私たちの小さな安定化
太陽はいつも東から昇り、季節は規則的に変わり、一年は365日か366日あり、冬は寒く、夏は暖かい…退屈です。 でも、この退屈も楽しみましょう！ まず、それは永遠に続くわけではありません。 第二に、私たちの小さな安定化は、混沌とした太陽系全体の中では特別かつ一時的なケースにすぎません。
太陽系内の惑星、月、その他すべての物体の動きは、秩序があり、予測可能であるように見えます。 しかし、もしそうなら、私たちが月に見ているすべてのクレーターや私たちの星系の多くの天体をどのように説明できますか? 地球上にもそれらはたくさんありますが、私たちは大気を持っており、その浸食、植生、水によって地球の茂みを他の場所ほどはっきりと見ることはできません。
太陽系がニュートン原理のみに基づいて動作する理想的な物質点で構成されている場合、太陽とすべての惑星の正確な位置と速度がわかれば、将来いつでもその位置を決定できるでしょう。 残念ながら、現実はニュートンのきちんとした力学とは異なります。
スペースバタフライ
自然科学の偉大な進歩は、まさに宇宙体を記述する試みから始まりました。 惑星の運動の法則を説明する決定的な発見は、現代の天文学、数学、物理学の「創始者」によってなされました。 コペルニクス, ガリレオ, ケプラー i ニュートン。 しかし、重力の影響下で相互作用する XNUMX つの天体の仕組みはよく知られていますが、XNUMX 番目の天体が追加されると (いわゆる三体問題)、問題は解析的に解決できないほど複雑になります。
たとえばXNUMX億年先の地球の動きを予測できるでしょうか? 言い換えれば、太陽系は安定しているのでしょうか? 科学者たちは何世代にもわたってこの疑問に答えようとしてきました。 彼らが得た最初の結果 ピーター・サイモンから ラプラス i ジョセフ・ルイス ラグランジュ、間違いなく肯定的な答えを示唆しました。
XNUMX世紀の終わりには、太陽系の安定性の問題を解決することが最大の科学的課題のXNUMXつでした。 スウェーデン国王 オスカーⅡ、この問題を解決した人に特別賞を設けたこともあります。 1887 年にフランスの数学者によって取得されました。 アンリ・ポアンカレ。 ただし、摂動法では正しい解決が得られない可能性があるという彼の証拠は決定的であるとは考えられていません。
彼は運動の安定性に関する数学的理論の基礎を築きました。 アレクサンダー・M・ラプノフ混沌とした系における XNUMX つの近い軌道間の距離が時間の経過とともにどのくらいの速さで増加するのか疑問に思った人はいないでしょう。 XNUMX世紀後半のとき。 エドワード・ローレンツマサチューセッツ工科大学の気象学者である彼は、1963 の要因のみに依存する気象変化の簡略化されたモデルを構築しましたが、これは太陽系内の天体の動きとは直接関係していませんでした。 エドワード・ローレンツは XNUMX 年の論文で、入力データの小さな変更がシステムのまったく異なる動作を引き起こすことを示しました。 後に「バタフライ効果」として知られるこの特性は、物理学、化学、生物学のさまざまな現象をモデル化するために使用されるほとんどの力学システムの典型であることが判明しました。
力学系におけるカオスの原因は、連続する物体に作用する同じ次数の力です。 星系内の死体が増えれば増えるほど、より混乱が生じます。 太陽系では、太陽と比較してすべての成分の質量が大きく異なるため、これらの成分と星との相互作用が支配的であるため、リアプノフ指数で表されるカオスの程度は大きくないはずです。 しかしまた、ローレンツの計算によれば、太陽系の混沌とした性質について考えても驚くべきではありません。 これほど自由度の高いシステムが規則的に存在するとしたら驚くべきことです。
XNUMX年前 ジャック・ラスカー 彼はパリ天文台で、惑星の運動に関する千回以上のコンピュータシミュレーションを作成しました。 それらのそれぞれにおいて、初期条件はわずかに異なっていました。 モデル化によると、今後 40 万年以内にこれ以上深刻な事態は起こりませんが、その後 1 ～ 2% のケースで起こる可能性があります。 太陽系の完全な不安定化。 また、私たちがこの 40 万年を自由に使えるのは、予期せぬゲストが現れたり、現時点で考慮されていない要因や新しい要素が現れたりしないという条件に限ります。
たとえば、計算によると、5億年以内に、主に木星の影響により、水星（太陽から最初の惑星）の軌道が変化することが示されています。 これは次の原因となる可能性があります 地球が火星または水星と衝突 その通り。 データセットの 1,3 つを入力すると、それぞれのデータセットには XNUMX 億年が含まれます。 水星が太陽に落ちる可能性がある。 別のシミュレーションでは、820 億 XNUMX 万年後であることが判明しました。 火星は星系から追放されるそして40万年後には 水星と金星の衝突.
ラスカーと彼のチームによるシステムのダイナミクスの研究では、システム全体のラプノフ時間 (つまり、特定のプロセスの経過を正確に予測できる期間) が 5 万年と推定されました。
惑星の初期位置を決定する際のわずか 1 km の誤差が、1 万年で 95 天文単位に増加する可能性があることが判明しました。 たとえ任意の高い、しかし有限の精度でシステムの初期データを知っていたとしても、その動作を一定期間予測することはできません。 混沌としたシステムの未来を明らかにするには、元のデータを無限の精度で知る必要がありますが、それは不可能です。
さらに、確かなことはわかりません。 太陽系の総エネルギー。 しかし、相対論的でより正確な測定を含むすべての影響を考慮したとしても、太陽系の混沌とした性質を変えることはできず、いつでも太陽系の挙動や状態を予測することはできないでしょう。
何でも起れる
つまり、太陽系はただ混沌としている、それだけなのです。 この声明は、たとえば 100 億年後の地球の軌道を予測することはできないことを意味します。 一方、惑星の軌道を特徴づけるパラメータのわずかな偏差により異なる軌道が生じるため、現時点では太陽系が構造として安定していることは間違いありませんが、性質は似ています。 したがって、今後数十億年以内に崩壊する可能性は低いです。
もちろん、上記の計算では考慮されていない新しい要素がすでに言及されている可能性があります。 たとえば、この系が天の川銀河の中心の周りを一周するのに 250 億 XNUMX 万年かかります。 この動きには結果が伴います。 宇宙環境の変化により、太陽と他の天体との間の微妙なバランスが崩れます。 もちろん、これは予測できませんが、そのような不均衡が効果の増加につながることが起こります。 彗星の活動。 これらの物体は、通常よりも頻繁に太陽に向かって飛行します。 これにより、地球に衝突する危険性が高まります。
4万年後の星 グリーゼ710 太陽から1,1光年の距離にあり、天体の軌道を乱す可能性があります。 オールトの雲 そして彗星が太陽系の内惑星の一つに衝突する可能性が高まる。
科学者たちは歴史的データに依存し、そこから統計的な結論を導き出し、おそらく XNUMX 万年後にはそうなると予測しています。 地面に衝突する隕石 直径1km、宇宙大災害を引き起こす。 次に、100億年後には、隕石は65万年前に白亜紀の絶滅を引き起こした隕石に匹敵する大きさになると予想されている。
最長 500 億年から 600 億年まで、できるだけ長く待つ必要があります (これも入手可能なデータと統計に基づく) 閃光 潤滑油 超新星超エネルギー爆発。 この距離では、この光線は地球のオゾン層に影響を与え、オルドビス紀の絶滅と同様の大量絶滅を引き起こす可能性があります。これに関する仮説が正しい場合のみです。 ただし、地球にダメージを与えるためには、放出された放射線が正確に地球に向けられなければなりません。
ですから、私たちが見ている世界、そして私たちが住んでいる世界の繰り返しと小さな安定化を喜びましょう。 数学、統計、確率は長期的には忙しくなります。 幸いなことに、この長い旅は私たちの手の届かないところにあります。
