Trái đất có lẽ không nên tồn tại. Điều này là do quỹ đạo của các hành tinh bên trong hệ mặt trời - Sao Thủy, Sao Kim, Trái đất và Sao Hỏa - rất hỗn loạn và các nhà nghiên cứu tin rằng những hành tinh bên trong này lẽ ra phải va chạm với nhau. Nhưng điều này đã không xảy ra.
Nghiên cứu mới, được công bố ngày 3 tháng trên tạp chí Đánh giá vật lý X, cuối cùng có thể giải thích tại sao.
Sau khi nghiên cứu sâu về mô hình chuyển động của các hành tinh, các nhà khoa học phát hiện ra rằng chuyển động của các hành tinh bên trong bị giới hạn bởi một số tham số đóng vai trò như một sợi dây buộc hạn chế sự hỗn loạn của hệ thống. Ngoài việc đưa ra lời giải thích toán học cho sự hài hòa rõ ràng trong hệ mặt trời của chúng ta, kết quả của nghiên cứu mới có thể giúp các nhà khoa học hiểu được quỹ đạo của các ngoại hành tinh quay quanh các ngôi sao khác.
Các hành tinh liên tục tạo ra lực hấp dẫn lẫn nhau lên nhau – và những lực kéo nhỏ này liên tục tạo ra những điều chỉnh tinh vi đối với quỹ đạo của các hành tinh. Các hành tinh bên ngoài, lớn hơn nhiều, có khả năng chống lại những cú sốc nhỏ tốt hơn và do đó duy trì quỹ đạo tương đối ổn định.
Tuy nhiên, vấn đề về quỹ đạo bên trong của các hành tinh vẫn còn quá phức tạp để có một lời giải chính xác. Vào cuối thế kỷ 19, nhà toán học Henri Poincaré đã chứng minh rằng về mặt toán học không thể giải các phương trình mô tả chuyển động của ba hoặc nhiều vật thể tương tác, còn được gọi là “bài toán ba vật thể”. Kết quả là, độ không đảm bảo trong các chi tiết của vị trí ban đầu và vận tốc của các hành tinh tăng theo thời gian. Nói cách khác: Bạn có thể thực hiện hai kịch bản trong đó khoảng cách giữa Sao Thủy, Sao Kim, Sao Hỏa và Trái đất chênh lệch nhau một lượng nhỏ nhất và ở một trong số chúng, các hành tinh va chạm với nhau và ở kịch bản kia - phân kỳ theo các hướng khác nhau.
Thời gian mà hai quỹ đạo với các điều kiện ban đầu gần như giống hệt nhau phân kỳ một lượng nhất định được gọi là thời gian Lyapunov của một hệ thống hỗn loạn. Năm 1989, Jacques Lascard, một nhà thiên văn học và giám đốc khoa học của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia và Đài thiên văn Paris và là đồng tác giả của nghiên cứu mới, ước tính rằng thời gian Lyapunov đặc trưng cho quỹ đạo của các hành tinh trong hệ mặt trời bên trong là chỉ 5 triệu năm.
"Về cơ bản, điều đó có nghĩa là cứ 10 triệu năm bạn lại mất đi một chữ số," Lascar nói với Live Science. Vì vậy, ví dụ, nếu độ bất định ban đầu về vị trí của hành tinh là 15 mét, thì sau 10 triệu năm độ bất định này sẽ là 150 mét; sau 100 triệu năm, 9 chữ số khác bị mất, tạo ra độ bất định là 150 triệu km, tương đương với khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời. "Về cơ bản, bạn không biết hành tinh này ở đâu," Lascar nói.
Mặc dù 100 triệu năm có vẻ như là một khoảng thời gian dài, nhưng bản thân Hệ Mặt trời đã tồn tại hơn 4,5 tỷ năm và việc thiếu vắng các sự kiện – chẳng hạn như các vụ va chạm giữa các hành tinh hoặc sự đẩy một hành tinh ra khỏi toàn bộ chuyển động hỗn loạn này – đã khiến nhiều người bối rối từ lâu. các nhà khoa học.
Sau đó, Laskar xem xét vấn đề theo một cách khác: bằng cách mô phỏng quỹ đạo bên trong của các hành tinh trong 5 tỷ năm tới, di chuyển từ thời điểm này sang thời điểm tiếp theo. Ông chỉ tìm thấy 1% khả năng các hành tinh va chạm. Sử dụng phương pháp tương tự, ông tính toán rằng sẽ mất trung bình khoảng 30 tỷ năm để các hành tinh va chạm.
Tìm hiểu sâu hơn về toán học, Lascar và các đồng nghiệp của ông lần đầu tiên phát hiện ra "sự đối xứng" hoặc "đại lượng bảo toàn" trong các tương tác hấp dẫn tạo ra "rào cản thực tế đối với sự di chuyển hỗn loạn của các hành tinh", Lascar nói.
Các đại lượng nổi lên này gần như không đổi và ức chế một số chuyển động hỗn loạn nhất định, nhưng không ngăn chặn hoàn toàn chúng, giống như mép đĩa ăn tối làm chậm lại nhưng không ngăn chặn hoàn toàn thức ăn rơi ra khỏi đĩa. Chúng ta có thể nợ những đại lượng này cho sự ổn định rõ ràng của hệ mặt trời của chúng ta.
Renu Malhotra, giáo sư khoa học hành tinh tại Đại học Arizona, người không tham gia vào nghiên cứu, nhấn mạnh mức độ tinh vi của các cơ chế được tìm thấy trong nghiên cứu. Malhotra nói với Live Science rằng điều thú vị là "quỹ đạo của các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta thể hiện sự hỗn loạn đặc biệt yếu."
Trong một nghiên cứu khác, Lascar và các đồng nghiệp của ông đang tìm kiếm manh mối về việc liệu số lượng hành tinh trong hệ mặt trời có bao giờ khác với những gì chúng ta quan sát được hiện nay hay không. Bất chấp tất cả sự ổn định rõ ràng ngày nay, câu hỏi liệu điều này có luôn xảy ra trong hàng tỷ năm trước khi sự sống xuất hiện hay không vẫn còn bỏ ngỏ.
Đọc thêm: