Die Erde sollte wahrscheinlich nicht existieren. Dies liegt daran, dass die Umlaufbahnen der inneren Planeten des Sonnensystems – Merkur, Venus, Erde und Mars – chaotisch sind und Forscher glauben, dass diese inneren Planeten inzwischen miteinander kollidiert sein sollten. Dies geschah jedoch nicht.
Die neue Studie wurde am 3. Mai in der Zeitschrift veröffentlicht Körperliche Überprüfung X., könnte endlich erklären, warum.
Nachdem sie sich eingehend mit den Mustern der Planetenbewegung befasst hatten, entdeckten Wissenschaftler, dass die Bewegungen der inneren Planeten durch bestimmte Parameter begrenzt werden, die als Halteseil dienen und das Chaos im System eindämmen. Die Ergebnisse der neuen Studie liefern nicht nur eine mathematische Erklärung für die scheinbare Harmonie in unserem Sonnensystem, sondern können Wissenschaftlern auch dabei helfen, die Flugbahnen von Exoplaneten zu verstehen, die andere Sterne umkreisen.
Die Planeten üben ständig eine gegenseitige Anziehungskraft aufeinander aus – und diese kleinen Schlepper nehmen ständig subtile Anpassungen an den Umlaufbahnen der Planeten vor. Die äußeren Planeten, die viel größer sind, sind widerstandsfähiger gegen kleine Erschütterungen und behalten daher relativ stabile Umlaufbahnen bei.
Das Problem der inneren Bahnen der Planeten ist allerdings noch zu komplex für eine exakte Lösung. Ende des 19. Jahrhunderts bewies der Mathematiker Henri Poincaré, dass es mathematisch unmöglich ist, die Gleichungen zu lösen, die die Bewegung von drei oder mehr interagierenden Objekten beschreiben, auch bekannt als „Drei-Körper-Problem“. Infolgedessen nehmen die Unsicherheiten in den Details der Anfangspositionen und -geschwindigkeiten der Planeten mit der Zeit zu. Mit anderen Worten: Man kann zwei Szenarien annehmen, in denen sich die Abstände zwischen Merkur, Venus, Mars und Erde am wenigsten unterscheiden und in einem davon die Planeten miteinander kollidieren und im anderen in verschiedene Richtungen auseinanderlaufen.
Die Zeit, in der zwei Trajektorien mit nahezu identischen Anfangsbedingungen um einen bestimmten Betrag auseinanderlaufen, wird Ljapunow-Zeit eines chaotischen Systems genannt. Im Jahr 1989 schätzte Jacques Lascard, ein Astronom und wissenschaftlicher Direktor des Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung und des Pariser Observatoriums und Mitautor der neuen Studie, dass die charakteristische Lyapunov-Zeit für die Umlaufbahnen der Planeten im inneren Sonnensystem beträgt nur 5 Millionen Jahre.
„Im Wesentlichen bedeutet das, dass man alle 10 Millionen Jahre eine Ziffer verliert“, sagte Lascar gegenüber WordsSideKick.com. Wenn also beispielsweise die anfängliche Unsicherheit der Position des Planeten 15 Meter beträgt, dann wird diese Unsicherheit nach 10 Millionen Jahren 150 Meter betragen; Nach 100 Millionen Jahren gehen weitere 9 Ziffern verloren, was eine Unsicherheit von 150 Millionen Kilometern ergibt, was der Entfernung zwischen Erde und Sonne entspricht. „Im Grunde hat man keine Ahnung, wo sich der Planet befindet“, sagte Lascar.
Während 100 Millionen Jahre wie eine lange Zeit erscheinen mögen, gibt es das Sonnensystem selbst schon seit mehr als 4,5 Milliarden Jahren, und das Fehlen von Ereignissen – wie etwa Planetenkollisionen oder das Herausschleudern eines Planeten aus all dieser chaotischen Bewegung – hat lange Rätsel aufgegeben Wissenschaftler.
Dann betrachtete Laskar das Problem auf eine andere Art und Weise: indem er die inneren Flugbahnen der Planeten über die nächsten 5 Milliarden Jahre hinweg simulierte und sich von einem Moment zum nächsten bewegte. Er stellte fest, dass die Wahrscheinlichkeit, dass die Planeten kollidieren, nur bei 1 % liegt. Mit dem gleichen Ansatz berechnete er, dass es durchschnittlich etwa 30 Milliarden Jahre dauern würde, bis die Planeten kollidieren.
Als Lascar und seine Kollegen tiefer in die Mathematik eintauchten, entdeckten sie zum ersten Mal „Symmetrien“ oder „konservative Größen“ in Gravitationswechselwirkungen, die eine „praktische Barriere für die chaotische Wanderung von Planeten“ schaffen, sagte Lascar.
Diese austretenden Mengen bleiben nahezu konstant und hemmen bestimmte chaotische Bewegungen, verhindern sie aber nicht vollständig, so wie der erhöhte Rand eines Speisetellers das Herunterfallen von Speisen vom Teller verlangsamt, aber nicht vollständig verhindert. Diesen Größen verdanken wir die scheinbare Stabilität unseres Sonnensystems.
Renu Malhotra, Professor für Planetenwissenschaften an der University of Arizona, der nicht an der Studie beteiligt war, betonte, wie subtil die in der Studie gefundenen Mechanismen seien. Malhotra sagte gegenüber WordsSideKick.com, es sei interessant, dass „die Umlaufbahnen der Planeten in unserem Sonnensystem ein außergewöhnlich schwaches Chaos aufweisen“.
In einer anderen Arbeit suchen Lascar und seine Kollegen nach Hinweisen, ob die Anzahl der Planeten im Sonnensystem jemals anders war als die, die wir jetzt beobachten. Trotz aller scheinbaren Stabilität heute bleibt die Frage offen, ob dies in den Milliarden Jahren vor der Entstehung des Lebens immer der Fall war.
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