نظم پنهان منظومه‌ شمسی مانع از نابودی زمین شده است

شاید زمین نباید وجود داشته باشد. دلیل این مسئله بی‌نظمی مدار سیاره‌های داخلی منظومه‌ی شمسی (عطارد، زهره، زمین و مریخ) است. براساس مدل‌ها، این سیاره‌ها باید تاکنون با یکدیگر برخورد کرده باشند؛ بااین‌حال، این اتفاق رخ نداده است. پژوهش جدیدی که ۳ می ۲۰۲۳ در مجله‌ی Physical Review X منتشر شد، دلیل رخ‌ندادن این رویداد را توضیح می‌دهد.

به‌گزارش لایوساینس، پژوهشگرها بر‌اساس شیب عمیقی در مدل‌های حرکت سیاره‌ای دریافتند برخی پارامترها مانند افساری مانع از بی‌نظمی در منظومه شمسی و حرکت سیاره‌ها شده‌اند. پژوهش جدید علاوه‌بر ارائه‌ی توضیحات ریاضی برای نظم ظاهری منظومه‌ی شمسی به دانشمندان در درک مسیر سیاره‌های فراخورشیدی کمک خواهد کرد.

سیاره‌ها به‌صورت پیوسته نیروی مشترک گرانشی را بر یکدیگر اعمال می‌کنند و این تأثیر اندک باعث تغییرات کوچکی در مدار سیاره‌ها می‌شوند. سیاره‌های خارجی بزرگ‌تر درمقابل این کشش‌های کوچک مقاوم‌ترند؛ بنابراین، مدارهای پایدارتری دارند.

با‌این‌حال، مسئله‌ی مسیر حرکت سیاره‌‌های داخلی کمی پیچیده‌تر است. هنری پوینکرِ ریاضی‌دان در اواخر قرن نوزدهم ثابت کرد که ازنظر ریاضی حل معادله‌های حاکم بر حرکت سه جرم یا بیشتر غیرممکن است.

این مسئله اغلب با عنوان «مسئله‌ی سه‌ جرم» شناخته می‌شود؛ در‌نتیجه ابهام در جزئیات موقعیت‌های شروع سیاره‌ها و سرعت آن‌ها به‌مرور‌زمان افزایش یافت. به‌بیان بهتر، دو سناریو وجود دارند که در آن‌ها فاصله‌های بین عطارد، زهره، مریخ و زمین بر‌اساس مقدار اندکی تفاوت دارند. در یکی از سناریوها سیاره‌ها با یکدیگر برخورد می‌کنند و در سناریو دیگر از یکدیگر دور می‌شوند.

زمان صرف‌شده برای واگرایی دو مسیر براساس مقداری مشخص با شرایط شروع تقریباً برابر، زمان لیاپانوف سامانه‌ی بی‌نظم نامیده می‌شود. بنابر محاسبات ژاک لاسکار، ستاره‌شناس و مدیر پژوهشی مرکز ملی پژوهش‌های علمی و رصدخانه‌ی پاریس، در سال ۱۹۸۹، زمان لیاپانوف برای مدارهای سیاره‌ای منظومه‌ی شمسی داخلی تنها ۵ میلیون سال بوده است. لاسکار می‌گوید:

این مقدار بدین‌معنی است که به‌ازای هر ده‌میلیون سال یک رقم حذف می‌شود. پس اگر ابهام اولیه در موقعیت سیاره‌ای ۱۵ متر باشد، ۱۰ میلیون سال بعد این مقدار به ۱۵۰ متر و پس از ۱۰۰ میلیون سال با حذف ۹ رقم، به ۱۵۰ میلیون کیلومتر می‌رسد که هم‌ارز با فاصله‌ی بین زمین و خورشید است.

با اینکه ۱۰۰ میلیون سال طولانی به‌نظر می‌رسد، منظومه‌ی شمسی بیش از ۴/۵ میلیارد سال عمر دارد و نبود رویدادهای چشمگیر مثل برخورد سیاره‌ها یا دفع سیاره‌ها دانشمندان را گیج کرده است.

لاسکار در مرحله‌ی بعدی با شیوه‌ای متفاوت این مسئله را بررسی می‌‌کند. او با شبیه‌سازی مسیرهای سیاره‌ای داخلی در فاصله‌ی ۵ میلیارد سال آینده، به این نتیجه رسید که تنها ۱ درصد احتمال برخورد سیاره‌ای وجود دارد. وی با روشی یکسان حساب کرد که به‌طور میانگین نزدیک به ۳۰ میلیارد سال طول می‌کشد تا سیاره‌ها با یکدیگر برخورد کنند.

لاسکار و همکارانش در مرحله‌ی بعدی برای اولین‌بار «تقارن‌ها» یا «کمیت‌های پایسته» در برهم‌کنش‌های گرانشی را پیدا کردند که مانعی کاربردی در سرگردانی بی‌نظم سیاره‌ها به‌شمار می‌روند. این کمیت‌های برآیند نسبتاً ثابت می‌مانند و از حرکت‌های بی‌نظم مشخص مانع می‌شوند؛ اما کاملاً از آن‌ها جلوگیری نمی‌کنند. در‌واقع، می‌توان آن‌ها را به بخش برآمده‌ی بشقاب ناهارخوری اشاره کرد که مانع از سقوط غذا می‌شود؛ اما کاملاً از آن جلوگیری نمی‌کند. باید به‌دلیل ثبات نسبی منظومه‌ی شمسی، قدردان این کمیت‌ها باشیم.

لاسکار و همکاران او در پروژه‌های دیگر به‌دنبال جست‌وجوی سرنخ‌هایی درباره‌ی تفاوت احتمالی تعداد سیاره‌ها با تعداد کنونی هستند. هنوز مشخص نیست این ثبات میلیاردها سال پیش از شکل‌گیری حیات هم وجود داشته است یا خیر.