我们的小稳定

太阳总是从东方升起，四季交替，一年有365天或366天，冬天很冷，夏天很温暖……无聊。 但是，让我们享受这种无聊吧！ 首先，它不会永远持续下去。 其次，我们的小稳定只是整个混乱的太阳系中的一个特殊和暂时的情况。

太阳系中的行星、卫星和所有其他物体的运动似乎是有序和可预测的。 但如果是这样，你如何解释我们在月球上看到的所有陨石坑和我们系统中的许多天体？ 地球上也有很多，但由于我们有大气层，加上它的侵蚀、植被和水，我们无法像在其他地方那样清楚地看到地球灌木丛。

如果太阳系由完全按照牛顿原理运行的理想物质点组成，那么，知道太阳和所有行星的确切位置和速度，我们就可以在未来的任何时候确定它们的位置。 不幸的是，现实与牛顿简洁的动力学不同。

空间蝴蝶

自然科学的巨大进步正是从描述宇宙体的尝试开始的。 解释行星运动定律的决定性发现是由现代天文学、数学和物理学的“奠基人”做出的—— 哥白尼, 伽利略, 开普勒 i 牛顿. 然而，虽然两个天体在重力影响下相互作用的力学是众所周知的，但添加第三个物体（所谓的三体问题）使问题复杂化到我们无法解析解决的地步。

我们能预测地球的运动吗，比如说，提前十亿年？ 或者，换句话说：太阳系稳定吗？ 几代人以来，科学家们一直试图回答这个问题。 他们得到的第一个结果 彼得西蒙来自 拉普拉斯 i 约瑟夫·路易斯 拉格朗日，无疑提出了一个肯定的答案。

在 XNUMX 世纪末，解决太阳系的稳定性问题是最大的科学挑战之一。 瑞典国王 奥斯卡二世，他甚至为解决这个问题的人设立了一个特别奖。 1887年由法国数学家获得 亨利·庞加莱（HenriPoincaré）. 然而，他关于微扰方法可能不会导致正确分辨率的证据并不被认为是决定性的。

他为运动稳定性的数学理论奠定了基础。 亚历山大·拉普诺夫谁想知道混沌系统中两条接近轨迹之间的距离随着时间增加的速度有多快。 当在二十世纪下半叶。 爱德华·洛伦兹麻省理工学院的气象学家，建立了一个仅取决于十二个因素的简化天气变化模型，它与太阳系中物体的运动没有直接关系。 在他 1963 年的论文中，Edward Lorenz 表明，输入数据的微小变化会导致系统的行为完全不同。 这一特性，后来被称为“蝴蝶效应”，被证明是用于模拟物理、化学或生物学中各种现象的大多数动力系统的典型特征。

动力系统中混沌的根源是作用在连续物体上的同级力。 系统中的尸体越多，混乱就越多。 在太阳系中，由于所有成分的质量与太阳相比存在巨大的不均衡性，这些成分与恒星的相互作用占主导地位，因此用李雅普诺夫指数表示的混沌程度应该不大。 而且，根据洛伦兹的计算，我们不应该对太阳系的混沌本质感到惊讶。 如果具有如此大量自由度的系统是规则的，那将是令人惊讶的。

十年前 雅克·拉斯卡 在巴黎天文台，他对行星运动进行了上千次计算机模拟。 在它们中的每一个中，初始条件都没有显着差异。 建模显示，在接下来的 40 万年中，我们不会发生更严重的事情，但稍后在 1-2% 的情况下可能会发生 太阳系完全不稳定. 我们也有这 40 万年的时间可供我们支配，前提是某些不速之客、暂时未考虑的因素或新元素不会出现。

例如，计算表明，水星（太阳的第一颗行星）的轨道将在 5 亿年内发生变化，这主要是由于木星的影响。 这可能导致 地球与火星或水星相撞 确切地。 当我们输入其中一个数据集时，每个数据集包含 1,3 亿年。 水星可能落入太阳. 在另一个模拟中，结果证明在 820 亿年后 火星将被驱逐出系统, 40 万年后将来到 水星和金星的碰撞.

拉斯卡和他的团队对我们系统的动力学进行了一项研究，估计整个系统的拉普诺夫时间（即，可以准确预测给定过程的过程的时间段）为 5 万年。

事实证明，在确定行星的初始位置时，仅 1 公里的误差就可以在 1 万年内增加到 95 个天文单位。 即使我们以任意高但有限的准确度知道系统的初始数据，我们也无法预测它在任何时间段内的行为。 为了揭示混乱的系统的未来，我们需要无限精确地了解原始数据，这是不可能的。

此外，我们不确定。 太阳系的总能量. 但即使考虑到所有影响，包括相对论和更准确的测量，我们也不会改变太阳系的混沌性质，也无法预测它在任何给定时间的行为和状态。

一切都会发生

所以，太阳系只是混乱，仅此而已。 这种说法意味着我们无法预测地球的轨迹，比如 100 亿年。 另一方面，太阳系目前作为一个结构无疑保持稳定，因为表征行星路径的参数的微小偏差导致不同的轨道，但具有接近的特性。 因此，它不太可能在未来数十亿年内崩溃。

当然，可能已经提到了在上述计算中没有考虑到的新元素。 例如，该系统需要 250 亿年才能完成围绕银河系中心的轨道。 这一举动有后果。 不断变化的太空环境破坏了太阳与其他天体之间的微妙平衡。 当然，这是无法预测的，但碰巧这种不平衡会导致效果增加。 彗星活动. 这些物体比平时更频繁地飞向太阳。 这增加了它们与地球碰撞的风险。

4万年后的星星 格利瑟710 距离太阳 1,1 光年，可能会扰乱天体的轨道 奥尔特云 并增加彗星与太阳系内行星之一相撞的可能性。

科学家们依靠历史数据并从中得出统计结论，预测可能在 XNUMX 万年后 流星撞击地面 直径1公里，引发宇宙浩劫。 反过来，从 100 亿年的角度来看，一颗陨石的体积预计会与 65 万年前导致白垩纪大灭绝的陨石相媲美。

长达 500-600 亿年，您必须等待尽可能长的时间（再次，基于可用的数据和统计数据） 闪 或 超新星超能爆炸. 在这样的距离上，这些射线可能会影响地球的臭氧层并导致类似于奥陶纪大灭绝的大规模灭绝——如果关于这一点的假设是正确的话。 然而，发射的辐射必须准确地指向地球，才能在此处造成任何损害。

因此，让我们为我们所看到的和我们生活的世界的重复和微小的稳定感到高兴。 从长远来看，数学、统计和概率让他很忙。 幸运的是，这漫长的旅程是我们无法企及的。