Ziemia nie powinna istnieć? Wszystko przez chaos w Układzie Słonecznym

Zgodnie z modelami fizycznymi wewnętrzny Układ Słoneczny powinien być chaotycznym bałaganem. Jednak jego analiza dostarcza nam informacji na temat tego, dlaczego cały czas zachowana zostaje względna stabilność planet.  

Biorąc pod uwagę orbity planet wewnętrznych Układu Słonecznego, czyli Merkurego, Wenus, Ziemi oraz Marsa, otrzymujemy chaotyczny obraz. Natomiast modele fizyczne sugerują, że wspomniane planety już dawno powinny były zderzyć się ze sobą. A jednak w dalszym ciągu spokojnie żyjemy sobie na naszej Ziemi. Dlaczego? 

Naukowcy postanowili bliżej przyjrzeć się mechanice ruchu planet wewnętrznego Układu Słonecznego. Zanurzenie się w modelach ruchu planet pokazało, że ich ruchy są ograniczone przez pewne parametry, które działają, jak uwięź niepozwalająca zapanować chaosowi. Badania te pomogą w przyszłości lepiej zrozumieć trajektorię egzoplanet, które krążą wokół innych gwiazd. Każda z planet posiada pole grawitacyjne, większe bądź mniejsze, które oddziałują na siebie nawzajem. 

To jest kluczem do tego, aby planety nigdy nie doświadczyły kontaktu pierwszego stopnia. Grawitacja działa jak małe holowniki, które nieustannie dokonują drobnych korekt planet. Mniejsze planety są bardziej podatne na te szarpnięcia, w przeciwieństwie do dużych obiektów, które wykazują się większą stabilnością orbity.  

Trajektorie planet wewnętrznych są dużo bardziej skomplikowane. Matematyk Henri Poincaré pod koniec XIX wieku udowodnił, że niemożliwe jest matematyczne rozwiązanie równań rządzących ruchem trzech lub więcej oddziałujących na siebie obiektów, co nazywane jest „problemem trzech ciał”.  Co za tym idzie, z czasem rośnie niepewność co do szczegółów pozycji początkowych i prędkości planet. 

Tutaj mamy do czynienia z tak zwanym czasem Lapunowa. Jest to czas potrzebny do precyzyjnego przewidzenia trajektorii specyficznego procesu. Po upłynięciu określonego czasu proces staje się chaotyczny. 

Można przyjąć dwa scenariusze, w których odległości między Merkurym, Wenus, Ziemią i Marsem różnią się minimalnie. Jeden doprowadzi do zderzenia się planet, drugi do oddalenia się ich od siebie. Astronom Jacques Laskar w 1989 roku obliczył charakterystyczny czas Lapunowa dla orbit planetarnych wewnętrznego Układu Słonecznego. Wynosi on 5 milionów lat. 

Biorąc pod uwagę fakt, że nasz Układ Słoneczny ma ponad 4,5 miliarda lat, to okres 100 milionów nie wydaje się już taki długi. Brak takich wydarzeń jak kolizje planet, czy ich wyrzucenia z orbity podczas trwającego przez tyle ruchu, od lat intryguje naukowców. 

Laskar, symulując trajektorie planet wewnętrznych w okresie 5 miliardów lat, odkrył, że szanse na zderzenie się planet wynoszą zaledwie 1 procent. Podkreślił, że zajęłoby to planetom około 30 miliardów lat. Małe, bo małe, ale z matematycznego punktu widzenia, ryzyko istnieje.  

Posiłkując się matematycznymi równaniami, Laskarowi i jego współpracownikom udało się zidentyfikować symetrię w oddziaływaniach grawitacyjnych, które tworzą pewien wzór w chaotycznej wędrówce planet. Te symetrie pozostają prawie stałe i hamują pewne chaotyczne zapędy, jednak nie przeciwdziałają im całkowicie. Jest to pozorna stabilność naszego Układu Słonecznego. Pocieszające jest jednak to, że chaos dotyczący Ziemi i jej trzech towarzyszy jest wyjątkowo słaby.