„Poriadok" slnečnej sústavy na 99 percent vydrží po päťmiliárdročný zvyšok životnosti Slnka. Zlá: dráhu Merkúra reálne môže ovplyvniť Jupiter - a Merkúr vytlačiť Venušu respektíve Mars k Zemi.
Pohyby planét slnečnej sústavy pripomínajú pravidelnosťou chod hodín. Z toho aj vznikla široko prijímaná predstava o „vesmíre ako hodinovom stroji". Zdanie tu však klame.
V dlhodobejšom horizonte sa môžu hromadiť drobné poruchy, vyplývajúce zo vzájomného gravitačného pôsobenia planét. Hlavným hráčom je najhmotnejšia - Jupiter.
Obežné dráhy planét to rozlaďuje. S trojakým možným výsledkom. Po prvé, vymrštenie planéty zo sústavy. Po druhé, jej pád na Slnko. A po tretie, jej zrážka s inou planétou.
Od Newtona k Laplaceovi
Nebeská mechanika je odvetvie astronómie, ktoré využíva základné fyzikálne princípy, predovšetkým kinematické, dynamické a gravitačné, na skúmanie pohybov vesmírnych telies.
Vznikla v 17. storočí po odvodení týchto princípov. Už jedného z objaviteľov predmetných princípov, Isaaca Newtona, ale znepokojovalo, že nedokáže vysvetliť všetky pohyby planét Jupiter a Saturn.
Zistil, že riešenie problému pohybov niekoľkých telies je nad jeho možnosti. Nebeskú mechaniku po ňom v 18. storočí rozvinuli predovšetkým Leonhard Euler, Joseph Louis Lagrange a Pierre-Simon Laplace.
Posledný z nich vysvetlil aj to, čo trápilo Newtona: faktom, že obežná doba Jupitera je blízka dvom pätinám obežnej doby Saturnu - sú prakticky v takzvanej rezonancii 5:2.
Obežné dráhy planét podľa neho boli stabilné a predpovedateľné - v podstate donekonečna. To ho ovplyvnilo aj pri formulácii názoru, že z počiatočných podmienok a fyzikálnych zákonov možno presne určiť celú budúcnosť. Stal sa základom Laplaceovej filozofie racionálneho determinizmu.
Veľká neurčitosť
Ladilo to s úspechmi nebeskej mechaniky pri výpočtoch zatmení Slnka a Mesiaca tisícročia dopredu i dozadu. Lenže pri planétach sa od 19. storočia ukazovalo, že v dlhodobom horizonte nemožno zanedbať gravitačné poruchy.
Henri Poincaré napokon zdôraznil, že výslovne analyticky, do všetkých podrobností, sa nedá riešiť ani gravitačný problém čo len troch telies. Presné predpovede pohybu planét donekonečna sa stali fantáziou.
Tento záver z konca 19. storočia v nasledujúcom ďalej posilnila rodiaca sa teória dynamického chaosu a vývoja nelineárnych systémov - v kocke: pri koreni vecí je neurčitosť a malé príčiny mávajú veľké následky.
Nástup počítačov nebeskú mechaniku nesporne oživil. No s ohľadom na všetko spomenuté vyšlo najavo, že ani ich využitie neodstráňuje prekážku, spočívajúcu v gravitačných poruchách a chaose.
Chaos významne ovplyvňuje predpovedateľnosť obežných dráh planét už od horizontu piatich miliónov rokov. Pri dlhších časoch treba hovoriť iba o pravdepodobnosti, nie o určitosti.
Dve slnečné sústavy
Mohutná výpočtová kapacita rýchlych počítačov sa ale predsa len prejavila. Hoci v pojmoch pravdepodobnosti, umožňujú simulovať pohyby planét v horizonte nielen piatich miliónov, ale piatich miliárd rokov. To je čas, po ktorý ešte bude Slnko viac-menej stabilne žiariť, kým prejde do štádia takzvaného červeného obra.
Počítačové simulácie ale ukázali, že z pohybového hľadiska sú slnečné sústavy vlastne dve. Prvú tvoria obrie plynné planéty, Jupiter, Saturn, Urán a Neptún. Ich dráhy sú stabilné. Druhú planéty typu Zeme, ktoré sú zložené prevažne z kovov a hornín - popri nej Merkúr, Venuša a Mars. Ich dráhy sú naopak nestabilné.
Súhrnný výsledok simulácií bol takýto: ak by Slnko z tej či onej príčiny nestratilo značné množstvo hmoty (čaká sa to až v štádiu červeného obra) a celú slnečnú sústavu gravitačne neovplyvnila blízko prechádzajúca iná hviezda (to je v Mliečnej ceste celkom možné), obrie planéty by obiehali milión biliónov rokov, kým by prevážila nestabilita.
Merkúr ako "vinník" katastrofy
Podobné počítačové simulácie zatiaľ vyvrcholili najnovšou sériou, ktorú urobili Jacques Laskar a Mickaël Gastineau z Parížskeho observatória a z CNRS, čo je francúzska obdoba SAV. Výsledky uverejnili v časopise Nature. Obaja nadviazali na skoršie vlastné výpočty. V centre ich pozornosti boli planéty typu Zeme.
Najmä Merkúr. Gravitácia Jupitera môže zvýšiť výstrednosť dráhy Merkúra výrazne nad 0,9 - hodnotu, ktorá by v horizonte piatich miliárd rokov nevylučovala jeho zrážku s Venušou. Jupiter a Merkúr sa totiž nachádzajú pomerne blízko rezonancie, ktorá sa týka ich periastier, bodov najväčšieho priblíženia k Slnku.
Predmetné výpočty ale boli dosiaľ založené buď na spriemerovaných rovniciach, ktoré neopisujú celý vývoj, alebo ich skresľovalo nezahrnutie teórie relativity. Jacques Laskar a Mickaël Gastineau to teraz všetko - a navyše vplyv Mesiaca - vložili do svojich nových simulačných modelov pohybov planét slnečnej sústavy.
Superpočítačom JADE, ktorý patrí francúzskemu národnému výpočtovému stredisku CINES, simulovali 2501 možných ciest vývoja. Mierne sa od seba líšili východzími podmienkami. Asi jedno percento týchto ciest viedlo k výraznému zväčšeniu výstrednosti obežnej dráhy Merkúra. Najčastejšie by sa potom zrazil s Venušou, alebo padol na Slnko.
Umelecká vízia priblíženia Venuše k Zemi...
Ilustrácia: J. Vidal-Madjar, IMCCE-CNRS, NASA
...a ich zrážky.
Ilustrácia: J. Vidal-Madjar, IMCCE-CNRS, NASA
Umelecká vízia priblíženia Marsu k Zemi...
Ilustrácia: J. Vidal-Madjar, IMCCE-CNRS, NASA
...a ich zrážky.
Ilustrácia: J. Vidal-Madjar, IMCCE-CNRS, NASA
Stalo sa niečo škaredé!
Čudné pocity okolo žalúdka vzbudzuje najmä jedno riešenie, v ktorom sa výstrednosť obežnej dráhy Merkúra zasa zmenšila. To vyvolalo presun momentu hybnosti od obrích planét na vnútorné planéty. Výsledok? Celková destabilizácia obežných dráh vnútorných planét, teda telies typu Zeme.
Také čosi by našim vzdialeným potomkom - ide o miliardy rokov, budú tu ešte vôbec dajakí? - spôsobilo ozajstný Armageddon. Zem by sa v nebeskomechanickom zmätku mohla zraziť s Merkúrom, Venušou i Marsom. S Marsom (o 3,34 miliardy rokov) ako s celým telesom, alebo by ho roztrhala na kusy a pozemšťanov by „zbombardovali" tie.
Nepríjemné, veľmi nepríjemné. Našťastie práve zahrnutie spomenutých vplyvov všeobecnej teórie relativity Alberta Einsteina do simulačných modelov výrazne znižujú riziko, že Merkúr a Jupiter v najbližších piatich miliardách rokov naozaj vstúpia do predmetnej rezonancie - na iba približne jediné percento.
Nuž s tým sa dá žiť. Lebo ako konštatoval komentátor tohto výskumu v Nature, Gregory Laughlin z Kalifornskej univerzity v Santa Cruz (USA), máme 99-percentnú pravdepodobnosť, že sa naďalej môžeme spoliehať na „hodinový stroj" planét a že nás katastrofa v podobe zrážky tej či onej so Zemou obíde.
Jacques Laskar a Mickaël Gastineau tak zavŕšili stáročné riešenie veľkého astronomického problému vcelku optimistickým záverom. Len nesmieme zabúdať na chaotický prvok vesmírnych pohybov.
Hlavné zdroje: Nature z 11. júna 2009.
