Teoriassa Aurinkokunnan sisäplaneettojen, Merkuriuksen, Venuksen, Maan ja Marsin, olisi pitänyt törmätä jo aikaa sitten toisiinsa.
Planeettojen Aurinkoa kiertävät radat ovat kaoottiset, sillä niiden heikko painovoimavaikutus voi aiheuttaa yllättäviä seurauksia.
Maasta katsottuna naapuriplaneetat ovat havaintojen valossa näyttäneet vakailta, mutta tarkasteluaika verrattuna koko universumin ikään on todella lyhyt.
Miksi sisäplaneetat eivät ole törmänneet toisiinsa, vaikka mallit ja kaaosteoriat selvästi viittaavat törmäykseen?
Pariisissa sijaitsevan Sorbonnen yliopiston tutkijat ovat selvittäneet vastausta tutkimuksessa, jonka tulokset on julkaistu Physical Review X -lehdessä.
Kaiken pitäisi päättyä kaaokseen
Aurinkokunnan sisäplaneetat ovat koko ajan keskinäisessä painovoimavaikutuksessa. Toisten planeettojen painovoima muuttaa hieman toisten planeettojen rataa miljoonien vuosien kuluessa.
Ulkoplaneetat ovat sisäplaneettoja paljon suurempia, ja siksi ne kestävät painovoimavaikutuksen paremmin. Tämän vuoksi ulkoplaneettojen radat ovat suhteellisen vakaita.
Sisäplaneettoihin liittyvää matemaattista haastetta on pitkään pohdittu matemaatikkojen ja astrofyysikkojen parissa. Täysin tyydyttävää vastausta ei kuitenkaan ole löytynyt.
Ranskalainen matemaatikko ja fyysikko Henri Poincaré todisti 1800-luvun lopulla, että kolmen keskenään vuorovaikutuksessa olevan kappaleen liikkeitä käsittelevien yhtälöiden ratkaisu on mahdotonta. Tätä kutsutaan myös kolmen kappaleen ongelmaksi.
Aurinkokunnan sisäosien planeetat vaikuttavat toisiinsa koko ajan omalla painovoimallaan, mikä aiheuttaa pieniä muutoksia planeettojen ratoihin. Näiden muutosten olisi ajan mittaan jo pitänyt aiheuttaa törmäyksiä.
Aurinkokuntaan sovellettuna se tarkoittaa sitä, että planeetan lähtökohtaan ja nopeuteen liittyvien yksityiskohtien epävarmuus kasvaa ajan mittaan. Tuloksena on valtava määrä skenaarioita, joissa Aurinkokunnan neljä sisäplaneettaa voivat joko törmätä toisiinsa tai singota toisensa kauas avaruuteen.
Aikaa, jossa kaksi lähes identtistä lähtökohtaa omaavaa rataa poikkeaa toisistaan niin paljon, että järjestelmä muuttuu kaoottiseksi, kutsutaan Ljapunovin ajaksi.
Tutkijoiden laskelmien mukaan Aurinkokunnassa olisi sen 4,5 miljardin vuoden historian aikana pitänyt jo aikaa sitten esiintyä kaoottisuutta.
Laskelmat osoittivat symmetrian
Tutkijat yrittivät simuloida sisäplaneettojen ratoja seuraavien 5 miljardin vuoden ajanjakson kuluessa. He totesivat, että planeettojen törmäyksen riski on ainoastaan yksi prosentti.
Itse asiassa jonkin planeetan törmäykseen kuluu noin 30 miljardia vuotta.
Kun tutkijat perehtyivät laskelmien matematiikkaan tarkemmin, he havaitsivat eräänlaisen symmetrian tai painovoimavaikutuksen ”säilyneen määrän”. Se toimii vakauttavana voimana, joka estää järjestelmän kaaoksen.
Säilynyt määrä pysyy lähes vakiona ja hidastaa tietyt kaoottiset liikkeet, mutta ei voi kokonaan estää niitä. Toisin sanoen kaaoksessa vallitsee matemaattinen järjestys.
Vielä on epäselvää, mikä tämä säilynyt määrä tarkalleen on, mutta matemaattisesti näyttää siltä, että radoillaan kulkevat planeetat ovat luoneet keskinäiseen vuorovaikutukseensa symmetrian, joka estää sen, että planeetat törmäilisivät keskenään.
Tulosten perusteella tutkijaryhmä aikoo nyt selvittää, onko Aurinkokunnassa aiemmin ollut enemmän planeettoja ja miten pitkään järjestelmän symmetria kestää.
Laskelmia voidaan myös käyttää vieraissa aurinkokunnissa sijaitsevien eksoplaneettojen ratojen selvittämiseen.