Nossa pequena estabilização

O sol nasce sempre a leste, as estações mudam regularmente, há 365 ou 366 dias por ano, os invernos são frios, os verões são quentes… Aborrecidos. Mas vamos aproveitar esse tédio! Primeiro, não vai durar para sempre. Em segundo lugar, nossa pequena estabilização é apenas um caso especial e temporário no sistema solar caótico como um todo.

O movimento dos planetas, luas e todos os outros objetos do sistema solar parece ser ordenado e previsível. Mas se sim, como você explica todas as crateras que vemos na Lua e muitos dos corpos celestes em nosso sistema? Existem muitos deles na Terra também, mas como temos uma atmosfera, e com ela a erosão, a vegetação e a água, não vemos o matagal terrestre tão claramente quanto em outros lugares.

Se o sistema solar consistisse em pontos materiais idealizados operando apenas em princípios newtonianos, então, conhecendo as posições e velocidades exatas do Sol e de todos os planetas, poderíamos determinar sua localização a qualquer momento no futuro. Infelizmente, a realidade difere da dinâmica organizada de Newton.

borboleta espacial

O grande progresso da ciência natural começou precisamente com as tentativas de descrever os corpos cósmicos. As descobertas decisivas que explicam as leis do movimento planetário foram feitas pelos "pais fundadores" da astronomia, matemática e física modernas - Copernicus, Galileo, Kepler i Newton. No entanto, embora a mecânica de dois corpos celestes interagindo sob a influência da gravidade seja bem conhecida, a adição de um terceiro objeto (o chamado problema dos três corpos) complica o problema a ponto de não podermos resolvê-lo analiticamente.

Podemos prever o movimento da Terra, digamos, um bilhão de anos à frente? Ou, em outras palavras: o sistema solar é estável? Os cientistas tentaram responder a essa pergunta por gerações. Os primeiros resultados que obtiveram Pedro Simão de Laplace i José Luís Lagrange, sem dúvida sugeriu uma resposta positiva.

No final do século XNUMX, resolver o problema da estabilidade do sistema solar era um dos maiores desafios científicos. rei da Suécia Oscar II, ele ainda estabeleceu um prêmio especial para quem resolver esse problema. Foi obtido em 1887 pelo matemático francês Henri Poincaré. No entanto, sua evidência de que os métodos de perturbação podem não levar à resolução correta não é considerada conclusiva.

Ele criou os fundamentos da teoria matemática da estabilidade do movimento. Alexandre M. Lapunovque se perguntou com que rapidez a distância entre duas trajetórias próximas em um sistema caótico aumenta com o tempo. Quando na segunda metade do século XX. Eduardo Lorenz, meteorologista do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, construiu um modelo simplificado de mudança climática que depende apenas de doze fatores, não diretamente relacionado ao movimento dos corpos no sistema solar. Em seu artigo de 1963, Edward Lorentz mostrou que uma pequena mudança nos dados de entrada causa um comportamento completamente diferente do sistema. Essa propriedade, mais tarde conhecida como "efeito borboleta", acabou sendo típica da maioria dos sistemas dinâmicos usados ​​para modelar vários fenômenos em física, química ou biologia.

A fonte do caos em sistemas dinâmicos são forças da mesma ordem atuando em corpos sucessivos. Quanto mais corpos no sistema, mais caos. No Sistema Solar, devido à enorme desproporção nas massas de todos os componentes em relação ao Sol, a interação desses componentes com a estrela é dominante, portanto, o grau de caos expresso nos expoentes de Lyapunov não deve ser grande. Mas também, de acordo com os cálculos de Lorentz, não devemos nos surpreender com o pensamento da natureza caótica do sistema solar. Seria surpreendente se um sistema com um número tão grande de graus de liberdade fosse regular.

Dez anos atrás Jacques Lascar do Observatório de Paris, ele fez mais de mil simulações de computador do movimento planetário. Em cada um deles, as condições iniciais diferiram insignificantemente. A modelagem mostra que nada mais sério nos acontecerá nos próximos 40 milhões de anos, mas mais tarde em 1-2% dos casos pode acontecer desestabilização completa do sistema solar. Também temos esses 40 milhões de anos à nossa disposição apenas com a condição de que algum convidado inesperado, fator ou elemento novo que não seja levado em consideração no momento não apareça.

Os cálculos mostram, por exemplo, que dentro de 5 bilhões de anos a órbita de Mercúrio (o primeiro planeta do Sol) mudará, principalmente devido à influência de Júpiter. Isso pode levar a Terra colidindo com Marte ou Mercúrio exatamente. Quando entramos em um dos conjuntos de dados, cada um contém 1,3 bilhão de anos. Mercúrio pode cair no Sol. Em outra simulação, descobriu-se que depois de 820 milhões de anos Marte será expulso do sistema, e depois de 40 milhões de anos chegará a colisão de Mercúrio e Vênus.

Um estudo da dinâmica do nosso Sistema por Lascar e sua equipe estimou o tempo de Lapunov (isto é, o período durante o qual o curso de um determinado processo pode ser previsto com precisão) para todo o Sistema em 5 milhões de anos.

Acontece que um erro de apenas 1 km na determinação da posição inicial do planeta pode aumentar para 1 unidade astronômica em 95 milhões de anos. Mesmo se conhecêssemos os dados iniciais do Sistema com uma precisão arbitrariamente alta, mas finita, não seríamos capazes de prever seu comportamento para qualquer período de tempo. Para revelar o futuro do Sistema, que é caótico, precisamos conhecer os dados originais com precisão infinita, o que é impossível.

Além disso, não sabemos ao certo. energia total do sistema solar. Mas mesmo levando em conta todos os efeitos, incluindo medições relativísticas e mais precisas, não mudaríamos a natureza caótica do sistema solar e não seríamos capazes de prever seu comportamento e estado em um determinado momento.

Nada pode acontecer

Então, o sistema solar é caótico, só isso. Essa afirmação significa que não podemos prever a trajetória da Terra além de, digamos, 100 milhões de anos. Por outro lado, o sistema solar, sem dúvida, permanece estável como estrutura no momento, pois pequenos desvios dos parâmetros que caracterizam as trajetórias dos planetas levam a órbitas diferentes, mas com propriedades próximas. Portanto, é improvável que entre em colapso nos próximos bilhões de anos.

Obviamente, já podem ser mencionados novos elementos que não são levados em consideração nos cálculos acima. Por exemplo, o sistema leva 250 milhões de anos para completar uma órbita ao redor do centro da Via Láctea. Este movimento tem consequências. O ambiente espacial em mudança interrompe o delicado equilíbrio entre o Sol e outros objetos. Isso, é claro, não pode ser previsto, mas acontece que esse desequilíbrio leva a um aumento no efeito. atividade do cometa. Esses objetos voam em direção ao sol com mais frequência do que o normal. Isso aumenta o risco de sua colisão com a Terra.

Estrela após 4 milhões de anos Gliese 710 estará a 1,1 anos-luz do Sol, potencialmente interrompendo as órbitas de objetos em A nuvem de Oort e aumentando a probabilidade de um cometa colidir com um dos planetas internos do sistema solar.

Os cientistas confiam em dados históricos e, tirando conclusões estatísticas deles, preveem que, provavelmente em meio milhão de anos meteoro caindo no chão 1 km de diâmetro, causando uma catástrofe cósmica. Por sua vez, na perspectiva de 100 milhões de anos, espera-se que um meteorito diminua em tamanho comparável ao que causou a extinção do Cretáceo há 65 milhões de anos.

Até 500-600 milhões de anos, você precisa esperar o máximo possível (novamente, com base nos dados e estatísticas disponíveis) instantâneo ou explosão de hiperenergia supernova. A essa distância, os raios podem impactar a camada de ozônio da Terra e causar uma extinção em massa semelhante à extinção do Ordoviciano - se apenas a hipótese sobre isso estiver correta. No entanto, a radiação emitida deve ser direcionada precisamente para a Terra para poder causar algum dano aqui.

Então vamos nos alegrar com a repetição e pequena estabilização do mundo que vemos e em que vivemos. Matemática, estatística e probabilidade o mantêm ocupado a longo prazo. Felizmente, esta longa jornada está muito além do nosso alcance.