№ 4

Декабрь/2022

Russian Traveler 04/2022

Хорошие новости! Солнечная система пока не собирается распадаться

Фото: rawpixel.com

Ну, хоть что-то позитивное.

Если вы лежали ночью в постели, думая о том, что планеты Солнечной системы вдруг разлетятся по всей Галактике, то можете пока успокоиться. Согласно новым подсчетам, у нас есть по крайней мере 100 000 лет, прежде чем это произойдет.

В новом исследовании математики Ангел Живков и Ивайло Тунчев из Софийского университета в Болгарии представили аналитическое доказательство стабильности Солнечной системы в течение следующих 100 тысячелетий, включая все восемь планет и Плутон.

Их расчеты, еще не прошедшие экспертную оценку, показывают, что орбиты этих тел за это время существенно не изменятся. Эти выводы могут показаться странными, ведь Солнечная система довольно стабильна уже более 4 миллиардов лет. Однако на деле непросто смоделировать и точно предсказать, что будет происходить с ней в будущем.

Конечно, уже проводились исследования, в которых ученые пытались рассчитать будущее Солнечной системы, используя передовые вычисления для моделирования движения планет на протяжении миллионов или миллиардов лет. Однако это слишком длительные отрезки времени, и из поля зрения могут уйти некоторые мелкие детали.

Хотя работа Живкова и Тунчева охватывает гораздо более короткий период времени, чем другие работы, они говорят, что она повышает достоверность результатов. Это связано с тем, что исследование учитывает отклонения в начальных условиях, таких как эксцентриситеты орбит и наклонения планет, а также массы всех тел в системе.

Окончательная судьба Солнечной системы долгое время ставила ученых в тупик. Исаак Ньютон предположил, что взаимодействие между планетами в конечном итоге приведет Солнечную систему к хаосу. С тех пор долговременная динамическая стабильность нашей родной планетной системы подвергается систематическому анализу.

Чем больше тел в динамической системе, тем сложнее предсказать, как они будут себя вести. Два тела, запертых на взаимной орбите, относительно просто математически описать и предсказать их будущее. Однако, чем больше тел вы добавляете, тем сложнее становится математика. Все потому, что ела начинают возмущать орбиты друг друга, добавляя элемент хаоса в систему. Это явление известно как проблема N тел.

В этом случае решения могут быть получены для конкретных индивидуальных случаев, но не существует единой формулы, описывающей все без исключения взаимодействия N тел. Солнечная система действительно очень сложна, и в ней находятся не только восемь планет и Солнце, но также астероиды, карликовые планеты и другие мелкие частицы, дрейфующие вокруг. Мы, вероятно, можем в основном не учитывать действительно мелкие объекты, такие как астероиды, но даже в этом случае в системе остается много тел.

Живков и Тунчев разработали численный метод, который переводит орбитальные элементы планет (и Плутона) в 54 обыкновенных дифференциальных уравнения первого порядка. Компьютерный код, запущенный на настольном компьютере, затем выполнил расчеты более чем за 6 290 000 шагов.

Расчеты показывают, что «конфигурация соприкасающихся эллипсов, по которым планеты движутся вокруг Солнца, будет оставаться стабильной по крайней мере 100 000 лет в том смысле, что большая полуось каждой планеты изменяется в пределах одного или менее одного процента», – пишут исследователи.

Другими словами, Солнечная система пока не собирается имитировать галактический бильярд. Даже когда начальные условия и массы были изменены, Солнечная система оставалась стабильной, и исследователи предполагают, что стабильность может в конечном итоге поддерживаться в течение миллиона или даже миллиарда лет, хотя для проведения таких расчетов потребуется более мощный компьютер.

Предыдущие расчеты показали, что Солнечной системе потребуется около 100 миллиардов лет, чтобы распасться и рассеяться по Млечному Пути. К тому времени Солнце будет полностью мертво и будет жить своей загробной жизнью в качестве белого карлика, поэтому человечество вряд ли сможет его увидеть, если только нам не удастся найти безопасную гавань где-то подальше от этого места.