W Układzie Słonecznym panuje spokój. Jak długo potrwa?

Układ Słoneczny postrzegany z perspektywy człowieka wydaje się niewiarygodnie spokojnym miejscem. Od tysięcy lat ludzie wpatrujący się w niebo mogą oglądać te same planety krążące w niezmiennej harmonii. Jednak początki były dość burzliwe. Wystarczy wspomnieć o zderzeniu młodej Ziemi z obiektem o planetarnych rozmiarach, które w efekcie doprowadziło do powstania Księżyca. Albo o podróży, którą odbył Jowisz na samym początku swojego życia: najprawdopodobniej powstał on zdecydowanie bliżej Słońca, niż znajduje się dzisiaj, a następnie zwiększał swoją odległość, dopóki nie został powstrzymany przez kolejnego gazowego olbrzyma – Saturna. Wczesna interakcja tych dwóch planet mogła wywołać wydarzenie znane jako Późne Zmasowane Bombardowanie (Late Heavy Bombardment), czyli zintensyfikowane zaburzenia orbit planetoid, które doprowadziło do dużej ilości zderzeń między tymi obiektami i planetami.

Później w Układzie Słonecznym zapanował spokój. Tylko jak długo potrwa? Czy planety będą krążyć po dobrze nam znanych orbitach aż do końca swoich dni, czyli do czasu, gdy Słońce stanie się czerwonym olbrzymem i pochłonie wszystkie planety skaliste. Czy może Układ Słoneczny rozsypie się na znacznie wcześniej i planety spadną na Słońce lub zaczną dryfować w zimnej przestrzeni kosmicznej?

Niestabilność przewidywana

Nad tym problemem głowił się już Isaac Newton. Konsekwencją istnienia opisanej przez niego siły grawitacji jest przecież nie tylko fakt, że Słońce przyciąga wszystkie planety, ale również to, że wpływ na otoczenie wywiera każde ciało posiadające masę. Jak w tym chaotycznym wirze wzajemnego przyciągania się planet nasz Układ może być stabilny? Wielkie umysły takie jak Joseph Louis Lagrange, Pierre Simon de Laplace czy Henri Poincaré, proponowały różne odpowiedzi, jednak żaden z nich nie był w stanie udzielić ostatecznej. Ograniczenia są ściśle matematyczne: jeżeli w układzie są więcej niż dwa obiekty, nie da się go rozwiązać kompletnie. To znaczy, że każde rozwiązanie będzie wyłącznie przybliżone.

Komputery są świetnym narzędziem zwiększającym dokładność przybliżonego wyniku. Dzięki nim naukowcy z pomocą symulacji komputerowych byli w stanie wysondować przyszłość Układu Słonecznego. Z jednej strony dowiedzieli się więc, że w skali kilku milionów lat orbity planet skalistych będą niestabilne. Z drugiej jednak obliczyli, że prawdopodobieństwo wypadnięcia Merkurego z orbity w ciągu najbliższych 5 miliardów lat wynosi zaledwie 1 proc.

Stabilność długoterminowa

Nowe badania sugerują przełom. Naukowcy z Observatoire de Paris odkryli potencjalny sposób pogodzenia tych sprzecznych konkluzji. Znaleźli porządek w chaosie – opisany przez Federico Mogavero wraz ze współautorami w „Physical Review”. Ich symulacje komputerowe ewolucji Układu Słonecznego sugerują, że chwilowe niestabilności dotyczą głównie położeń planet na orbitach, ale nie samych orbit. Krótkotrwałe zmiany nie wpływają na długoterminową stabilność układu.

Symulacje pokazują też, że gdyby orbita Jowisza wyglądało nieco inaczej, Merkury być może nie dotrwałby do końca istnienia Układu Słonecznego. Czy o losie tej planety mógł zadecydować zwykły przypadek? Wiele wskazuje na to, że planety mogą się rodzić w dużo liczniejszym gronie, ale nie wszystkie mają szansę dotrwać do końca systemu, w którym krążą.

Dziś mamy jeszcze jeden atut, którego Newton mógłby nam pozazdrościć: nasz układ planetarny nie jest jedynym, jaki znamy. Tysiące odkrytych w ciągu ostatnich 30 lat planet to skarbnica wiedzy o powstawaniu i ewolucji tych struktur. Zaprzęgnięcie komputerów do analizy ich rozmaitych konfiguracji na pewno pomoże opisać ogólny mechanizm tworzenia się porządku w chaotycznym wirze sił grawitacji.