Наша маленькая стабілізацыя
Сонца заўсёды ўстае на ўсходзе, поры года рэгулярна мяняюцца, у годзе 365 ці 366 дзён, зіма халодная, лета цёплае… Сумна. Але давайце атрымліваць асалоду ад гэтай нудой! Па-першае, гэта не будзе доўжыцца вечна. Па-другое, наша невялікая стабілізацыя - усяго толькі прыватны і часовы выпадак у хаатычнай сонечнай сістэме ў цэлым.
Рух планет, месяцаў і ўсіх іншых аб'ектаў Сонечнай сістэмы здаецца спарадкаваным і прадказальным. Але калі гэта так, як вы растлумачыце ўсе кратэры, якія мы бачым на Месяцы, і многія нябесныя целы ў нашай сістэме? На Зямлі іх таксама шмат, але паколькі ў нас ёсць атмасфера, а з ёй эрозія, расліннасць і вада, мы не бачым зямны гушчар так ясна, як у іншых месцах.
Калі б Сонечная сістэма складалася з ідэалізаваных матэрыяльных кропак, якія дзейнічаюць выключна па ньютонаўскім прынцыпах, то, ведаючы дакладныя становішчы і хуткасці Сонца і ўсіх планет, мы маглі б вызначыць іх месцазнаходжанне ў любы час у будучыні. Нажаль, рэальнасць адрозніваецца ад акуратнай дынамікі Ньютана.
Касмічны матылёк
Вялікі прагрэс прыродазнаўства пачаўся менавіта са спроб апісання касмічных цел. Вырашальныя адкрыцці, якія тлумачаць законы руху планет, былі зроблены «бацькамі-заснавальнікамі» сучаснай астраноміі, матэматыкі і фізікі. Капернік, Галілеа, Кеплера i Ньютан. Аднак, хоць механіка двух нябесных цел, якія ўзаемадзейнічаюць пад дзеяннем сілы цяжару, добра вядомая, даданне трэцяга аб'екта (так званая задача трох цел) ускладняе задачу да такой ступені, што мы не можам вырашыць яе аналітычна.
Ці можам мы прадказаць рух Зямлі, скажам, на мільярд гадоў наперад? Або, іншымі словамі: ці стабільная Сонечная сістэма? Навукоўцы на працягу многіх пакаленняў спрабавалі адказаць на гэтае пытанне. Першыя вынікі, якія яны атрымалі Пітэр Сайман з Лапласа i Джозэф Луі Лагранжа, несумненна, меркаваў станоўчы адказ.
У канцы XNUMX стагоддзі рашэнне праблемы ўстойлівасці Сонечнай сістэмы было адной з найвялікшых навуковых задач. кароль Швецыі, Оскар II, ён нават заснаваў адмысловую ўзнагароду таму, хто вырашыць гэтую задачу. Ён быў атрыманы ў 1887 годзе французскім матэматыкам Анры Пуанкаре. Аднак яго сведчанне таго, што метады абурэння могуць не прывесці да правільнага дазволу, не лічыцца канчатковым.
Ён стварыў асновы матэматычнай тэорыі ўстойлівасці руху. Аляксандр М. Лапуноўхто задаваўся пытаннем, як хутка адлегласць паміж дзвюма блізкімі траекторыямі ў хаатычнай сістэме павялічваецца з цягам часу. Калі ў другой палове ХХ ст. Эдвард Лорэнц, метэаролаг з Масачусецкага тэхналагічнага інстытута, пабудаваў спрошчаную мадэль змены надвор'я, якая залежыць толькі ад дванаццаці фактараў, яна не была непасрэдна звязана з рухам цел у Сонечнай сістэме. У сваёй працы 1963 года Эдвард Лорэнц паказаў, што невялікая змена зыходных дадзеных выклікае зусім іншыя паводзіны сістэмы. Гэтая ўласцівасць, пасля вядомае як «эфект матыля», апынулася тыповым для большасці дынамічных сістэм, выкарыстоўваных для мадэлявання розных з'яў у фізіцы, хіміі ці біялогіі.
Крыніцай хаосу ў дынамічных сістэмах з'яўляюцца сілы аднаго парадку, якія дзейнічаюць на паслядоўныя целы. Чым больш целаў у сістэме, тым большы хаос. У Сонечнай сістэме з-за велізарнай дыспрапорцыі мас усіх кампанентаў у параўнанні з Сонцам узаемадзеянне гэтых кампанентаў з зоркай з'яўляецца дамінантным, таму ступень хаатычнасці, якая выяўляецца ў паказчыках Ляпунова, не павінна быць вялікай. Але таксама, па разліках Лорэнца, нас не павінна дзівіць думку аб хаатычнай прыродзе Сонечнай сістэмы. Было б дзіўна, калі б сістэма з такой вялікай колькасцю ступеняў свабоды была рэгулярнай.
Дзесяць гадоў таму Жак Ласкар з Парыжскай абсерваторыі ён зрабіў больш за тысячу камп'ютарных сімуляцый руху планет. У кожным з іх пачатковыя ўмовы адрозніваліся нязначна. Мадэляванне паказвае, што ў бліжэйшыя 40 мільёнаў гадоў нічога больш сур'ёзнага з намі не адбудзецца, але пазней у 1-2% выпадкаў можа поўная дэстабілізацыя Сонечнай сістэмы. У нашым распараджэнні таксама гэтыя 40 мільёнаў гадоў толькі пры ўмове, што не з'явіцца нейкі нечаканы госць, фактар ці новы элемент, які не ўлічваецца ў дадзены момант.
Разлікі паказваюць, напрыклад, што на працягу 5 мільярдаў гадоў зменіцца арбіта Меркурыя (першай планеты ад Сонца), у асноўным з-за ўплыву Юпітэра. Гэта можа прывесці да сутыкненне Зямлі з Марсам або Меркурыем дакладна. Калі мы ўводзім адзін з набораў дадзеных, кожны з іх утрымоўвае 1,3 мільярда гадоў. Меркурый можа зваліцца на Сонца. У іншым мадэляванні аказалася, што праз 820 млн гадоў Марс будзе выгнаны з Сістэмы, а праз 40 мільёнаў гадоў прыйдзе да сутыкненне Меркурыя і Венеры.
Даследаванне дынамікі нашай Сістэмы Ласкарам і яго камандай ацаніла Лапунаўскі час (г.зн. перыяд, на працягу якога можна дакладна прадказаць ход дадзенага працэсу) для ўсёй Сістэмы ў 5 мільёнаў гадоў.
Атрымліваецца, што хібнасць усяго за 1 км у вызначэнні пачатковага становішча планеты можа ўзрасці да 1 астранамічнай адзінкі праз 95 мільёнаў гадоў. Нават калі б мы ведалі пачатковыя дадзеныя Сістэмы са колькі заўгодна высокай, але канчатковай дакладнасцю, мы не змаглі б прадказаць яе паводзіны на любы адрэзак часу. Каб раскрыць будучыню Сістэмы, якая хаатычна, нам трэба ведаць зыходныя дадзеныя з бясконцай дакладнасцю, што немагчыма.
Акрамя таго, мы дакладна не ведаем поўная энергія Сонечнай сістэмы. Але нават пры ўліку ўсіх эфектаў, уключаючы рэлятывісцкія і больш дакладныя вымярэнні, мы не змянілі б хаатычную прыроду Сонечнай сістэмы і не змаглі б прадказаць яе паводзіны і стан у любы момант часу.
Усё можа здарыцца
Такім чынам, Сонечная сістэма проста хаатычная, і ўсё. Гэтае сцвярджэнне азначае, што мы не можам прадказаць траекторыю Зямлі далей, скажам, 100 мільёнаў гадоў. З іншага боку, Сонечная сістэма, несумненна, застаецца ў дадзены момант устойлівай як структура, паколькі малыя адхіленні параметраў, якія характарызуюць шляхі планет, прыводзяць да розных арбіт, але з блізкімі ўласцівасцямі. Так што наўрад ці ён абрынецца ў бліжэйшыя мільярды гадоў.
Вядома, могуць быць ужо згаданыя новыя элементы, якія не ўлічваюцца ў прыведзеных вышэй разліках. Напрыклад, сістэме патрабуецца 250 мільёнаў гадоў, каб здзейсніць абарот вакол цэнтра галактыкі Млечны Шлях. Гэты крок мае наступствы. Якое змяняецца касмічнае асяроддзе прыводзіць да парушэння далікатнай раўнавагі паміж Сонцам і іншымі аб'ектамі. Гэта, вядома, нельга прадказаць, але бывае, што такі дысбаланс прыводзіць да ўзмацнення эфекту. актыўнасць камет. Гэтыя аб'екты ляцяць да сонца часцей, чым звычайна. Гэта павялічвае рызыку іх сутыкнення з Зямлёй.
Зорка праз 4 мільёны гадоў Гліз 710 будзе на адлегласці 1,1 светлавога года ад Сонца, патэнцыйна парушаючы арбіты аб'ектаў у Воблаку Оорта і павелічэнне верагоднасці сутыкнення каметы з адной з унутраных планет Сонечнай сістэмы.
Навукоўцы абапіраюцца на гістарычныя дадзеныя і, робячы з іх статыстычныя высновы, прадказваюць, што, верагодна, праз паўмільёна гадоў метэор упадзе на зямлю 1 км у дыяметры, выклікаўшы касмічную катастрофу. У сваю чаргу, у перспектыве 100 мільёнаў гадоў чакаецца падзенне метэарыта па памерах, якія можна параўнаць з тым, што выклікала крэйдавае выміранне 65 мільёнаў гадоў таму.
Да 500-600 млн гадоў даводзіцца чакаць як мага даўжэй (ізноў жа зыходзячы з наяўных дадзеных і статыстыкі) ўспышка або гіперэнергетычны выбух звышновай. На такой адлегласці прамяні маглі б уздзейнічаць на азонавы слой Зямлі і выклікаць масавае выміранне, падобнае да ардовіцкага вымірання, — калі толькі гіпотэза пра гэта дакладная. Аднак выпраменьванне, якое выпускаецца, павінна быць накіравана менавіта на Зямлю, каб мець магчымасць нанесці тут якую-небудзь шкоду.
Дык давайце радавацца паўтарэньню і малой стабілізацыі сьвету, які мы бачым і ў якім жывем. Матэматыка, статыстыка і верагоднасць не даюць яму сумаваць у доўгатэрміновай перспектыве. На шчасце, гэты доўгі шлях далёка за межамі нашай дасяжнасці.
