La Terra probabilmente non dovrebbe esistere. Questo perché le orbite dei pianeti interni del sistema solare - Mercurio, Venere, Terra e Marte - sono caotiche e i ricercatori ritengono che ormai questi pianeti interni dovrebbero essersi scontrati tra loro. Ma questo non è successo.
Il nuovo studio, pubblicato il 3 maggio sulla rivista Revisione fisica X, può finalmente spiegare perché.
Dopo aver approfondito gli schemi del moto planetario, gli scienziati hanno scoperto che i moti dei pianeti interni sono limitati da determinati parametri che agiscono come un legame che trattiene il caos del sistema. Oltre a fornire una spiegazione matematica per l'apparente armonia nel nostro sistema solare, i risultati del nuovo studio possono aiutare gli scienziati a comprendere le traiettorie degli esopianeti in orbita attorno ad altre stelle.
I pianeti esercitano costantemente una reciproca attrazione gravitazionale l'uno sull'altro e questi piccoli rimorchiatori apportano costantemente sottili aggiustamenti alle orbite dei pianeti. I pianeti esterni, molto più grandi, sono più resistenti ai piccoli urti e quindi mantengono orbite relativamente stabili.
Il problema delle traiettorie interne dei pianeti, tuttavia, è ancora troppo complesso per una soluzione esatta. Alla fine del XIX secolo, il matematico Henri Poincaré dimostrò che è matematicamente impossibile risolvere le equazioni che descrivono il moto di tre o più oggetti interagenti, noto anche come “problema dei tre corpi”. Di conseguenza, le incertezze nei dettagli delle posizioni iniziali e delle velocità dei pianeti aumentano nel tempo. In altre parole: puoi prendere due scenari in cui le distanze tra Mercurio, Venere, Marte e la Terra differiscono della quantità minima, e in uno di essi i pianeti si scontrano tra loro e nell'altro divergono in direzioni diverse.
Il tempo per il quale due traiettorie con condizioni iniziali quasi identiche divergono di una certa quantità è chiamato tempo di Lyapunov di un sistema caotico. Nel 1989, Jacques Lascard, astronomo e direttore scientifico del Centro nazionale per la ricerca scientifica e dell'Osservatorio di Parigi e coautore del nuovo studio, ha stimato che il tempo caratteristico di Lyapunov per le orbite dei pianeti nel sistema solare interno è solo 5 milioni di anni.
"Essenzialmente, ciò significa che perdi una cifra ogni 10 milioni di anni", ha detto Lascar a WordsSideKick.com. Quindi, ad esempio, se l'incertezza iniziale della posizione del pianeta è di 15 metri, dopo 10 milioni di anni questa incertezza sarà di 150 metri; dopo 100 milioni di anni si perdono altre 9 cifre, dando un'incertezza di 150 milioni di chilometri, pari alla distanza tra la Terra e il Sole. "Fondamentalmente, non hai idea di dove sia il pianeta", ha detto Lascar.
Anche se 100 milioni di anni possono sembrare un tempo lungo, il Sistema Solare stesso esiste da più di 4,5 miliardi di anni e la mancanza di eventi, come le collisioni planetarie o l'espulsione di un pianeta da tutto questo movimento caotico, ha lasciato a lungo perplessi scienziati.
Poi Laskar ha affrontato il problema in modo diverso: simulando le traiettorie interne dei pianeti nei successivi 5 miliardi di anni, passando da un momento all'altro. Ha trovato solo l'1% di possibilità che i pianeti si scontrassero. Usando lo stesso approccio, calcolò che ci sarebbero voluti in media circa 30 miliardi di anni prima che i pianeti si scontrassero.
Scavando più a fondo nella matematica, Lascar ei suoi colleghi hanno scoperto per la prima volta "simmetrie" o "quantità conservative" nelle interazioni gravitazionali che creano una "barriera pratica al vagare caotico dei pianeti", ha detto Lascar.
Queste quantità emergenti rimangono pressoché costanti e inibiscono certi movimenti caotici, ma non li impediscono del tutto, proprio come il bordo rialzato di un piatto piano rallenta ma non impedisce del tutto al cibo di cadere dal piatto. Dobbiamo queste quantità per l'apparente stabilità del nostro sistema solare.
Renu Malhotra, professore di scienze planetarie presso l'Università dell'Arizona che non è stato coinvolto nello studio, ha sottolineato quanto siano sottili i meccanismi trovati nello studio. Malhotra ha detto a WordsSideKick.com che è interessante che "le orbite dei pianeti nel nostro sistema solare mostrino un caos eccezionalmente debole".
In altri lavori, Lascar ei suoi colleghi stanno cercando indizi sul fatto che il numero di pianeti nel sistema solare sia mai stato diverso da quello che osserviamo ora. Nonostante tutta l'apparente stabilità odierna, rimane aperta la questione se sia sempre stato così durante i miliardi di anni prima della comparsa della vita.
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