Den bilden får planetens banor att verka så snygga - och fixade. Kan kaosteorin röra med den exakta urverket? Zoonar/Thinkstock Rättvis varning:Om du höjer upprörda ögonbryn när någon nämner "Fjärilseffekten, "då kanske du vill sluta läsa nu. Om, dock, du gillar att framkalla det svarta, universums mystiska underliv för att se vad som händer, fortsätt sedan.
Vi vet alla att solsystemets planeter kretsar runt solen i ett lugnt, ordnat sätt. Faktiskt, planeterna rör sig med en sådan precision att astronomer kan beräkna omloppsegenskaper - transiteringar, förmörkelser, anpassningar - med säkerhet. Vill du ha en lista över solförmörkelser för de kommande 10, 000 år? Inga problem.
Låt oss nu säga att du vill titta längre in i framtiden - inte tusentals år, men miljarder. Hur håller de dammiga astronomiska borden då? Inte så bra, om du tar hänsyn till kaosteorins principer. Kaosteori säger att små ingångar i ett enormt komplext system kan producera storskaliga utgångar. Detta är den ovannämnda fjärilseffekten:När en fjäril klappar med vingarna i Sydamerika, ett åskväder kan utvecklas några kontinenter bort - över Brisbane, Australien, låt oss säga. Vissa forskare föreslår nu att utvecklingen av solsystemet kan följa kaosteorin och att, sätt, sätt, långt in i framtiden, Jorden kan kollidera med antingen Venus eller Mars.
Forskarna som gjorde detta förslag i en 2009 -utgåva av Nature - Jacques Laskar och Mickaël Gastineau - arbetade vid Paris Observatory. Men forskarna använde inga av observatoriets teleskop för att generera sina data. Istället, de svävade över datorer, inklusive JADE -superdatorn som ligger på Centre Informatique National de l'Enseignement Supérieur, eller CINES (National Computing Center for Higher Education and Research).
All den datorkraften kan verka som överkill, en forskares version av en muskelbil, tills du inser vad de försökte beräkna. Det har att göra med Newtons universell gravitationslag .
Kommer du ihåg hur Sir Isaac berättade för oss att det finns en universell gravitationskraft mellan två objekt? Denna kraft är direkt proportionell mot föremålens massor och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet som skiljer dem. Han föreslog sedan att solens gravitation är det som håller planeterna i deras banor. Men, enligt Newtons egen lag, planeterna och alla andra föremål i solsystemet, inklusive månar och asteroider, måste också arbeta lite tyngdkraftsmagi på varandra. Kan det komplexa samspelet mellan dessa krafter få solsystemets stabilitet att försämras med tiden? På kort sikt, Nej. Även under längre perioder, astronomer trodde generellt att solsystemet skulle förbli stabilt.
Sedan, några galna kosmologer började undra om kaosteorin gällde planetbanor. Om så är fallet, små förändringar i planetrörelser kan med tiden förstoras till något väsentligt. Men hur lång tid skulle det ta? Tusentals år? Miljoner? Miljarder?
För att svara på den frågan, du skulle behöva redogöra för alla planeters rörelser, liksom alla krafter som utövas när den rörelsen inträffar. Då måste du låta solsystemet gå, som en klocka, så att planeterna cyklade genom hundratusentals banor. När detta inträffade, du skulle behöva spåra nyckeldata om varje planet. En av de viktigaste uppgifterna att samla in skulle vara orbital excentricitet - måttet på hur långt en planet avviker från en perfekt cirkulär form- eftersom excentricitet avgör om två planeter upptar samma luftrum och riskerar att ha ett nära möte.
Tror du att du skulle kunna köra en sådan simulering i ditt huvud eller med en stationär modell av solsystemet? Antagligen inte. En superdator kan dock vilket är anledningen till att Laskar och Gastineau valde JADE -superdatorn för sina tunga lyft. Deras inmatningar bestod av 2, 501 omloppsscenarier, där var och en ändrade Merkurius bana med bara några millimeter [källa:Laskar och Gastineau]. De valde Merkurius eftersom som solsystemets körning, det är den största pushovern och för att dess bana synkroniseras med Jupiters för att skapa förändringar som krusar över hela solsystemet.
För varje hypotetiskt scenario, de spårade alla planeters rörelse i mer än 5 miljarder år (solens beräknade livslängd), låta datorn göra alla komplexa beräkningar. Även med den kraftfulla CPU:n i JADE-enheten, varje lösning krävde fyra månaders beräkning för att generera resultat.
Lyckligtvis för livet på jorden, solsystemet förblir stabilt i 99 procent av det franska parets scenarier - inga planeter sätter sig på kollisionskurser eller kastas ut från deras banor [källa:Laskar och Gastineau]. Men hos 1 procent av dem, där orbitalkaoset har störst kumulativ effekt, Merkurius bana blir tillräckligt excentrisk för att orsaka katastrofala förändringar i solsystemet. Några av dessa katastrofer involverar bara kvicksilver, som antingen kan krascha i solen eller släppas ur sin bana och slungas ut i rymden. Men andra, mer oroande scenarier utspelar sig med att jorden kolliderar antingen på Mars eller Venus. En kollision med Venus skulle ske genom fem steg, som alla illustrerar de kumulativa effekterna av orbitalt kaos [källa:Laskar och Gastineau]:
Om orbitalt kaos existerar, dess effekter kan inte ses över korta tidsramar. Men astronomer samlar andra ledtrådar om instabiliteten i planetrörelsen. I februari 2012, Europeiska rymdorganisationens Venus Express -rymdfarkost tittade genom de täta venusianska molnen och förväntade sig att se vissa ytdrag som borde ha funnits där, baserat på data från Magellan tagna 16 år tidigare. Istället, dessa funktioner förskjutits med 20 miles, vilket tyder på att planetens rotation saktar ner. Astronomer pekar på planetens höga atmosfärstryck och starka vindar, som skapar friktion på ytan, som en möjlig orsak. Om uppgifterna stämmer, en dag på Venus kan nu vara nästan 250 jorddagar lång [källa:Atkinson].
Konstnärens koncept av Dawn som kretsar kring Vesta. Astronomer är ganska intresserade av om den massiva asteroiden kan ha ett våldsamt möte med andra asteroiden Ceres. Bild med tillstånd av NASA/JPL-Caltech Självklart, ingen av dessa förutsägelser kan vara korrekt alls. Under 2011, när NASA:s Dawn -rymdfarkost gled i en bana runt asteroiden Vesta, Laskar kollade in de kaotiska interaktionerna mellan Vesta och andra asteroiden Ceres, och mellan de två stora asteroiderna och planeterna. Vad han drog slutsatsen var att interaktionerna mellan Vesta och Ceres snabbt kommer att förstärka även de minsta mätfelen, gör det omöjligt att förutsäga planetbanor - och hot om kollisioner - längre än 60 miljoner år in i framtiden [källa:Shiga]. Även om kollisioner mellan Vesta och Ceres verkar troliga i dessa scenarier, vad som händer med planeterna är i bästa fall osäkert.
Så, vad betyder denna till synes motsägelsefulla information? Först, solsystemet är fyllt med massor av saker och att alla dessa föremål, i enlighet med Newtons lagar, utöva krafter på varandra. Andra, dessa krafter kan förändra planetbanor -mycket -även om vi inte kan mäta dessa förändringar under mänsklighetens historia. Till sist, och den här är lite kul, universum skapar inte (eller förstör) världar fredligt, men på riktigt, riktigt våldsamt.
Faktiskt, astronomer har bevis på att andra solsystem är självförstörande. 2008, ett team från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics upptäckte en planet i storlek Saturnus som kretsade kring en stjärna i stjärnbilden Centaurus som avgav alldeles för mycket värme för sin storlek. Forskarna tror nu att den stora planeten fortfarande utstrålar enorma mängder värme till följd av en kollision med en Uranus-stor protoplanet i det stjärnsystemets senaste förflutna.
År 2009, NASA:s Spitzer-rymdteleskop upptäckte efterdyningarna av en stor mashup mellan ett objekt på storleken på vår måne och ett annat på Merkurius storlek cirka 100 ljusår bort i stjärnbilden Pavo (påfågeln). Instrument på Spitzer upptäckte de signalerande signaturerna av amorf kiseldioxid, ett ämne som bildas på jorden när meteoriter slår ner i marken.
Även om vårt solsystem inte viker för orbitalt kaos och en biljardliknande krasch av de inre planeterna, vi kanske inte är på väg till ett lyckligt slut. På 5 miljarder år har när solen tar slut på sin bränsletillförsel, vår varma, underbara hörnet av universum kommer att bli ganska obehagligt. Inte långt efter det, vi försvinner in i magen på vår snabbt expanderande stjärna och sväljs hela. Hur som helst, kaosinducerad kollision eller stjärndöd, vår lilla blå värld går inte ut med ett gnäll, men med en smäll.
När jag skrev detta fick jag mig att tänka på en fras som jag ofta läste när jag var liten:"universums urverkets precision". Tydligen, universum springer inte med den tysta regelbundenheten av en svepande sekundvisare. När rymdteleskop och superdatorer tittar över kosmos och långt in i framtiden, vi hittar en orolig, osäkert universum. Men sluta inte betala dina skatter ännu - det verkar som om Internal Revenue Service inte kommer att försvinna när som helst snart.
