science >> Wetenschap > >> Astronomie

Zal orbitale chaos de aarde veroorzaken,

Venus en Mars botsen?

Door die foto lijken de banen van de planeet zo netjes - en vast. Zou de chaostheorie kunnen knoeien met die precisie van het uurwerk? Zoonar/Thinkstock

Eerlijke waarschuwing:als je geërgerde wenkbrauwen optrekt wanneer iemand het "vlindereffect" noemt, " dan wil je misschien nu stoppen met lezen. Als, echter, je houdt ervan om de zwarte te porren, mysterieuze onderbuik van het universum om te zien wat er gebeurt, ga dan alsjeblieft verder.

We weten allemaal dat de planeten van het zonnestelsel in een kalme, ordelijke mode. In feite, de planeten bewegen met zo'n uurwerkprecisie dat astronomen baankenmerken kunnen berekenen -- transits, verduisteringen, uitlijningen - met zekerheid. Wil je een lijst met zonsverduisteringen voor de komende 10, 000 jaar? Geen probleem.

Laten we nu zeggen dat u verder in de toekomst wilt kijken -- niet duizenden jaren, maar miljarden. Hoe houden die stoffige astronomische tafels zich dan? Niet zo goed, als je rekening houdt met de principes van de chaostheorie. Chaos theorie zegt dat kleine inputs in een enorm complex systeem grootschalige outputs kunnen opleveren. Dit is het eerder genoemde vlindereffect:als een vlinder in Zuid-Amerika met zijn vleugels klappert, een onweersbui kan zich een paar continenten verder ontwikkelen -- boven Brisbane, Australië, laten we zeggen. Sommige wetenschappers stellen nu voor dat de evolutie van het zonnestelsel zich kan houden aan de chaostheorie en dat, manier, manier, weg naar de toekomst, De aarde kan in botsing komen met Venus of Mars.

De wetenschappers die dit voorstel deden in een uitgave van Nature uit 2009 - Jacques Laskar en Mickaël Gastineau - werkten bij het Observatorium van Parijs. Maar de wetenschappers gebruikten geen van de telescopen van het observatorium om hun gegevens te genereren. In plaats daarvan, ze zweefden boven computers, inclusief de JADE-supercomputer in Centre Informatique National de l'Enseignement Supérieur, of CINES (Nationaal Rekencentrum voor Hoger Onderwijs en Onderzoek).

Al die rekenkracht lijkt misschien overdreven, een wetenschappelijke versie van een muscle car, totdat je beseft wat ze probeerden te berekenen. Het heeft te maken met Newton's universele wet van de zwaartekracht .

Weet je nog hoe Sir Isaac ons vertelde dat er een universele zwaartekracht bestaat tussen twee objecten? Deze kracht is recht evenredig met de massa van de voorwerpen en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand die ze scheidt. Hij stelde toen voor dat de zwaartekracht van de zon de planeten in hun banen houdt. Maar, volgens de eigen wet van Newton, de planeten en alle andere objecten in het zonnestelsel, inclusief manen en asteroïden, moeten ook een beetje zwaartekrachtmagie op elkaar uitoefenen. Zou het complexe samenspel van die krachten ervoor kunnen zorgen dat de stabiliteit van het zonnestelsel in de loop van de tijd verslechtert? Op korte termijn, Nee. Ook over langere perioden, astronomen geloofden over het algemeen dat het zonnestelsel stabiel zou blijven.

Vervolgens, een paar gekke kosmologen begonnen zich af te vragen of de chaostheorie van toepassing was op planetaire banen. Als, kleine veranderingen in planetaire bewegingen kunnen in de loop van de tijd uitvergroot worden tot iets substantieels. Maar hoe lang zou het duren? Duizende jaren? Miljoenen? Miljarden?

Computercode en chaos

Om die vraag te beantwoorden, je zou rekening moeten houden met de bewegingen van alle planeten, evenals alle krachten die worden uitgeoefend als die beweging plaatsvindt. Dan moet je het zonnestelsel laten draaien, als een klok, zodat de planeten door honderdduizenden banen cirkelden. Toen dit gebeurde, u zou belangrijke gegevens over elke planeet moeten bijhouden. Een van de belangrijkste gegevens om te verzamelen zou zijn: orbitale excentriciteit -- de maatstaf voor hoe ver een planeet afwijkt van een perfect ronde vorm -- omdat excentriciteit bepaalt of twee planeten hetzelfde luchtruim bezetten en het risico lopen op een nauwe ontmoeting.

Denk je dat je zo'n simulatie in je hoofd of met een desktopmodel van het zonnestelsel zou kunnen uitvoeren? Waarschijnlijk niet. Een supercomputer kan echter daarom kozen Laskar en Gastineau voor de JADE-supercomputer om hun zware werk te doen. Hun input bestond uit 2, 501 orbitale scenario's, waar elk de baan van Mercurius met slechts enkele millimeters veranderde [bron:Laskar en Gastineau]. Ze kozen Mercurius omdat, als de runt van het zonnestelsel, het is het grootste probleem en omdat zijn baan synchroniseert met die van Jupiter om veranderingen te creëren die door het hele zonnestelsel rimpelen.

Voor elk hypothetisch scenario, ze volgden de beweging van alle planeten gedurende meer dan 5 miljard jaar (de geschatte levensduur van de zon), laat de computer alle complexe berekeningen maken. Zelfs met de krachtige CPU in de JADE-eenheid, elke oplossing vergde vier maanden computertijd om resultaten te genereren.

Gelukkig voor het leven op aarde, het zonnestelsel blijft stabiel in 99 procent van de scenario's van het Franse paar - er worden geen planeten op ramkoersen gezet of uit hun banen gestoten [bron:Laskar en Gastineau]. Maar bij 1 procent van hen waar de orbitale chaos het grootste cumulatieve effect heeft, De baan van Mercurius wordt excentriek genoeg om catastrofale veranderingen in het zonnestelsel te veroorzaken. Sommige van die rampen hebben alleen betrekking op Mercurius, die ofwel tegen de zon kan botsen of uit zijn baan kan raken en de ruimte in kan worden geslingerd. Maar andere, meer verontrustende scenario's spelen zich af met een botsing van de aarde met Mars of Venus. Een botsing met Venus zou plaatsvinden via vijf stappen, die allemaal de cumulatieve effecten van orbitale chaos illustreren [bron:Laskar en Gastineau]:

Eerst, interactie tussen Jupiter en Mercurius in ongeveer 3,137 miljard jaar zorgt ervoor dat de excentriciteit van de laatstgenoemde planeet toeneemt. Dit brengt een niet-cirkelvormig impulsmoment over van de buitenste planeten naar de binnenste planeten.
Deze overdracht destabiliseert de binnenplaneten, het vergroten van de excentriciteiten van de aarde, Venus en Mars.
De aarde heeft een bijna-ongeluk met Mars, wat de excentriciteit van Mars nog meer verstoort.
Volgend resonanties , of gesynchroniseerd, versterkende interacties, tussen de binnenplaneten verminderen de excentriciteit van Mercurius en verhogen de excentriciteiten van Venus en de aarde nog meer.
Venus en de aarde hebben verschillende bijna-ongevallen tot, op 3.352891 miljard jaar, de twee planeten botsen in een epische explosie die beide werelden zou vernietigen.

De (on)stabiele planeten

Als orbitale chaos bestaat, de effecten ervan kunnen niet worden gezien in korte tijdsbestekken. Maar astronomen verzamelen andere aanwijzingen over de instabiliteit van planetaire beweging. In februari 2012 het Venus Express-ruimtevaartuig van de European Space Agency tuurde door de dichte Venus-wolken en verwachtte bepaalde oppervlaktekenmerken te zien die daar hadden moeten zijn, gebaseerd op gegevens van Magellan die 16 jaar eerder zijn genomen. In plaats daarvan, die functies werden verplaatst met 12 mijl (20 kilometer), wat suggereert dat de rotatie van de planeet vertraagt. Astronomen wijzen op de hoge atmosferische druk van de planeet en de harde wind, die wrijving op het oppervlak veroorzaken, als mogelijke oorzaak. Als de gegevens kloppen, een dag op Venus kan nu bijna 250 aardse dagen lang zijn [bron:Atkinson].