Quell'immagine fa sembrare le orbite del pianeta così ordinate e fisse. La teoria del caos potrebbe interferire con quella precisione di un orologio? Zoonar/Thinkstock Avviso equo:se alzi le sopracciglia esasperate ogni volta che qualcuno menziona "l'effetto farfalla, " allora potresti voler smettere di leggere ora. Se, però, ti piace stuzzicare il nero, misterioso ventre dell'universo per vedere cosa succede, quindi per favore continua.
Sappiamo tutti che i pianeti del sistema solare ruotano intorno al sole in una calma, modo ordinato. Infatti, i pianeti si muovono con una precisione così meccanica che gli astronomi possono calcolare le caratteristiche orbitali:transiti, eclissi, allineamenti - con certezza. Vuoi un elenco di eclissi solari per i prossimi 10, 000 anni? Nessun problema.
Ora diciamo che vuoi guardare più lontano nel futuro, non migliaia di anni, ma miliardi. Come reggono allora quelle polverose tavole astronomiche? Non così bene, se si prendono in considerazione i principi della teoria del caos. Teoria del caos afferma che piccoli input in un sistema enormemente complesso possono produrre output su larga scala. Questo è il suddetto effetto farfalla:quando una farfalla sbatte le ali in Sud America, un temporale può svilupparsi a pochi continenti di distanza -- su Brisbane, Australia, diciamo. Alcuni scienziati ora propongono che l'evoluzione del sistema solare possa aderire alla teoria del caos e che, modo, modo, strada verso il futuro, La Terra potrebbe scontrarsi con Venere o Marte.
Gli scienziati che hanno fatto questa proposta in un numero del 2009 di Nature - Jacques Laskar e Mickaël Gastineau - stavano lavorando all'Osservatorio di Parigi. Ma gli scienziati non hanno usato nessuno dei telescopi dell'osservatorio per generare i loro dati. Anziché, si libravano sui computer, compreso il supercomputer JADE situato presso il Centre Informatique National de l'Enseignement Supérieur, o CINES (Centro Nazionale di Informatica per l'Istruzione Superiore e la Ricerca).
Tutta quella potenza di calcolo potrebbe sembrare eccessiva, la versione scientifica di una muscle car, finché non ti rendi conto di cosa stavano cercando di calcolare. Ha a che fare con Newton legge di gravitazione universale .
Ricordi come Sir Isaac ci ha detto che esiste una forza di gravitazione universale tra due oggetti qualsiasi? Questa forza è direttamente proporzionale alle masse degli oggetti e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che li separa. Ha poi proposto che la gravità del sole è ciò che tiene i pianeti nelle loro orbite. Ma, secondo la stessa legge di Newton, i pianeti e tutti gli altri oggetti del sistema solare, comprese lune e asteroidi, devono anche esercitare un po' di magia gravitazionale l'uno sull'altro. La complessa interazione di queste forze potrebbe causare il degrado della stabilità del sistema solare nel tempo? A breve termine, no. Anche per periodi più lunghi, gli astronomi generalmente credevano che il sistema solare sarebbe rimasto stabile.
Quindi, alcuni folli cosmologi cominciarono a chiedersi se la teoria del caos si applicasse alle orbite planetarie. Se è così, piccoli cambiamenti nei movimenti planetari potrebbero essere ingigantiti nel tempo in qualcosa di sostanziale. Ma quanto tempo ci vorrebbe? Migliaia di anni? Milioni? Miliardi?
Per rispondere a questa domanda, dovresti tenere conto dei movimenti di tutti i pianeti, così come tutte le forze che vengono esercitate mentre si verifica quel movimento. Allora dovresti far funzionare il sistema solare, come un orologio, in modo che i pianeti abbiano attraversato centinaia di migliaia di orbite. Poiché ciò è avvenuto, dovresti tenere traccia dei dati chiave su ciascun pianeta. Uno dei dati più importanti da raccogliere sarebbe eccentricità orbitale -- la misura di quanto un pianeta si discosta da una forma perfettamente circolare -- perché l'eccentricità determina se due pianeti occupano lo stesso spazio aereo e corrono il rischio di avere un incontro ravvicinato.
Pensi che saresti in grado di eseguire una simile simulazione nella tua testa o con un modello desktop del sistema solare? Probabilmente no. Tuttavia, un supercomputer può ecco perché Laskar e Gastineau hanno scelto il supercomputer JADE per svolgere il loro lavoro pesante. I loro ingressi consistevano in 2, 501 scenari orbitali, dove ognuno ha alterato l'orbita di Mercurio di pochi millimetri [fonte:Laskar e Gastineau]. Hanno scelto Mercurio perché, come il più piccolo del sistema solare, è il più grande successo e poiché la sua orbita si sincronizza con quella di Giove per creare cambiamenti che si propagano attraverso l'intero sistema solare.
Per ogni scenario ipotetico, hanno seguito il moto di tutti i pianeti per più di 5 miliardi di anni (la durata stimata della vita del sole), lasciando che il computer esegua tutti i calcoli complessi. Anche con la CPU ad alta potenza nell'unità JADE, ogni soluzione ha richiesto quattro mesi di elaborazione per generare risultati.
Fortunatamente per la vita sulla Terra, il sistema solare rimane stabile nel 99% degli scenari della coppia francese:nessun pianeta viene impostato su rotte di collisione o viene espulso dalle loro orbite [fonte:Laskar e Gastineau]. Ma nell'1% di loro, dove il caos orbitale ha il maggior effetto cumulativo, L'orbita di Mercurio diventa abbastanza eccentrica da causare cambiamenti catastrofici nel sistema solare. Alcune di queste catastrofi coinvolgono solo Mercurio, che potrebbe schiantarsi contro il sole o essere spostato dalla sua orbita e scagliato nello spazio. Ma altro, scenari più preoccupanti si verificano con la Terra che si scontra con Marte o Venere. Una collisione con Venere avverrebbe attraverso cinque passaggi, tutto ciò illustra gli effetti cumulativi del caos orbitale [fonte:Laskar e Gastineau]:
Se esiste il caos orbitale, i suoi effetti non possono essere visti su brevi intervalli di tempo. Ma gli astronomi stanno raccogliendo altri indizi sull'instabilità del moto planetario. Nel febbraio 2012, la navicella spaziale Venus Express dell'Agenzia spaziale europea ha scrutato attraverso le dense nubi venusiane aspettandosi di vedere alcune caratteristiche della superficie che avrebbero dovuto essere lì, sulla base dei dati di Magellan presi 16 anni prima. Anziché, quelle caratteristiche sono state spostate di 12 miglia (20 chilometri), suggerendo che la rotazione del pianeta sta rallentando. Gli astronomi indicano l'elevata pressione atmosferica del pianeta e i forti venti, che creano attrito sulla superficie, come possibile causa. Se i dati sono corretti, un giorno su Venere potrebbe ora durare quasi 250 giorni terrestri [fonte:Atkinson].
Concetto artistico di Dawn in orbita attorno a Vesta. Gli astronomi sono piuttosto interessati al fatto che l'enorme asteroide possa avere un violento incontro con l'asteroide Cerere. Immagine per gentile concessione della NASA/JPL-Caltech Certo, nessuna di queste previsioni può essere affatto accurata. Nel 2011, mentre la navicella spaziale Dawn della NASA scivolava in orbita attorno all'asteroide Vesta, Laskar ha verificato le interazioni caotiche tra Vesta e il compagno asteroide Cerere, e tra i due grandi asteroidi e i pianeti. Ciò che ha concluso è che le interazioni tra Vesta e Cerere amplificheranno rapidamente anche il più piccolo errore di misurazione, rendendo impossibile prevedere le orbite planetarie - e le minacce di collisioni - oltre 60 milioni di anni nel futuro [fonte:Shiga]. Mentre le collisioni tra Vesta e Cerere sembrano probabili in questi scenari, ciò che accade ai pianeti è nella migliore delle ipotesi incerto.
Così, cosa significa questa informazione apparentemente contraddittoria? Primo, il sistema solare è pieno di un sacco di cose e che tutti questi oggetti, secondo le leggi di Newton, esercitare forze l'uno sull'altro. Secondo, queste forze possono cambiare le orbite planetarie - molto - anche se non possiamo misurare quei cambiamenti nel corso della storia dell'umanità. Finalmente, e questo è divertente, l'universo non genera (o distrugge) mondi pacificamente, ma veramente, davvero violentemente.
Infatti, gli astronomi hanno prove di altri sistemi solari che si autodistruggono. Nel 2008, un team dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ha individuato un pianeta delle dimensioni di Saturno in orbita attorno a una stella nella costellazione del Centauro che emetteva troppo calore per le sue dimensioni. Gli scienziati ora credono che il grande pianeta stia ancora irradiando enormi quantità di calore derivante da una collisione con un protopianeta delle dimensioni di Urano nel recente passato di quel sistema stellare.
Nel 2009, Il telescopio spaziale Spitzer della NASA ha individuato le conseguenze di un grande mashup tra un oggetto delle dimensioni della nostra luna e un altro delle dimensioni di Mercurio a circa 100 anni luce di distanza nella costellazione del Pavo (il pavone). Gli strumenti su Spitzer hanno rilevato le tracce rivelatrici della silice amorfa, una sostanza che si forma sulla Terra quando i meteoriti si schiantano al suolo.
Anche se il nostro sistema solare non soccombe al caos orbitale e allo schianto simile a quello di un biliardo dei pianeti interni, potremmo non essere diretti a un lieto fine. In 5 miliardi di anni, quando il sole esaurisce la sua scorta di carburante, il nostro caldo, meraviglioso angolo dell'universo inizierà a diventare piuttosto scomodo. Non molto tempo dopo, scompariremo nel ventre della nostra stella in rapida espansione e saremo inghiottiti interi. In entrambi i casi, collisione indotta dal caos o morte stellare, il nostro piccolo mondo blu non uscirà con un piagnucolio, ma con il botto.
Scrivere questo mi ha fatto pensare a una frase che leggevo spesso da bambino:"la precisione meccanica dell'universo". Apparentemente, l'universo non funziona con la quieta regolarità di una lancetta dei secondi travolgente. Mentre i telescopi spaziali e i supercomputer guardano attraverso il cosmo e lontano nel futuro, stiamo trovando un instabile, universo incerto. Ma non smettere ancora di pagare le tasse:sembra che l'Internal Revenue Service non se ne andrà presto.
