Notre petite stabilisation
Le soleil se lève toujours à l'est, les saisons changent régulièrement, il y a 365 ou 366 jours par an, les hivers sont froids, les étés sont chauds… Ennuyeux. Mais profitons de cet ennui ! Tout d'abord, cela ne durera pas éternellement. Deuxièmement, notre petite stabilisation n'est qu'un cas particulier et temporaire dans le système solaire chaotique dans son ensemble.
Le mouvement des planètes, des lunes et de tous les autres objets du système solaire semble être ordonné et prévisible. Mais si oui, comment expliquez-vous tous les cratères que nous voyons sur la Lune et de nombreux corps célestes dans notre système ? Il y en a aussi beaucoup sur Terre, mais comme nous avons une atmosphère, et avec elle l'érosion, la végétation et l'eau, nous ne voyons pas le fourré de terre aussi clairement qu'ailleurs.
Si le système solaire était constitué de points matériels idéalisés fonctionnant uniquement selon des principes newtoniens, alors, connaissant les positions et vitesses exactes du Soleil et de toutes les planètes, nous pourrions déterminer leur emplacement à tout moment dans le futur. Malheureusement, la réalité diffère de la dynamique soignée de Newton.
papillon de l'espace
Le grand progrès des sciences naturelles a précisément commencé avec les tentatives de description des corps cosmiques. Les découvertes décisives expliquant les lois du mouvement planétaire ont été faites par les "pères fondateurs" de l'astronomie, des mathématiques et de la physique modernes - Copernic, Galileo, Kepler i Newton. Cependant, bien que la mécanique de deux corps célestes interagissant sous l'influence de la gravité soit bien connue, l'ajout d'un troisième objet (le problème dit des trois corps) complique le problème au point que nous ne pouvons pas le résoudre analytiquement.
Pouvons-nous prédire le mouvement de la Terre, disons, un milliard d'années à l'avance ? Ou, en d'autres termes : le système solaire est-il stable ? Les scientifiques tentent de répondre à cette question depuis des générations. Les premiers résultats obtenus Pierre Simon de Laplace i Joseph-Louis Lagrange, a sans doute suggéré une réponse positive.
À la fin du XIXe siècle, résoudre le problème de la stabilité du système solaire était l'un des plus grands défis scientifiques. roi de Suède Oscar II, il a même créé un prix spécial pour celui qui résout ce problème. Il a été obtenu en 1887 par le mathématicien français Henri Poincaré. Cependant, sa preuve que les méthodes de perturbation peuvent ne pas conduire à une résolution correcte n'est pas considérée comme concluante.
Il a créé les bases de la théorie mathématique de la stabilité du mouvement. Alexandre M. Lapounovqui se demande à quelle vitesse la distance entre deux trajectoires proches dans un système chaotique augmente avec le temps. Quand dans la seconde moitié du XXe siècle. Edouard Lorenz, météorologue au Massachusetts Institute of Technology, a construit un modèle simplifié du changement climatique qui ne dépend que de douze facteurs, il n'était pas directement lié au mouvement des corps dans le système solaire. Dans son article de 1963, Edward Lorenz a montré qu'un petit changement dans les données d'entrée provoque un comportement complètement différent du système. Cette propriété, plus tard appelée "effet papillon", s'est avérée typique de la plupart des systèmes dynamiques utilisés pour modéliser divers phénomènes en physique, chimie ou biologie.
La source du chaos dans les systèmes dynamiques, ce sont des forces de même ordre agissant sur des corps successifs. Plus il y a de corps dans le système, plus il y a de chaos. Dans le système solaire, en raison de l'énorme disproportion des masses de tous les composants par rapport au Soleil, l'interaction de ces composants avec l'étoile est dominante, de sorte que le degré de chaos exprimé dans les exposants de Lyapunov ne devrait pas être important. Mais aussi, selon les calculs de Lorentz, nous ne devrions pas être surpris par la pensée de la nature chaotique du système solaire. Il serait surprenant qu'un système avec un si grand nombre de degrés de liberté soit régulier.
Il y a dix ans Jacques Lascar de l'Observatoire de Paris, il a réalisé plus d'un millier de simulations informatiques du mouvement planétaire. Dans chacun d'eux, les conditions initiales différaient de manière insignifiante. La modélisation montre que rien de plus grave ne nous arrivera dans les 40 millions d'années à venir, mais plus tard, dans 1 à 2 % des cas, cela peut déstabilisation complète du système solaire. Nous avons aussi ces 40 millions d'années à notre disposition uniquement à condition qu'un invité inattendu, un facteur ou un élément nouveau qui n'est pas pris en compte pour le moment n'apparaisse pas.
Les calculs montrent, par exemple, que d'ici 5 milliards d'années, l'orbite de Mercure (la première planète à partir du Soleil) changera, principalement en raison de l'influence de Jupiter. Cela peut conduire à La Terre entre en collision avec Mars ou Mercure exactement. Lorsque nous entrons dans l'un des ensembles de données, chacun contient 1,3 milliard d'années. Mercure pourrait tomber sur le Soleil. Dans une autre simulation, il s'est avéré qu'après 820 millions d'années Mars sera expulsé du système, et après 40 millions d'années viendra à collision de Mercure et Vénus.
Une étude de la dynamique de notre système par Lascar et son équipe a estimé le temps de Lapunov (c'est-à-dire la période pendant laquelle le cours d'un processus donné peut être prédit avec précision) pour l'ensemble du système à 5 millions d'années.
Il s'avère qu'une erreur de seulement 1 km dans la détermination de la position initiale de la planète peut atteindre 1 unité astronomique en 95 millions d'années. Même si nous connaissions les données initiales du système avec une précision arbitrairement élevée, mais finie, nous ne serions pas en mesure de prédire son comportement pour une période de temps. Pour révéler l'avenir du Système, qui est chaotique, nous avons besoin de connaître les données d'origine avec une précision infinie, ce qui est impossible.
De plus, nous ne savons pas avec certitude. énergie totale du système solaire. Mais même en tenant compte de tous les effets, y compris des mesures relativistes et plus précises, nous ne changerions pas la nature chaotique du système solaire et ne serions pas en mesure de prédire son comportement et son état à un moment donné.
Tout peut arriver
Donc, le système solaire est juste chaotique, c'est tout. Cette déclaration signifie que nous ne pouvons pas prédire la trajectoire de la Terre au-delà, disons, de 100 millions d'années. D'autre part, le système solaire reste sans aucun doute stable en tant que structure pour le moment, car de petites déviations des paramètres caractérisant les trajectoires des planètes conduisent à des orbites différentes, mais avec des propriétés proches. Il est donc peu probable qu'il s'effondre dans les prochains milliards d'années.
Bien sûr, il peut y avoir déjà mentionné de nouveaux éléments qui ne sont pas pris en compte dans les calculs ci-dessus. Par exemple, le système met 250 millions d'années pour effectuer une orbite autour du centre de la galaxie de la Voie lactée. Ce mouvement a des conséquences. L'évolution de l'environnement spatial perturbe l'équilibre délicat entre le Soleil et les autres objets. Ceci, bien sûr, ne peut pas être prédit, mais il arrive qu'un tel déséquilibre entraîne une augmentation de l'effet. activité cométaire. Ces objets volent vers le soleil plus souvent que d'habitude. Cela augmente le risque de leur collision avec la Terre.
Étoile après 4 millions d'années Gliese 710 sera à 1,1 années-lumière du Soleil, perturbant potentiellement les orbites des objets dans Le nuage d'Oort et une augmentation de la probabilité qu'une comète entre en collision avec l'une des planètes intérieures du système solaire.
Les scientifiques s'appuient sur des données historiques et, en tirant des conclusions statistiques, prédisent que, probablement dans un demi-million d'années météore frappant le sol 1 km de diamètre, provoquant une catastrophe cosmique. A son tour, dans la perspective de 100 millions d'années, une météorite devrait chuter d'une taille comparable à celle qui a provoqué l'extinction du Crétacé il y a 65 millions d'années.
Jusqu'à 500-600 millions d'années, il faut attendre le plus longtemps possible (encore une fois, sur la base des données et statistiques disponibles) éclat ou explosion hyperénergétique de supernova. À une telle distance, les rayons pourraient avoir un impact sur la couche d'ozone de la Terre et provoquer une extinction massive similaire à l'extinction de l'Ordovicien - si seulement l'hypothèse à ce sujet est correcte. Cependant, le rayonnement émis doit être dirigé exactement vers la Terre pour pouvoir y causer des dommages.
Alors réjouissons-nous de la répétition et de la petite stabilisation du monde que nous voyons et dans lequel nous vivons. Les mathématiques, les statistiques et les probabilités l'occupent à long terme. Heureusement, ce long voyage est bien hors de notre portée.
