Le chaos orbital fera-t-il entrer en collision la Terre, Vénus et Mars ?

Juste avertissement : si vous levez des sourcils exaspérés chaque fois que quelqu'un mentionne "l' effet papillon ", vous voudrez peut-être arrêter de lire maintenant. Si, toutefois, vous aimez sonder le ventre noir et mystérieux de l'univers pour voir ce qui se passe, alors continuez s'il vous plaît.

Nous savons tous que les planètes du système solaire tournent autour du soleil de manière calme et ordonnée. En fait, les planètes se déplacent avec une telle précision d'horlogerie que les astronomes peuvent calculer les caractéristiques orbitales - transits, éclipses , alignements - avec certitude. Vous voulez une liste des éclipses solaires pour les 10 000 prochaines années ? Aucun problème.

Supposons maintenant que vous vouliez regarder plus loin dans le futur - pas des milliers d'années, mais des milliards. Comment ces tables astronomiques poussiéreuses tiennent-elles alors ? Pas si bien, si vous tenez compte des principes de la théorie du chaos. La théorie du chaos dit que de petites entrées dans un système extrêmement complexe peuvent produire des sorties à grande échelle. C'est l'effet papillon mentionné ci-dessus : lorsqu'un papillon bat des ailes en Amérique du Sud, un orage peut se développer à quelques continents de distance - au-dessus de Brisbane, en Australie, disons. Certains scientifiques proposent maintenant que l'évolution du système solaire puisse adhérer à la théorie du chaos et que, très loin, très loin dans le futur, la Terre pourrait entrer en collision avec Vénus ou Mars .

Les scientifiques qui ont fait cette proposition dans un numéro de 2009 de Nature -- Jacques Laskar et Mickaël Gastineau -- travaillaient à l'Observatoire de Paris. Mais les scientifiques n'ont utilisé aucun des télescopes de l'observatoire pour générer leurs données. Au lieu de cela, ils ont survolé des ordinateurs, dont le supercalculateur JADE situé au Centre Informatique National de l'Enseignement Supérieur, ou CINES (Centre National de Calcul pour l'Enseignement Supérieur et la Recherche).

Toute cette puissance de calcul peut sembler exagérée, une version scientifique d'une voiture musclée , jusqu'à ce que vous réalisiez ce qu'ils essayaient de calculer. Cela a à voir avec la loi universelle de la gravitation de Newton .

Rappelez-vous comment Sir Isaac nous a dit qu'une force universelle de gravitation existe entre deux objets ? Cette force est directement proportionnelle aux masses des objets et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Il a ensuite proposé que la gravité du soleil est ce qui maintient les planètes sur leurs orbites. Mais, selon la propre loi de Newton, les planètes et tous les autres objets du système solaire, y compris les lunes et les astéroïdes, doivent également exercer un peu de magie gravitationnelle les uns sur les autres. L'interaction complexe de ces forces pourrait-elle entraîner une dégradation de la stabilité du système solaire au fil du temps ? A court terme, non. Même sur de plus longues périodes, les astronomes croyaient généralement que le système solaire resterait stable.

Puis, quelques cosmologistes fous ont commencé à se demander si la théorie du chaos s'appliquait aux orbites planétaires. Si tel est le cas, de petits changements dans les mouvements planétaires pourraient être amplifiés au fil du temps en quelque chose de substantiel. Mais combien de temps cela prendrait-il ? Des milliers d'années? Des millions? Des milliards ?

Pour répondre à cette question, vous auriez besoin de tenir compte des mouvements de toutes les planètes, ainsi que de toutes les forces exercées lorsque ce mouvement se produit. Ensuite, vous auriez besoin de laisser le système solaire fonctionner, comme une horloge , pour que les planètes parcourent des centaines de milliers d'orbites. Au fur et à mesure que cela se produisait, vous auriez besoin de suivre les données clés sur chaque planète. L'une des données les plus importantes à collecter serait l'excentricité orbitale - la mesure de la distance à laquelle une planète s'écarte d'une forme parfaitement circulaire - car l'excentricité détermine si deux planètes occupent le même espace aérien et courent le risque d'avoir une rencontre rapprochée .

Pensez-vous pouvoir exécuter une telle simulation dans votre tête ou avec un modèle de bureau du système solaire ? Probablement pas. Un supercalculateur peut cependant, c'est pourquoi Laskar et Gastineau ont choisi le supercalculateur JADE pour faire le gros du travail. Leurs entrées consistaient en 2 501 scénarios orbitaux, où chacun modifiait l'orbite de Mercure de quelques millimètres seulement [source : Laskar et Gastineau ]. Ils ont choisi Mercure parce que, en tant qu'avorton du système solaire, c'est le plus grand pushover et parce que son orbite se synchronise avec celle de Jupiter pour créer des changements qui se répercutent sur l'ensemble du système solaire.

Pour chaque scénario hypothétique, ils ont suivi le mouvement de toutes les planètes pendant plus de 5 milliards d'années (la durée de vie estimée du soleil ), laissant l'ordinateur effectuer tous les calculs complexes. Même avec le processeur haute puissance de l'unité JADE, chaque solution nécessitait quatre mois de calcul pour générer des résultats.

Heureusement pour la vie sur Terre , le système solaire reste stable dans 99 % des scénarios de la paire française - aucune planète ne se met sur des trajectoires de collision ou n'est éjectée de ses orbites [source : Laskar et Gastineau ]. Mais dans 1 % d'entre eux, où le chaos orbital a le plus grand effet cumulatif, l'orbite de Mercure devient suffisamment excentrique pour provoquer des changements catastrophiques dans le système solaire. Certaines de ces catastrophes n'impliquent que Mercure, qui pourrait soit s'écraser sur le soleil, soit être délogé de son orbite et projeté dans l'espace. Mais d'autres scénarios plus troublants se déroulent avec la Terre entrant en collision avec Mars ou Vénus. Une collision avec Vénus se produirait en cinq étapes, qui illustrent toutes les effets cumulatifs du chaos orbital [source :Laskar et Gastineau ] :

Les planètes (non)stables

Si le chaos orbital existe, ses effets ne peuvent pas être observés sur de courtes périodes. Mais les astronomes recueillent d'autres indices sur l'instabilité du mouvement planétaire. En février 2012, le vaisseau spatial Venus Express de l'Agence spatiale européenne a scruté les denses nuages ​​vénusiens en s'attendant à voir certaines caractéristiques de surface qui auraient dû être là, sur la base des données de Magellan prises 16 ans plus tôt. Au lieu de cela, ces caractéristiques ont été déplacées de 12 miles (20 kilomètres), ce qui suggère que la rotation de la planète ralentit. Les astronomes indiquent que la pression atmosphérique élevée de la planète et les vents forts, qui créent des frottements à la surface, sont une cause possible. Si les données sont exactes, un jour sur Vénus peut maintenant durer près de 250 jours terrestres [source : Atkinson ].

Bien sûr, aucune de ces prédictions ne peut être exacte du tout. En 2011, alors que le vaisseau spatial Dawn de la NASA se glissait en orbite autour de l'astéroïde Vesta, Laskar a vérifié les interactions chaotiques entre Vesta et l'astéroïde Cérès, et entre les deux gros astéroïdes et les planètes. Ce qu'il a conclu, c'est que les interactions entre Vesta et Cérès amplifieront rapidement même la plus infime des erreurs de mesure, rendant impossible de prédire les orbites planétaires - et les menaces de collisions - au-delà de 60 millions d'années dans le futur [source : Shiga ]. Alors que les collisions entre Vesta et Cérès semblent probables dans ces scénarios, ce qui arrive aux planètes est au mieux incertain.

Alors, que signifient ces informations apparemment contradictoires ? Premièrement, le système solaire est rempli de beaucoup de choses et que tous ces objets, conformément aux lois de Newton, exercent des forces les uns sur les autres. Deuxièmement, ces forces peuvent changer les orbites planétaires - beaucoup - même si nous ne pouvons pas mesurer ces changements au cours de l'histoire de l'humanité. Enfin, et celui-ci est assez amusant, l'univers ne crée pas (ou ne détruit pas) des mondes pacifiquement, mais vraiment, vraiment violemment.

En fait, les astronomes ont des preuves que d'autres systèmes solaires s'autodétruisent. En 2008, une équipe du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics a repéré une planète de la taille de Saturne en orbite autour d'une étoile de la constellation du Centaure qui dégageait beaucoup trop de chaleur pour sa taille. Les scientifiques pensent maintenant que la grande planète émet encore d'énormes quantités de chaleur résultant d'une collision avec une protoplanète de la taille d'Uranus dans le passé récent de ce système stellaire.

En 2009, le télescope spatial Spitzer de la NASA a repéré les conséquences d'un grand mashup entre un objet de la taille de notre lune et un autre de la taille de Mercure à environ 100 années-lumière dans la constellation Pavo (le paon). Les instruments de Spitzer ont détecté les signatures révélatrices de la silice amorphe, une substance qui se forme sur Terre lorsque des météorites s'écrasent sur le sol.

Même si notre système solaire ne succombe pas au chaos orbital et à un écrasement semblable à un billard des planètes intérieures, nous ne nous dirigerons peut-être pas vers une fin heureuse. Dans 5 milliards d'années, lorsque le soleil épuisera son approvisionnement en carburant, notre coin chaud et merveilleux de l'univers commencera à devenir assez inconfortable. Peu de temps après, nous disparaîtrons dans le ventre de notre étoile en expansion rapide et serons avalés tout entiers. Quoi qu'il en soit, collision induite par le chaos ou mort stellaire, notre petit monde bleu ne s'éteindra pas avec un gémissement, mais avec un bang.

En écrivant cela, j'ai pensé à une phrase que je lisais souvent quand j'étais enfant : "la précision mécanique de l'univers". Apparemment, l'univers ne fonctionne pas avec la régularité tranquille d'une trotteuse rapide. Alors que les télescopes spatiaux et les superordinateurs regardent à travers le cosmos et loin dans le futur, nous découvrons un univers instable et incertain. Mais n'arrêtez pas de payer vos impôts pour l'instant - il semble que l'Internal Revenue Service ne va pas disparaître de si tôt.

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Sources