Vil kredsløbskaos forårsage Jorden,

Retfærdig advarsel:Hvis du rejser ophidsede øjenbryn, når nogen nævner "Sommerfugleeffekten, "så vil du måske stoppe med at læse nu. Hvis, imidlertid, du kan lide at stikke den sorte, universets mystiske underliv for at se, hvad der sker, så fortsæt venligst.

Vi ved alle, at solsystemets planeter kredser om solen i en rolig, ordentlig måde. Faktisk, planeterne bevæger sig med en sådan præcision, at astronomer kan beregne kredsløbskarakteristika - transit, formørkelser, justeringer - med sikkerhed. Vil du have en liste over solformørkelser for de næste 10, 000 år? Intet problem.

Lad os nu sige, at du vil se længere ind i fremtiden - ikke tusinder af år, men milliarder. Hvordan holder de støvede astronomiske borde så op? Ikke så godt, hvis du tager højde for kaosteoriens principper. Kaos teori siger, at små input i et enormt komplekst system kan producere store output. Dette er den førnævnte sommerfugleeffekt:Når en sommerfugl klapper med vingerne i Sydamerika, et tordenvejr kan udvikle sig et par kontinenter væk - over Brisbane, Australien, Lad os sige. Nogle forskere foreslår nu, at udviklingen af ​​solsystemet kan følge kaosteorien, og at, vej, vej, langt ind i fremtiden, Jorden kunne kollidere med enten Venus eller Mars.

De forskere, der fremsatte dette forslag i et 2009 -nummer af Nature - Jacques Laskar og Mickaël Gastineau - arbejdede på Paris Observatory. Men forskerne brugte ikke nogen af ​​observatoriets teleskoper til at generere deres data. I stedet, de svævede over computere, herunder JADE -supercomputeren placeret på Centre Informatique National de l'Enseignement Supérieur, eller CINES (National Computing Center for Higher Education and Research).

Al den computerkraft kan virke som overkill, en forskers version af en muskelbil, indtil du indser, hvad de forsøgte at beregne. Det har at gøre med Newtons universel tyngdelov .

Kan du huske, hvordan Sir Isaac fortalte os, at der eksisterer en universel tyngdekraft mellem to genstande? Denne kraft er direkte proportional med genstandernes masser og omvendt proportional med kvadratet i afstanden, der adskiller dem. Derefter foreslog han, at solens tyngdekraft er det, der holder planeterne i deres kredsløb. Men, ifølge Newtons egen lov, planeterne og alle de andre objekter i solsystemet, herunder måner og asteroider, skal også arbejde lidt tyngdekraftsmagi på hinanden. Kan det komplekse samspil mellem disse kræfter få solsystemets stabilitet til at forringes over tid? På kort sigt, ingen. Selv over længere perioder, astronomer mente generelt, at solsystemet ville forblive stabilt.

Derefter, et par skøre kosmologer begyndte at spekulere på, om kaosteorien gjaldt for planetbaner. Hvis så, små ændringer i planetbevægelser kan med tiden forstørres til noget væsentligt. Men hvor lang tid ville det tage? Tusinder af år? Millioner? Milliarder?

Computerkode og kaos

For at besvare det spørgsmål, du bliver nødt til at redegøre for alle planternes bevægelser, samt alle de kræfter, der udøves, når denne bevægelse sker. Så skulle du lade solsystemet køre, som et ur, så planeterne cyklede gennem hundredtusinder af kredsløb. Da dette skete, du skulle spore nøgledata om hver planet. En af de vigtigste data at indsamle ville være orbital excentricitet - målet for, hvor langt en planet afviger fra en perfekt cirkulær form- fordi excentricitet afgør, om to planeter indtager det samme luftrum og risikerer at have et tæt møde.

Tror du, du ville være i stand til at køre en sådan simulering i dit hoved eller med en stationær model af solsystemet? Sikkert ikke. En supercomputer kan dog derfor valgte Laskar og Gastineau JADE -supercomputeren til at udføre deres tunge løft. Deres input bestod af 2, 501 kredsløbsscenarier, hvor hver enkelt ændrede Merkurius kredsløb med blot et par millimeter [kilde:Laskar og Gastineau]. De valgte Merkur fordi, som solsystemets drift, det er den største pushover, og fordi dens bane synkroniseres med Jupiters for at skabe ændringer, der risler over hele solsystemet.

For hvert hypotetisk scenario, de sporede bevægelsen af ​​alle planeter i mere end 5 milliarder år (solens anslåede levetid), lade computeren foretage alle de komplekse beregninger. Selv med den kraftige CPU i JADE-enheden, hver løsning krævede fire måneders computing for at generere resultater.

Heldigvis for livet på jorden, solsystemet forbliver stabilt i 99 procent af det franske pars scenarier - ingen planeter sætter sig på kollisionskurser eller bliver skubbet ud af deres kredsløb [kilde:Laskar og Gastineau]. Men hos 1 procent af dem, hvor orbitalkaos har den største kumulative effekt, Kviksølvbane bliver excentrisk nok til at forårsage katastrofale ændringer i solsystemet. Nogle af disse katastrofer involverer kun kviksølv, som enten kunne styrte ind i solen eller blive løsrevet fra sin bane og slynget ud i rummet. Men andet, flere bekymrende scenarier udspiller sig med, at Jorden støder ind i enten Mars eller Venus. Et sammenstød med Venus ville forekomme gennem fem trin, som alle illustrerer de kumulative virkninger af orbitalt kaos [kilde:Laskar og Gastineau]:

1. Først, samspillet mellem Jupiter og Merkur i omkring 3.137 milliarder år får excentriciteten på den sidste planet til at stige. Dette overfører ikke -cirkulært vinkelmoment fra de ydre planeter til de indre planeter.
2. Denne overførsel destabiliserer de indre planeter, øge jordens excentriciteter, Venus og Mars.
3. Jorden har en næsten glip af Mars, hvilket forstyrrer Mars excentricitet endnu mere.
4. Efterfølgende resonanser , eller synkroniseret, forstærkning af interaktioner, mellem de indre planeter reducerer excentriciteten af ​​Merkur og øger excentriciteterne for Venus og Jorden endnu mere.
5. Venus og Jorden har flere næsten uheld, indtil, ved 3.352891 milliarder år, de to planeter støder sammen i en episk eksplosion, der ville ødelægge begge verdener.

Hvis der eksisterer et orbitalt kaos, dens virkninger kan ikke ses over korte tidsrammer. Men astronomer samler andre spor om ustabiliteten af ​​planetarisk bevægelse. I februar 2012, Det europæiske rumagenturs Venus Express -rumfartøj kiggede gennem de tætte venusianske skyer og forventede at se visse overfladeegenskaber, der skulle have været der, baseret på data fra Magellan taget 16 år tidligere. I stedet, disse funktioner blev forskudt med 20 kilometer, tyder på, at planetens rotation bremser. Astronomer peger på planetens høje atmosfæriske tryk og stærke vinde, som skaber friktion på overfladen, som en mulig årsag. Hvis dataene er rigtige, en dag på Venus kan nu være næsten 250 jorddage lang [kilde:Atkinson].

Så igen, Måske ikke

Selvfølgelig, ingen af ​​disse forudsigelser kan overhovedet være korrekte. I 2011, da NASAs Dawn -rumfartøj gled i kredsløb omkring asteroiden Vesta, Laskar tjekkede de kaotiske interaktioner mellem Vesta og med -asteroiden Ceres, og mellem de to store asteroider og planeterne. Hvad han konkluderede var, at interaktionerne mellem Vesta og Ceres hurtigt vil forstærke selv de mindste målefejl, gør det umuligt at forudsige planetbaner - og trusler om kollisioner - ud over 60 millioner år ud i fremtiden [kilde:Shiga]. Mens kollisioner mellem Vesta og Ceres synes sandsynlige i disse scenarier, hvad der sker med planeterne er i bedste fald usikkert.

Så, hvad betyder denne tilsyneladende modstridende information? Først, solsystemet er fyldt med masser af ting, og at alle disse objekter, i overensstemmelse med Newtons love, øve kræfter på hinanden. Sekund, disse kræfter kan ændre planetens kredsløb -meget -selvom vi ikke kan måle disse ændringer i menneskehedens historie. Endelig, og denne er lidt sjov, universet gyder (eller ødelægger) ikke verdener fredeligt, men virkelig, virkelig voldsomt.

Faktisk, astronomer har beviser for andre solsystemers selvdestruerende. I 2008, et hold fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics opdagede en planet i størrelse med Saturn, der kredsede om en stjerne i stjernebilledet Centaurus, der afgav alt for meget varme til sin størrelse. Forskerne mener nu, at den store planet stadig udstråler massive mængder varme som følge af et sammenstød med en protoplanet i Uranus-størrelse i stjernesystemets nylige fortid.

I 2009, NASAs Spitzer-rumteleskop opdagede eftervirkningen af ​​en stor mashup mellem et objekt på størrelse med vores måne og et andet på størrelse med Merkur omkring 100 lysår væk i stjernebilledet Pavo (påfuglen). Instrumenter på Spitzer opdagede de signalerende signaturer af amorf silica, et stof, der dannes på Jorden, når meteoritter smækker i jorden.

Selvom vores solsystem ikke bukker under for orbitalt kaos og et billardlignende styrt af de indre planeter, vi er muligvis ikke på vej mod en lykkelig slutning. I 5 milliarder år, når solen er opbrugt sin brændstoftilførsel, vores varme, vidunderlige hjørne af universet vil begynde at blive temmelig ubehageligt. Ikke længe efter det, vi forsvinder i maven på vores hurtigt ekspanderende stjerne og bliver slugt hele. På den ene eller anden måde, kaosinduceret kollision eller stjernedød, vores lille blå verden går ikke ud med et klynk, men med et brag.

Forfatterens note

At skrive dette fik mig til at tænke på en sætning, jeg ofte læste, da jeg var barn:"universets præcision i urværk." Tilsyneladende, universet kører ikke med den stille regelmæssighed af en fejende andenhånd. Når rumteleskoper og supercomputere kigger på tværs af kosmos og langt ind i fremtiden, vi finder en urolig, usikkert univers. Men lad være med at betale dine skatter endnu - det ser ud til, at Internal Revenue Service ikke vil forsvinde når som helst snart.

relaterede artikler

• Sådan fungerer Jorden
• Sådan fungerer Mars
• Sådan fungerer Planet Hunting
• Sådan fungerer Living Earth Simulator
• Kan nogen eje månen?
• Hvordan dannes planeter?
• Hvordan kunne et hotel kredser om jorden?
• Hvordan virker tyngdekraften?
• Er vi ikke den eneste jord derude?
• Kan du lave dit eget hjemmelavede rumfartøj?
• Hvorfor kan forskere ikke præcist forudsige vejret?

Kilder

• Agence France-Presse. "Jord-Mars kollision mulig, siger undersøgelse. "Cosmos Magazine. 11. juni, 2009. (20. februar, 2012) http://www.cosmosmagazine.com/news/2803/when-worlds-collide-earth-mars-impact-possible
• Atkinson, Nancy. "Er Venus 'rotation langsommere?" Univers i dag. 10. februar kl. 2012. (20. februar, 2012) http://www.universetoday.com/93494/is-venus-rotation-slowing-down/
• BBC nyheder. "Spor efter planetkollision fundet." 11. august kl. 2009. (20. februar, 2012) http://news.bbc.co.uk/2/hi/8195467.stm
• GENCI. "GENCIs nye 147 TF SGI/Intel processorbaserede supercomputer." 20. november kl. 2008. (20. februar, 2012) http://www.genci.fr/spip.php?article32
• Jacques Laskar websted. (20. februar, 2012) http://www.imcce.fr/Equipes/ASD/person/Laskar/jxl_collision.html
• Laskar, Jacques og Mickaël Gastineau. "Eksistens af Kviksølvs kollisionsbaner, Mars og Venus med jorden. "Nature Letters. 11. juni, 2009.
• Lovett, Richard A. "Bevis for enorm planetarisk kollision fundet." National geografi. 10. januar, 2008. (20. februar, 2012) http://news.nationalgeographic.com/news/2008/01/080110-worlds-collide.html
• Palca, Joe. "Planer, der støder sammen (ikke gå i panik)." NPR ScienceFriday. 12. juni kl. 2009. (20. februar, 2012) http://www.sciencefriday.com/program/archives/200906122
• Shiga, David. "Probes mål skyer 'krystalkugle' til solsystemet." Ny forsker. 15. juli kl. 2011. (20. februar, 2012) http://www.newscientist.com/article/mg21128223.100-probes-targets-cloud-crystal-ball-for-solar-system.html