轨道混乱会导致地球,金星和火星碰撞吗?

作者:威廉·哈里斯(William Harris)

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这张照片使地球的轨道看起来很整洁 - 固定了。混乱理论会弄乱这种发条精度吗?

公平警告:如果您提到某人时,请扬起眉毛蝴蝶效应,“那么您可能现在想停止阅读。但是,如果您喜欢造成宇宙的黑色,神秘的腹部以查看发生了什么,请继续。

我们都知道太阳系的行星围绕着太阳以平静,有序的方式。实际上,行星以这种发条精度移动,以至于天文学家可以计算轨道特征 - 过渡,日食,对齐 - 确定。想要未来10,000年的太阳能日食清单吗?没问题。

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现在,假设您想进一步研究未来 - 不是数千年,而是数十亿年。那些尘土飞扬的天文表如何支撑?如果您考虑到混乱理论的原则,那就不好了。混沌理论说在一个非常复杂的系统中的小输入可以产生大规模的输出。这是上述蝴蝶效应:蝴蝶在南美的翅膀拍打,一场雷暴可以在澳大利亚布里斯班的几个大洲发展。现在,一些科学家提出,太阳系的演变可能会遵守混乱理论,而进入未来的方式,地球可以与任何一员碰撞金星要么火星

在2009年的《自然》(Jacques Laskar)和米卡·加斯托(MickaëlGastineau)中提出这一建议的科学家正在巴黎天文台工作。但是科学家没有使用任何观测站的望远镜来生成其数据。取而代之的是,他们徘徊在计算机上,包括位于中心Informatique National de L'EnseignementSupérieur或Cines(国家高等教育和研究中心)的Jade SuperCuputer。

所有这些计算能力似乎都像过度杀伤力,科学家的版本肌肉车,直到您意识到他们试图计算的内容。它与牛顿的通用重力定律

记住如何艾萨克爵士告诉我们,任何两个物体之间都存在普遍的引力力吗?这种力与物体的质量直接成正比,并且与将它们的距离平方成反比。然后,他提出,太阳的重力是将行星固定在轨道上的原因。但是,根据牛顿自己的法律,包括卫星和小行星在内的太阳系中的行星和所有其他物体也必须彼此之间有点重力。这些力的复杂相互作用能否导致太阳系的稳定性随着时间的流逝而降解?在短期内,没有。即使在更长的时间内,天文学家通常认为太阳系将保持稳定。

然后,一些疯狂的宇宙学家开始怀疑混沌理论是否适用于行星轨道。如果是这样,随着时间的流逝,行星运动的小变化可能会被放大到实质性的事物中。但是要花多长时间?几千年来?百万?数十亿?

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计算机代码和混乱

要回答这个问题,您需要考虑所有行星的运动,以及随着运动发生的所有力量。然后,您需要让太阳系运行,就像,使行星在数十万轨道上循环。发生这种情况时,您需要跟踪有关每个星球的关键数据。收集最重要的数据之一是轨道偏心- 衡量行星偏离完美圆形形状多远的量度 - 因为偏心率决定了两个行星是否占据相同的领空并承担着近距离接触的风险。

认为您可以在头部或使用太阳能系统的台式机模型中运行这样的模拟?可能不会。不过,超级计算机可以,这就是为什么拉斯卡和加斯托诺选择玉器超级计算机来进行繁重的原因。他们的输入包括2,501个轨道场景,每个场景都只需几毫米改变汞轨道[来源:Laskar和Gastineau]。他们之所以选择水星,是因为作为太阳系的运行,它是最大的推动力,并且因为它的轨道与木星同步以创建在整个太阳系中荡漾的更改。

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对于每种假设的情况,他们跟踪了所有行星的运动超过50亿年(估计的寿命太阳),让计算机进行所有复杂的计算。即使在JADE单元中使用高功率的CPU,每个解决方案也需要四个月的计算才能产生结果。

幸运的是生命地球,太阳系在99%的法国对场景中保持稳定 - 没有行星在碰撞课程上或从其轨道上弹出[来源:Laskar和Gastineau]。但是在其中1%的地方,轨道混乱具有最大的累积作用,水星的轨道变得偏心足以引起太阳系的灾难性变化。其中一些灾难仅涉及汞,它们可能会坠入阳光或从轨道上脱落并撞向太空。但是,其他更令人不安的场景与地球碰撞到这两种情况火星或金星。与金星的碰撞将通过五个步骤发生,所有这些都说明了轨道混乱的累积影响[来源:Laskar和Gastineau]:

  1. 首先,木星与汞之间的相互作用在约31.37亿年中导致后者星球的偏心率增加。这将非圆形角动量从外行星转移到内行星。
  2. 这种转移破坏了内部行星,增加了地球,金星和火星的偏心。
  3. 地球几乎与火星失踪,这使火星的怪癖更加困扰。
  4. 随后的共鸣,或同步,加强相互作用,内部行星之间的相互作用降低了汞的偏心率,并增加了金星和地球的偏心率。
  5. 金星和地球几乎没有错过,直到3.3528.81亿年,这两个行星在史诗般的爆炸中碰撞,这会破坏两个世界。

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再说一次,也许不是

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艺术家的黎明轨道概念。天文学家对大型小行星是否可以与小行星谷神星进行暴力聚会非常感兴趣。
图片提供NASA/JPL-Caltech

当然,这些预测根本没有准确。在2011年,ASNASA黎明航天器溜进小行星维斯塔(Vesta)的轨道,拉斯卡(Laskar小行星和行星。他得出的结论是,维斯塔与谷神星之间的相互作用将迅速扩大甚至最小的测量错误,使得无法预测行星轨道和碰撞的威胁 - 未来超过6000万年[来源:来源:shiga]。尽管在这些情况下,Vesta和Ceres之间的碰撞似乎很可能,但地球上发生的事情充其量是不确定的。

那么,这个看似矛盾的信息意味着什么?首先,太阳能系统充满了很多东西,所有这些物体,根据牛顿的法律,都互相施加力。其次,这些力量可以改变行星轨道 - 很多 - 即使我们无法衡量人类历史上的变化。最后,这很有趣,宇宙不会和平地产卵(或破坏)世界,但确实非常猛烈。

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实际上,天文学家有其他太阳系自毁的证据。2008年,哈佛大学天体物理学中心的一支团队发现了一个土星大小的行星,绕着Centellation Centaurus绕着一颗星星绕着一颗星星,该星人的大小过多。科学家们认为,现在,大行星仍在散发出与天王大肌大小的原生星际行星在该星系最近的过去相撞导致的大量热量。

2009年,NASA的Spitzer Space望远镜发现了我们的大小与我们的物体之间的混搭之后月亮在帕沃(Pavo)星座(孔雀)中,另一个汞含量约为100光年。Spitzer上的仪器检测到了无定形二氧化硅的细胞特征,该物质形成在地球当陨石撞到地面时。

即使我们的太阳系没有屈服于轨道混乱和内在行星的台球般的崩溃,我们也可能不会进入幸福的结局。在50亿年的时间里,当太阳耗尽其燃料供应时,我们温暖,奇妙的角落将开始变得非常不舒服。此后不久,我们将消失在快速扩张的星星的腹部,并被整体吞噬。无论哪种方式,混乱引起的碰撞或出色的死亡,我们的微小蓝色世界都不会带着whimper,而是爆炸。

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作者的笔记

写这篇文章让我想到了我小时候经常读过的一句话:“宇宙的发条精度”。显然,宇宙并没有以扫地二手的安静规律性奔跑。随着太空望远镜和超级计算机遍布宇宙,并在未来的范围内,我们发现了一个不安定的,不确定的宇宙。但是,不要停止缴税 - 似乎内部税收服务不会很快消失。

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来源

  • 法国碱。研究说:“地球人可能会发生碰撞。”宇宙杂志。2009年6月11日。(2012年2月20日)http://www.cosmosmogazine.com/news/2803/when-worlds-collide-earth-mars-mars-impact-
  • 南希阿特金森。“金星的旋转会放慢吗?”今天的宇宙。2012年2月10日。(2012年2月20日)
  • 英国广播公司的新闻。“发现了行星碰撞的痕迹。”2009年8月11日。(2012年2月20日)http://news.bbc.co.uk/2/hi/8195467.stm
  • Genci。“ Genci的新147 TF SGI/Intel处理器的超级计算机。”2008年11月20日。(2012年2月20日)http://www.genci.fr/spip.php?article32
  • 雅克·拉斯卡(Jacques Laskar)网站。(2012年2月20日)
  • Laskar,Jacques和MickaëlGastineau。“存在汞,火星和金星与地球的碰撞轨迹。”自然信件。2009年6月11日。
  • Lovett,Richard A.“发现了巨大的行星碰撞证据。”国家地理。2008年1月10日。(2012年2月20日)http://news.nationalgeographic.com/news/2008/01/080110-worlds-collide.html
  • 帕尔卡,乔。“碰撞行星(不要惊慌)。”NPR ScienceFriday。2009年6月12日。(2012年2月20日)http://www.sciencefriday.com/program/archives/200906122
  • Shiga,大卫。“探测的目标是太阳系的云'水晶球'。”新科学家。2011年7月15日。(2012年2月20日)http://www.newscientist.com/article/mg21128223.100-probes-targets-cloud-cloud-crystal-crystal-crystal-crystal-for-solarsystem.html

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