Wird das orbitale Chaos dazu führen, dass Erde, Venus und Mars kollidieren?

Faire Warnung: Wenn Sie verärgert die Augenbrauen hochziehen, wenn jemand den „ Schmetterlingseffekt “ erwähnt, sollten Sie jetzt vielleicht aufhören zu lesen. Wenn Sie jedoch gerne in die schwarze, mysteriöse Schattenseite des Universums stoßen, um zu sehen, was passiert, dann fahren Sie bitte fort.

Wir alle wissen, dass sich die Planeten des Sonnensystems in einer ruhigen, geordneten Weise um die Sonne drehen. Tatsächlich bewegen sich die Planeten mit einer solchen Uhrwerkspräzision, dass Astronomen Bahneigenschaften – Transite, Finsternisse , Ausrichtungen – mit Sicherheit berechnen können. Möchten Sie eine Liste der Sonnenfinsternisse für die nächsten 10.000 Jahre? Kein Problem.

Nehmen wir nun an, Sie wollen weiter in die Zukunft blicken – nicht Tausende von Jahren, sondern Milliarden. Wie halten sich dann diese staubigen astronomischen Tabellen? Nicht so gut, wenn man die Prinzipien der Chaostheorie berücksichtigt. Die Chaostheorie besagt, dass kleine Inputs in einem enorm komplexen System große Outputs erzeugen können. Das ist der bereits erwähnte Schmetterlingseffekt: Wenn ein Schmetterling in Südamerika mit den Flügeln schlägt, kann ein paar Kontinente entfernt ein Gewitter entstehen – sagen wir über Brisbane in Australien. Einige Wissenschaftler schlagen jetzt vor, dass die Evolution des Sonnensystems der Chaostheorie folgen könnte und dass die Erde weit, weit, weit in die Zukunft entweder mit der Venus oder dem Mars kollidieren könnte .

Die Wissenschaftler, die diesen Vorschlag in einer Ausgabe von Nature aus dem Jahr 2009 machten – Jacques Laskar und Mickaël Gastineau – arbeiteten am Pariser Observatorium. Aber die Wissenschaftler verwendeten keines der Teleskope des Observatoriums, um ihre Daten zu generieren. Stattdessen schwebten sie über Computern, einschließlich des JADE-Supercomputers im Centre Informatique National de l'Enseignement Supérieur oder CINES (Nationales Rechenzentrum für Hochschulbildung und Forschung).

All diese Rechenleistung mag wie ein Overkill erscheinen, die Version eines Muskelautos für Wissenschaftler , bis Sie erkennen, was sie zu berechnen versuchten. Es hat mit Newtons universellem Gravitationsgesetz zu tun .

Erinnern Sie sich, wie Sir Isaac uns sagte, dass zwischen zwei beliebigen Objekten eine universelle Gravitationskraft existiert? Diese Kraft ist direkt proportional zu den Massen der Objekte und umgekehrt proportional zum Quadrat des sie trennenden Abstands. Er schlug dann vor, dass die Schwerkraft der Sonne die Planeten in ihren Umlaufbahnen hält. Aber nach Newtons eigenem Gesetz müssen die Planeten und alle anderen Objekte im Sonnensystem, einschließlich Monde und Asteroiden, auch ein wenig Gravitationsmagie aufeinander ausüben. Könnte das komplexe Zusammenspiel dieser Kräfte dazu führen, dass die Stabilität des Sonnensystems mit der Zeit abnimmt? Kurzfristig nein. Auch über längere Zeiträume glaubten Astronomen im Allgemeinen, dass das Sonnensystem stabil bleiben würde.

Dann begannen sich ein paar verrückte Kosmologen zu fragen, ob die Chaostheorie auf Planetenumlaufbahnen anwendbar sei. Wenn dies der Fall ist, könnten sich kleine Änderungen der Planetenbewegungen im Laufe der Zeit zu etwas Wesentlichem vergrößern. Aber wie lange würde es dauern? Tausende von Jahren? Millionen? Milliarden?

Um diese Frage zu beantworten, müssten Sie die Bewegungen aller Planeten sowie alle Kräfte berücksichtigen, die bei dieser Bewegung ausgeübt werden. Dann müssten Sie das Sonnensystem wie eine Uhr laufen lassen , damit die Planeten Hunderttausende von Umlaufbahnen durchlaufen. In diesem Fall müssten Sie Schlüsseldaten zu jedem Planeten verfolgen. Eine der wichtigsten zu sammelnden Daten wäre die orbitale Exzentrizität – das Maß dafür, wie weit ein Planet von einer perfekten Kreisform abweicht – denn die Exzentrizität bestimmt, ob zwei Planeten denselben Luftraum besetzen und das Risiko einer engen Begegnung eingehen .

Denken Sie, Sie könnten eine solche Simulation in Ihrem Kopf oder mit einem Desktop-Modell des Sonnensystems ausführen? Wahrscheinlich nicht. Ein Supercomputer kann dies jedoch, weshalb Laskar und Gastineau den JADE-Supercomputer ausgewählt haben, um ihre schwere Arbeit zu erledigen. Ihre Eingaben bestanden aus 2.501 Orbital-Szenarien, von denen jedes die Umlaufbahn von Merkur um nur wenige Millimeter veränderte [Quelle: Laskar und Gastineau ]. Sie entschieden sich für Merkur, weil er als kleinster Teil des Sonnensystems der größte Schwächling ist und weil seine Umlaufbahn sich mit der des Jupiter synchronisiert, um Veränderungen zu erzeugen, die sich über das gesamte Sonnensystem ausbreiten.

Für jedes hypothetische Szenario verfolgten sie die Bewegung aller Planeten über mehr als 5 Milliarden Jahre (die geschätzte Lebensdauer der Sonne ) und ließen den Computer all die komplexen Berechnungen durchführen. Selbst mit der Hochleistungs-CPU in der JADE-Einheit erforderte jede Lösung vier Monate Rechenzeit, um Ergebnisse zu erzielen.

Zum Glück für das Leben auf der Erde bleibt das Sonnensystem in 99 Prozent der Szenarien des französischen Paares stabil – keine Planeten geraten auf Kollisionskurs oder werden aus ihrer Umlaufbahn geschleudert [Quelle: Laskar und Gastineau ]. Aber in 1 Prozent von ihnen, wo das orbitale Chaos den größten kumulativen Effekt hat, wird die Umlaufbahn von Merkur exzentrisch genug, um katastrophale Veränderungen im Sonnensystem zu verursachen. Einige dieser Katastrophen betreffen nur Merkur, der entweder in die Sonne stürzen oder aus seiner Umlaufbahn gerissen und in den Weltraum geschleudert werden könnte. Aber andere, beunruhigendere Szenarien spielen sich ab, wenn die Erde entweder mit dem Mars oder der Venus kollidiert. Eine Kollision mit der Venus würde in fünf Schritten erfolgen, die alle die kumulativen Auswirkungen des Orbitalchaos veranschaulichen [Quelle:Laskar und Gastineau ]:

Die (un)stabilen Planeten

Wenn orbitales Chaos existiert, können seine Auswirkungen nicht über kurze Zeiträume gesehen werden. Aber Astronomen sammeln andere Hinweise auf die Instabilität der Planetenbewegung. Im Februar 2012 spähte die Raumsonde Venus Express der Europäischen Weltraumorganisation durch die dichten Venuswolken und erwartete, bestimmte Oberflächenmerkmale zu sehen, die dort hätten sein sollen, basierend auf Daten von Magellan, die 16 Jahre zuvor aufgenommen wurden. Stattdessen wurden diese Merkmale um 20 Kilometer verschoben, was darauf hindeutet, dass sich die Rotation des Planeten verlangsamt. Astronomen verweisen auf den hohen atmosphärischen Druck des Planeten und starke Winde, die Reibung auf der Oberfläche erzeugen, als mögliche Ursache. Wenn die Daten stimmen, kann ein Tag auf der Venus jetzt fast 250 Erdtage lang sein [Quelle: Atkinson ].

Natürlich kann keine dieser Vorhersagen überhaupt richtig sein. Als die NASA -Raumsonde Dawn 2011 in die Umlaufbahn um den Asteroiden Vesta glitt, untersuchte Laskar die chaotischen Wechselwirkungen zwischen Vesta und dem anderen Asteroiden Ceres sowie zwischen den beiden großen Asteroiden und den Planeten. Er kam zu dem Schluss, dass die Wechselwirkungen zwischen Vesta und Ceres selbst die kleinsten Messfehler schnell verstärken werden, wodurch es unmöglich wird, Planetenbahnen – und die Gefahr von Kollisionen – über 60 Millionen Jahre in die Zukunft vorherzusagen [Quelle: Shiga ]. Während Kollisionen zwischen Vesta und Ceres in diesen Szenarien wahrscheinlich erscheinen, ist das, was mit den Planeten passiert, bestenfalls ungewiss.

Was bedeuten diese scheinbar widersprüchlichen Informationen? Erstens, das Sonnensystem ist voller Dinge und alle diese Objekte üben gemäß den Newtonschen Gesetzen Kräfte aufeinander aus. Zweitens können diese Kräfte Planetenumlaufbahnen stark verändern, auch wenn wir diese Veränderungen im Laufe der Menschheitsgeschichte nicht messen können. Schließlich, und das macht irgendwie Spaß, das Universum erzeugt (oder zerstört) Welten nicht friedlich, sondern wirklich, wirklich gewaltsam.

Tatsächlich haben Astronomen Beweise dafür, dass sich andere Sonnensysteme selbst zerstören. Im Jahr 2008 entdeckte ein Team des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics einen saturngroßen Planeten, der einen Stern im Sternbild Centaurus umkreiste, der für seine Größe viel zu viel Wärme abgab. Die Wissenschaftler glauben jetzt, dass der große Planet immer noch enorme Wärmemengen abstrahlt, die aus einer Kollision mit einem Uranus-großen Protoplaneten in der jüngeren Vergangenheit dieses Sternensystems resultieren.

Im Jahr 2009 entdeckte das Spitzer-Weltraumteleskop der NASA die Nachwirkungen eines großen Zusammenstoßes zwischen einem Objekt von der Größe unseres Mondes und einem anderen von der Größe von Merkur, etwa 100 Lichtjahre entfernt im Sternbild Pavo (der Pfau). Instrumente auf Spitzer entdeckten die verräterischen Signaturen von amorphem Siliziumdioxid, einer Substanz, die sich auf der Erde bildet, wenn Meteoriten in den Boden einschlagen.

Auch wenn unser Sonnensystem nicht dem orbitalen Chaos und einem billardähnlichen Absturz der inneren Planeten erliegt, werden wir möglicherweise nicht auf ein Happy End zusteuern. In 5 Milliarden Jahren, wenn die Sonne ihren Treibstoffvorrat erschöpft hat, wird es in unserer warmen, wunderbaren Ecke des Universums ziemlich ungemütlich werden. Nicht lange danach werden wir im Bauch unseres schnell expandierenden Sterns verschwinden und ganz verschluckt werden. So oder so, durch Chaos verursachte Kollision oder Sterntod, unsere winzige blaue Welt wird nicht mit einem Wimmern, sondern mit einem Knall erlöschen.

Als ich dies schrieb, musste ich an einen Satz denken, den ich oft als Kind gelesen habe: „Die Uhrwerkpräzision des Universums“. Anscheinend läuft das Universum nicht mit der ruhigen Regelmäßigkeit eines rauschenden Sekundenzeigers. Während Weltraumteleskope und Supercomputer durch den Kosmos und weit in die Zukunft blicken, finden wir ein unruhiges, unsicheres Universum vor. Aber hören Sie noch nicht auf, Ihre Steuern zu zahlen – es scheint, dass der Internal Revenue Service in absehbarer Zeit nicht verschwinden wird.

Zum Thema passende Artikel

Quellen