De aarde zou waarschijnlijk niet moeten bestaan. Dit komt omdat de banen van de binnenplaneten van het zonnestelsel - Mercurius, Venus, Aarde en Mars - chaotisch zijn, en onderzoekers geloven dat deze binnenplaneten nu met elkaar in botsing hadden moeten komen. Maar dit gebeurde niet.
De nieuwe studie, gepubliceerd op 3 mei in het tijdschrift Fysieke beoordeling X, kan eindelijk verklaren waarom.
Nadat ze diep in de patronen van planetaire beweging waren gedoken, ontdekten wetenschappers dat de bewegingen van de binnenste planeten worden beperkt door bepaalde parameters die fungeren als een ketting die de chaos van het systeem beperkt. Naast een wiskundige verklaring voor de schijnbare harmonie in ons zonnestelsel, kunnen de resultaten van de nieuwe studie wetenschappers helpen de banen van exoplaneten rond andere sterren te begrijpen.
De planeten oefenen constant een wederzijdse zwaartekracht op elkaar uit - en deze kleine sleepboten maken voortdurend subtiele aanpassingen aan de banen van de planeten. De buitenste planeten, die veel groter zijn, zijn beter bestand tegen kleine schokken en behouden daardoor relatief stabiele banen.
Het probleem van de interne trajecten van de planeten is echter nog te complex voor een exacte oplossing. Aan het einde van de 19e eeuw bewees de wiskundige Henri Poincaré dat het wiskundig onmogelijk is om de vergelijkingen op te lossen die de beweging van drie of meer op elkaar inwerkende objecten beschrijven, ook wel bekend als het "drielichamenprobleem". Als gevolg hiervan nemen de onzekerheden in de details van de beginposities en snelheden van de planeten in de loop van de tijd toe. Met andere woorden: je kunt twee scenario's nemen waarin de afstanden tussen Mercurius, Venus, Mars en de aarde het kleinst verschillen, en in een ervan botsen de planeten met elkaar en in de andere divergeren ze in verschillende richtingen.
De tijd gedurende welke twee trajecten met bijna identieke beginvoorwaarden een bepaalde hoeveelheid uiteenlopen, wordt de Lyapunov-tijd van een chaotisch systeem genoemd. In 1989 schatte Jacques Lascard, een astronoom en wetenschappelijk directeur van het Nationaal Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek en het Observatorium van Parijs en medeauteur van de nieuwe studie, dat de karakteristieke Lyapunov-tijd voor de banen van de planeten in het binnenste zonnestelsel slechts 5 miljoen jaar.
"In wezen betekent dit dat je elke 10 miljoen jaar een cijfer verliest", vertelde Lascar aan WordsSideKick.com. Dus als de aanvankelijke onzekerheid van de positie van de planeet bijvoorbeeld 15 meter is, dan is deze onzekerheid na 10 miljoen jaar 150 meter; na 100 miljoen jaar gaan nog eens 9 cijfers verloren, wat een onzekerheid geeft van 150 miljoen kilometer, gelijk aan de afstand tussen de aarde en de zon. "Kortom, je hebt geen idee waar de planeet is," zei Lascar.
Hoewel 100 miljoen jaar misschien een lange tijd lijkt, bestaat het zonnestelsel zelf al meer dan 4,5 miljard jaar, en het gebrek aan gebeurtenissen – zoals planetaire botsingen of het uitwerpen van een planeet door al deze chaotische bewegingen – heeft lang voor een raadsel gezorgd. wetenschappers.
Vervolgens bekeek Laskar het probleem op een andere manier: door de interne trajecten van de planeten over de volgende 5 miljard jaar te simuleren, van het ene moment op het andere. Hij vond slechts een kans van 1% dat de planeten botsen. Met dezelfde benadering berekende hij dat het gemiddeld zo'n 30 miljard jaar zou duren voordat de planeten met elkaar botsen.
Lascar en zijn collega's gingen dieper in de wiskunde en ontdekten voor het eerst "symmetrieën" of "conservatieve grootheden" in zwaartekrachtinteracties die een "praktische barrière vormen voor het chaotische ronddwalen van planeten", zei Lascar.
Deze opkomende hoeveelheden blijven bijna constant en remmen bepaalde chaotische bewegingen, maar voorkomen ze niet volledig, net zoals de opstaande rand van een bord vertraagt maar niet volledig voorkomt dat voedsel van het bord valt. We kunnen deze hoeveelheden te danken hebben aan de schijnbare stabiliteit van ons zonnestelsel.
Renu Malhotra, een professor in planetaire wetenschappen aan de Universiteit van Arizona die niet betrokken was bij het onderzoek, benadrukte hoe subtiel de mechanismen zijn die in het onderzoek zijn gevonden. Malhotra vertelde WordsSideKick.com dat het interessant is dat "de banen van de planeten in ons zonnestelsel een uitzonderlijk zwakke chaos vertonen".
In ander werk zoeken Lascar en zijn collega's naar aanwijzingen of het aantal planeten in het zonnestelsel ooit anders is geweest dan wat we nu waarnemen. Ondanks alle schijnbare stabiliteit vandaag, blijft de vraag open of dit altijd het geval was gedurende de miljarden jaren voordat het leven verscheen.
Lees ook: