponente in vergelyking met die Son, is die interaksie van hierdie komponente met die ster dominant, dus die mate van chaos wat in Lyapunov-eksponente uitgedruk word, behoort nie groot te wees nie. Maar ook, volgens Lorentz se berekeninge, moet ons nie verras wees deur die gedagte aan die chaotiese aard van die sonnestelsel nie. Dit sal verbasend wees as 'n stelsel met so 'n groot aantal grade van vryheid gereeld sou wees.
Tien jaar gelede Jacques Lascar van die Parys-sterrewag het hy meer as duisend rekenaarsimulasies van planetêre beweging gemaak. In elkeen van hulle het die aanvanklike toestande onbeduidend verskil. Modellering toon dat niks ernstiger met ons in die volgende 40 miljoen jaar sal gebeur nie, maar later in 1-2% van gevalle kan dit volledige destabilisering van die sonnestelsel. Ons het ook hierdie 40 miljoen jaar tot ons beskikking slegs op voorwaarde dat een of ander onverwagte gas, faktor of nuwe element wat nie op die oomblik in ag geneem word nie, nie verskyn nie.
Berekeninge toon byvoorbeeld dat binne 5 miljard jaar die wentelbaan van Mercurius (die eerste planeet vanaf die Son) sal verander, hoofsaaklik as gevolg van die invloed van Jupiter. Dit kan lei tot Aarde wat met Mars of Mercurius bots presies. Wanneer ons een van die datastelle betree, bevat elkeen 1,3 biljoen jaar. Mercurius kan in die Son val. In 'n ander simulasie het dit geblyk dat na 820 miljoen jaar Mars sal uit die stelsel verdryf word, en na 40 miljoen jaar sal kom tot botsing van Mercurius en Venus.
'n Studie van die dinamika van ons Stelsel deur Lascar en sy span het die Lapunov-tyd (dws die tydperk waartydens die verloop van 'n gegewe proses akkuraat voorspel kan word) vir die hele Stelsel op 5 miljoen jaar geskat.
Dit blyk dat 'n fout van slegs 1 km in die bepaling van die aanvanklike posisie van die planeet kan toeneem tot 1 astronomiese eenheid in 95 miljoen jaar. Selfs as ons die aanvanklike data van die Stelsel met 'n arbitrêr hoë, maar eindige akkuraatheid geken het, sou ons nie die gedrag daarvan vir enige tydperk kon voorspel nie. Om die toekoms van die stelsel, wat chaoties is, te openbaar, moet ons die oorspronklike data met oneindige akkuraatheid ken, wat onmoontlik is.
Boonop weet ons nie vir seker nie. totale energie van die sonnestelsel. Maar selfs met inagneming van al die effekte, insluitend relativistiese en meer akkurate metings, sou ons nie die chaotiese aard van die sonnestelsel verander nie en sou ons nie in staat wees om sy gedrag en toestand op enige gegewe tydstip te voorspel nie.
Alles kan gebeur
So, die sonnestelsel is net chaoties, dis al. Hierdie stelling beteken dat ons nie die Aarde se trajek verder as byvoorbeeld 100 miljoen jaar kan voorspel nie. Aan die ander kant bly die sonnestelsel ongetwyfeld stabiel as 'n struktuur op die oomblik, aangesien klein afwykings van die parameters wat die paaie van die planete kenmerk, lei tot verskillende bane, maar met nabye eienskappe. Dit is dus onwaarskynlik dat dit in die volgende miljarde jare sal ineenstort.
Natuurlik kan daar nuwe elemente reeds genoem wees wat nie in die bogenoemde berekeninge in ag geneem word nie. Die stelsel neem byvoorbeeld 250 miljoen jaar om ’n wentelbaan om die middel van die Melkweg-sterrestelsel te voltooi. Hierdie stap het gevolge. Die veranderende ruimte-omgewing versteur die delikate balans tussen die Son en ander voorwerpe. Dit kan natuurlik nie voorspel word nie, maar dit gebeur dat so 'n wanbalans lei tot 'n toename in die effek. komeet aktiwiteit. Hierdie voorwerpe vlieg meer gereeld na die son as gewoonlik. Dit verhoog die risiko van hul botsing met die Aarde.
Ster na 4 miljoen jaar Gliese 710 sal 1,1 ligjare van die Son af wees, wat moontlik die wentelbane van voorwerpe in Die Oort Wolk en 'n toename in die waarskynlikheid dat 'n komeet met een van die binneste planete van die sonnestelsel sal bots.
Wetenskaplikes maak staat op historiese data en, wat statistiese gevolgtrekkings daaruit maak, voorspel dat, waarskynlik oor 'n halfmiljoen jaar meteoor wat die grond tref 1 km in deursnee, wat 'n kosmiese katastrofe veroorsaak. Op sy beurt, in die perspektief van 100 miljoen jaar, word verwag dat 'n meteoriet in grootte sal daal wat vergelykbaar is met dié wat die Kryt-uitsterwing 65 miljoen jaar gelede veroorsaak het.
Tot 500-600 miljoen jaar moet jy so lank as moontlik wag (weereens, gebaseer op die beskikbare data en statistieke) flits of supernova hiperenergie ontploffing. Op so 'n afstand kan die strale die Aarde se osoonlaag tref en 'n massa-uitwissing veroorsaak soortgelyk aan die Ordovisiese uitwissing - as die hipotese hieroor net korrek is. Die uitgestraalde straling moet egter presies op die Aarde gerig wees om enige skade hier te kan aanrig.
Laat ons ons dus verheug oor die herhaling en klein stabilisering van die wêreld wat ons sien en waarin ons leef. Wiskunde, statistiek en waarskynlikheid hou hom op die lange duur besig. Gelukkig is hierdie lang reis ver buite ons bereik.
