軌道の混乱により地球、金星、火星が衝突するのでしょうか？

公正な警告: 誰かが「バタフライ・エフェクト」について言及するたびに憤慨して眉をひそめる人は、今すぐ読むのをやめたほうがよいでしょう。ただし、宇宙の黒く神秘的な地下室を突いて何が起こるかを知りたい場合は、続けてください。

私たちは皆、太陽系の惑星が太陽の周りを静かに秩序正しく回転していることを知っています。実際、惑星は非常に時計仕掛けの精度で動いているため、天文学者は軌道の特徴 (通過、日食、位置合わせ) を確実に計算できます。今後 10,000 年間の日食のリストが必要ですか?問題ない。

ここで、さらに先の未来 (数千年ではなく、数十億年) を見たいとします。では、あの埃っぽい天文台はどうやって持ちこたえられるのでしょうか？カオス理論の原則を考慮すると、それほどうまくいきません。カオス理論によれば、非常に複雑なシステムでは小さな入力が大規模な出力を生み出す可能性があります。これが前述のバタフライ効果です。南米で蝶が羽ばたくと、数大陸離れた場所、たとえばオーストラリアのブリスベン上空で雷雨が発生することがあります。現在、一部の科学者は、太陽系の進化はカオス理論に従う可能性があり、ずっとずっと将来、地球は金星か火星のいずれかと衝突する可能性があると主張しています。

ネイチャー誌の 2009 年号でこの提案を行った科学者、ジャック・ラスカーとミカエル・ガスティノーは、パリ天文台で働いていました。しかし、科学者たちはデータの生成に天文台の望遠鏡を一切使用しませんでした。代わりに、彼らは、国立高等情報センター (CINES) (国立高等教育研究センター) にある JADE スーパーコンピューターを含むコンピューター上に留まりました。

彼らが何を計算しようとしていたのかを理解するまでは、その計算能力はすべて、科学者版のマッスルカーのように過剰に思えるかもしれません。それはニュートンの万有引力の法則と関係があります。

アイザック卿が、どんな 2 つの物体の間にも万有引力が存在する、と私たちに教えてくれたことを覚えていますか?この力は物体の質量に正比例し、物体間の距離の二乗に反比例します。次に彼は、太陽の重力が惑星をその軌道上に保持しているのではないかと提案した。しかし、ニュートン自身の法則によれば、惑星と、月や小惑星を含む太陽系内の他のすべての物体も、互いにわずかな重力の魔法を働かせなければなりません。これらの力の複雑な相互作用により、太陽系の安定性が時間の経過とともに低下する可能性があるでしょうか?短期的にはノーです。天文学者は、たとえ長期間にわたっても、太陽系は安定したままであると一般に信じていました。

その後、数人の狂気の宇宙学者が、カオス理論が惑星の軌道に当てはまるのではないかと考え始めました。もしそうなら、惑星の動きの小さな変化は、時間の経過とともに大きなものに拡大される可能性があります。しかし、どれくらい時間がかかりますか？何千年も？何百万？何十億？

コンピュータコードとカオス

その質問に答えるには、すべての惑星の動きと、その動きが起こるときに発揮されるすべての力を考慮する必要があります。次に、太陽系を時計のように動かして、惑星が何十万もの軌道を周回するようにする必要があります。この問題が発生したため、各惑星に関する重要なデータを追跡する必要があります。収集すべき最も重要なデータの 1 つは、軌道離心率(惑星が完全な円形からどれだけ逸脱しているかを示す尺度) です。離心率は、2 つの惑星が同じ空域を占め、接近遭遇の危険があるかどうかを決定するためです。 。

このようなシミュレーションを頭の中で、あるいは太陽系のデスクトップモデルを使って実行できると思いますか?おそらくそうではありません。ただし、スーパーコンピューターにはそれができるため、Laskar と Gastineau が重労働を行うために JADE スーパーコンピューターを選択したのです。彼らの入力は 2,501 の軌道シナリオで構成されており、各シナリオは水星の軌道をわずか数ミリメートルだけ変更しました 。彼らが水星を選んだのは、水星が太陽系の中心であり、最大の衝突であること、そしてその軌道が木星の軌道と同期して太陽系全体に波及する変化を生み出すためである。

それぞれの仮説シナリオについて、彼らは 50 億年 (太陽の推定寿命) を超える期間にわたってすべての惑星の動きを追跡し、すべての複雑な計算をコンピューターに実行させました。 JADE ユニットの高性能 CPU を使用した場合でも、各ソリューションでは結果を得るまでに 4 か月のコンピューティングが必要でした。

地球上の生命にとって幸運なことに、フランス人ペアのシナリオの 99 パーセントにおいて、太陽系は安定した状態を保っています。惑星が衝突コースに設定されたり、軌道から弾き出されたりすることはありません 。しかしそのうちの 1% では、軌道の混乱が累積的な影響を最も大きく及ぼしており、水星の軌道は太陽系に壊滅的な変化を引き起こすほど偏心してしまいます。これらの大惨事の中には、水星のみが関係するものもあり、水星は太陽に衝突するか、軌道から外れて宇宙に飛び散る可能性があります。しかし、地球が火星か金星に衝突するという、より厄介なシナリオも他にあります。金星との衝突は 5 つの段階を経て起こりますが、そのすべてが軌道カオスの累積的な影響を示しています :

もう一度言いますが、そうではないかもしれません

もちろん、これらの予測はどれもまったく正確ではない可能性があります。 2011年、 NASAのドーン宇宙船が小惑星ベスタの周りの軌道に滑り込んだとき、ラスカーはベスタと仲間の小惑星ケレスの間、そして2つの大きな小惑星と惑星の間の混沌とし​​た相互作用を調べた。彼が結論づけたのは、ベスタとケレスの間の相互作用は、最も小さな測定誤差さえも急速に増幅し、6,000万年後の将来の惑星軌道と衝突の脅威を予測することを不可能にするというものであった。これらのシナリオではベスタとセレスの衝突が起こる可能性が高いように見えますが、惑星に何が起こるかはよく言っても不確実です。

では、この一見矛盾した情報は何を意味するのでしょうか?まず、太陽系はたくさんの物体で満たされており、これらすべての物体はニュートンの法則に従って互いに力を及ぼし合っているということです。第二に、たとえ人類の歴史の中でその変化を測定することができなかったとしても、これらの力は惑星の軌道を大きく変える可能性があります。最後に、これはちょっと面白いのですが、宇宙は平和的に世界を生成 (または破壊) するのではなく、実際には非常に暴力的に生成します。

実際、天文学者は他の太陽系が自己破壊したという証拠を持っています。 2008年、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターのチームは、ケンタウルス座の恒星の周りを周回する土星サイズの惑星が、その大きさに対して多すぎる熱を放出していることを発見した。科学者らは現在、この大きな惑星は、その恒星系の最近の過去における天王星サイズの原始惑星との衝突に起因する大量の熱を放射していると考えている。

2009 年、NASA のスピッツァー宇宙望遠鏡は、パーボ座 (クジャク) の中で、月ほどの大きさの天体と、約 100 光年離れた水星ほどの大きさの天体との間の大きな衝突の余波を発見しました。スピッツァーの機器は、隕石が地面に衝突したときに地球上で形成される物質である非晶質シリカの証拠となる痕跡を検出しました。

たとえ私たちの太陽系が軌道の混乱や内惑星のビリヤードのような衝突に屈しなかったとしても、私たちがハッピーエンドに向かっているわけではないかもしれません。 50億年後、太陽がその燃料を使い果たすと、私たちの暖かく素晴らしい宇宙の一角はかなり不快になり始めるでしょう。その後間もなく、私たちは急速に膨張する星の腹の中に消え、丸ごと飲み込まれるでしょう。いずれにせよ、カオスによる衝突であれ、星の死であれ、私たちの小さな青い世界は、すすり泣くような音ではなく、衝撃的な音とともに消えるでしょう。

著者のメモ

これを書いていると、子供の頃によく読んだ「宇宙の時計仕掛けの精度」という言葉を思い出しました。どうやら、宇宙は秒針のような静かな規則性で動いているわけではないようです。宇宙望遠鏡やスーパーコンピューターが宇宙と遠い未来を見つめるにつれて、私たちは不安定で不確実な宇宙を発見しています。しかし、まだ税金の支払いをやめないでください。内国歳入庁はすぐには廃止されないようです。