Нове дослідження, опубліковане у виданні Physical Review X, показує, чому планети внутрішньої частини Сонячної системи досі не зіткнулися одна з одною за мільярди років існування, хоча це показують моделі, пише Live Science.
Наша Сонячна система є відносно стабільною. Тобто всі планети обертаються по своїх орбітах навколо Сонця на певній відстані одна від одної, що не загрожує їм зіткненням. Але, за словами вчених, насправді орбіти таких планет як Земля, Марс, Венера та Меркурій насправді хаотичні, і, як показують моделі, наша планета вже не повинна існувати. Справа в тому, що всі ці планети мали вже зіткнутися одна з одною, але цього не сталося. І автори нового дослідження нарешті вирішили цю загадку.
Учені знайшли математичне пояснення стабільності орбіт внутрішніх планет Сонячної системи завдяки вивченню їхніх траєкторій руху. Виявилося, що існують деякі величини, які запобігають зміні їхніх орбіт, що призвело б до неминучого зіткнення, як показують моделі.
За словами астрономів, усі планети петребувають під взаємним гравітаційним впливом, який незначно змінює траєкторії їхнього обертання навколо Сонця. Але цей вплив більшою мірою відчувають саме чотири маленькі планети, найближчі до нашої зірки, тому більші планети, такі як Юпітер або Сатурн, зберігають відносно стабільні орбіти навколо Сонця.
Але відомо, що визначити точно відносні рухи трьох небесних тіл, які схильні до гравітаційного впливу, неможливо. Це так звана "задача трьох тіл", і ще наприкінці 19 століття було доведено, що ця задача має безліч рішень. Через це невизначеність у початкових положеннях гравітаційно взаємодіючих планет і швидкостей їхнього руху з часом збільшуються. Простіше кажучи, якщо взяти два різні варіанти, в яких відстані між планетами відрізняються на невелике значення, то в одному з них Земля, Марс, Венера і Меркурій повинні зіткнутися, в іншому — ні.
Також існує таке поняття як час, за який будь-яка система приходить у повний хаос. Тобто це час, протягом якого дві різні траєкторії руху небесного тіла з майже однаковими початковими умовами розходяться на певну величину. Він називається час Ляпунова для хаотичних систем.
Понад 30 років тому вчені з'ясували, що час Ляпунова для орбіт планет у внутрішній частині Сонячної системи становить 5 млн років. Це означає, що кожні 10 млн років втрачається одне порядкове значення для розрахунків руху планет. Наприклад, якщо початкова невизначеність становища планети становить 15 метрів, то через 10 млн років вона вже становитиме 150 метрів, а через 100 млн років — 150 млн км. Тобто за 4,6 млрд років існування Сонячної системи планети мали вже значно змінити свої орбіти й або зіткнутися одна з одною, або покинути нашу зоряну систему через такий хаотичний рух. Але, як відомо, цього не сталося.
Автори нового дослідження створили моделі траєкторії руху внутрішніх планет протягом наступних 5 млрд років, застосовуючи зміну значень у розрахунках, про які було сказано вище. І виявилося, що ймовірність зіткнення Землі та Марса або всіх планет, найближчих до Сонця одночасно, становить лише 1%. Подальші розрахунки показали, що для того, щоб сталося зіткнення, між ними має пройти не менше 30 млрд років.
У результаті нових математичних розрахунків учені вперше виявили так звані симетрії або постійні величини в гравітаційних взаємодіях планет, які не дозволяють їм поринути в хаос і сильно змінити свої орбіти.
За словами вчених, ці величини є майже постійними, адже, хоча вони й запобігають зіткненню планет, вони не можуть запобігти їм повністю. Завдяки цим величинам і зберігається відносна стабільність Сонячної системи, і поки що не настав повний космічний хаос.
