Nuestra pequeña estabilización

El sol siempre sale por el este, las estaciones cambian regularmente, hay 365 o 366 días al año, los inviernos son fríos, los veranos cálidos… Aburrido. ¡Pero disfrutemos de este aburrimiento! Primero, no durará para siempre. En segundo lugar, nuestra pequeña estabilización es solo un caso especial y temporal en el caótico sistema solar en su conjunto.

El movimiento de los planetas, lunas y todos los demás objetos del sistema solar parece ser ordenado y predecible. Pero si es así, ¿cómo explica todos los cráteres que vemos en la Luna y muchos de los cuerpos celestes en nuestro sistema? Hay muchos de ellos en la Tierra también, pero como tenemos una atmósfera, y con ella la erosión, la vegetación y el agua, no vemos la espesura de la tierra tan claramente como en otros lugares.

Si el sistema solar consistiera en puntos materiales idealizados que operaran únicamente según los principios newtonianos, entonces, conociendo las posiciones y velocidades exactas del Sol y de todos los planetas, podríamos determinar su ubicación en cualquier momento en el futuro. Desafortunadamente, la realidad difiere de la ordenada dinámica de Newton.

mariposa espacial

El gran progreso de las ciencias naturales comenzó precisamente con los intentos de describir los cuerpos cósmicos. Los descubrimientos decisivos que explican las leyes del movimiento planetario fueron realizados por los "padres fundadores" de la astronomía, las matemáticas y la física modernas: Copérnico, Galileo, Kepler i Newton. Sin embargo, aunque la mecánica de dos cuerpos celestes que interactúan bajo la influencia de la gravedad es bien conocida, la adición de un tercer objeto (el llamado problema de los tres cuerpos) complica el problema hasta el punto de que no podemos resolverlo analíticamente.

¿Podemos predecir el movimiento de la Tierra, digamos, mil millones de años por delante? O, en otras palabras: ¿es estable el sistema solar? Los científicos han tratado de responder a esta pregunta durante generaciones. Los primeros resultados que obtuvieron Pedro Simón de Laplace i José Luis Lagrange, sin duda sugirió una respuesta positiva.

A finales del siglo XIX, resolver el problema de la estabilidad del sistema solar era uno de los mayores retos científicos. rey de suecia Óscar II, incluso estableció un premio especial para quien solucione este problema. Fue obtenido en 1887 por el matemático francés Henri Poincare. Sin embargo, su evidencia de que los métodos de perturbación pueden no conducir a una resolución correcta no se considera concluyente.

Creó los cimientos de la teoría matemática de la estabilidad del movimiento. Alejandro M. Lapunovquien se preguntó qué tan rápido aumenta con el tiempo la distancia entre dos trayectorias cercanas en un sistema caótico. Cuando en la segunda mitad del siglo XX. eduardo lorenz, un meteorólogo del Instituto Tecnológico de Massachusetts, construyó un modelo simplificado de cambio de clima que depende solo de doce factores, no estaba directamente relacionado con el movimiento de los cuerpos en el sistema solar. En su artículo de 1963, Edward Lorenz demostró que un pequeño cambio en los datos de entrada provoca un comportamiento completamente diferente del sistema. Esta propiedad, más tarde conocida como el "efecto mariposa", resultó ser típica de la mayoría de los sistemas dinámicos utilizados para modelar diversos fenómenos en física, química o biología.

La fuente del caos en los sistemas dinámicos son fuerzas del mismo orden que actúan sobre cuerpos sucesivos. Cuantos más cuerpos en el sistema, más caos. En el Sistema Solar, debido a la enorme desproporción en las masas de todos los componentes en comparación con el Sol, la interacción de estos componentes con la estrella es dominante, por lo que el grado de caos expresado en los exponentes de Lyapunov no debería ser grande. Pero además, según los cálculos de Lorentz, no debería sorprendernos la idea de la naturaleza caótica del sistema solar. Sería sorprendente que un sistema con tantos grados de libertad fuera regular.

Hace diez años jacques lascar del Observatorio de París, realizó más de mil simulaciones por computadora del movimiento planetario. En cada uno de ellos, las condiciones iniciales diferían insignificantemente. El modelado muestra que nada más grave nos sucederá en los próximos 40 millones de años, pero luego, en el 1-2% de los casos, puede desestabilización completa del sistema solar. También tenemos estos 40 millones de años a nuestra disposición solo con la condición de que no aparezca algún invitado inesperado, factor o elemento nuevo que no se tiene en cuenta en este momento.

Los cálculos muestran, por ejemplo, que dentro de 5 mil millones de años la órbita de Mercurio (el primer planeta desde el Sol) cambiará, principalmente debido a la influencia de Júpiter. Esto puede conducir a La Tierra colisionando con Marte o Mercurio exactamente. Cuando ingresamos a uno de los conjuntos de datos, cada uno contiene 1,3 millones de años. Mercurio puede caer en el Sol. En otra simulación, resultó que después de 820 millones de años Marte será expulsado del sistema., y después de 40 millones de años llegará a colisión de mercurio y venus.

Un estudio de la dinámica de nuestro Sistema realizado por Lascar y su equipo estimó el tiempo de Lapunov (es decir, el período durante el cual se puede predecir con precisión el curso de un proceso dado) para todo el Sistema en 5 millones de años.

Resulta que un error de tan solo 1 km en la determinación de la posición inicial del planeta puede aumentar a 1 unidad astronómica en 95 millones de años. Incluso si conociéramos los datos iniciales del Sistema con una precisión arbitrariamente alta, pero finita, no seríamos capaces de predecir su comportamiento durante ningún período de tiempo. Para revelar el futuro del Sistema, que es caótico, necesitamos conocer los datos originales con una precisión infinita, lo cual es imposible.

Además, no lo sabemos con certeza. energía total del sistema solar. Pero incluso teniendo en cuenta todos los efectos, incluidas las medidas relativistas y más precisas, no cambiaríamos la naturaleza caótica del sistema solar y no podríamos predecir su comportamiento y estado en un momento dado.

Todo puede pasar

Entonces, el sistema solar es simplemente caótico, eso es todo. Esta declaración significa que no podemos predecir la trayectoria de la Tierra más allá de, digamos, 100 millones de años. Por otro lado, el sistema solar, sin duda, se mantiene estable como estructura en este momento, ya que pequeñas desviaciones de los parámetros que caracterizan las trayectorias de los planetas conducen a órbitas diferentes, pero con propiedades cercanas. Por lo tanto, es poco probable que colapse en los próximos miles de millones de años.

Por supuesto, puede haber nuevos elementos ya mencionados que no se tengan en cuenta en los cálculos anteriores. Por ejemplo, el sistema tarda 250 millones de años en completar una órbita alrededor del centro de la Vía Láctea. Este movimiento tiene consecuencias. El entorno espacial cambiante altera el delicado equilibrio entre el Sol y otros objetos. Esto, por supuesto, no se puede predecir, pero sucede que tal desequilibrio conduce a un aumento en el efecto. actividad del cometa. Estos objetos vuelan hacia el sol con más frecuencia de lo habitual. Esto aumenta el riesgo de su colisión con la Tierra.

Estrella después de 4 millones de años Gliese 710 estará a 1,1 años luz del Sol, alterando potencialmente las órbitas de los objetos en La nube de Oort y aumentando la probabilidad de que un cometa choque con uno de los planetas interiores del sistema solar.

Los científicos se basan en datos históricos y, extrayendo conclusiones estadísticas de ellos, predicen que, probablemente en medio millón de años meteoro golpeando el suelo 1 km de diámetro, provocando una catástrofe cósmica. A su vez, en la perspectiva de 100 millones de años, se espera que un meteorito caiga en un tamaño comparable al que provocó la extinción del Cretácico hace 65 millones de años.

Hasta 500-600 millones de años, debe esperar el mayor tiempo posible (nuevamente, según los datos y estadísticas disponibles) destello o explosión de supernova de hiperenergía. A tal distancia, los rayos podrían impactar en la capa de ozono de la Tierra y causar una extinción masiva similar a la extinción del Ordovícico, si tan solo la hipótesis sobre esto fuera correcta. Sin embargo, la radiación emitida debe dirigirse exactamente a la Tierra para poder causar algún daño aquí.

Así que regocijémonos en la repetición y pequeña estabilización del mundo que vemos y en el que vivimos. Las matemáticas, las estadísticas y la probabilidad lo mantienen ocupado a largo plazo. Afortunadamente, este largo viaje está más allá de nuestro alcance.