Tìm thấy 'đối xứng' bí mật bảo vệ Trái đất khỏi va chạm với các hành tinh khác trong hệ Mặt trời

Giúp NTDVN sửa lỗi

Trái đất đáng lẽ không còn tồn tại. Đó là bởi vì quỹ đạo của các hành tinh vòng trong của hệ Mặt trời - sao Thủy, sao Kim, Trái đất và sao Hỏa - ​​rất hỗn loạn, và các mô hình đã gợi ý rằng những hành tinh này đáng lẽ ra phải va vào nhau từ lâu. Tuy nhiên, điều đó hiện vẫn chưa xảy ra. Và một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Physical Review X cuối cùng có thể giải thích tại sao lại như vậy.

Thông qua việc nghiên cứu chi tiết về các mô hình chuyển động của hành tinh, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng chuyển động của các hành tinh vòng trong của hệ Mặt trời bị hạn chế bởi một số tham số cụ thể, đóng vai trò như một sợi dây ràng buộc ngăn chúng chuyển động hỗn loạn. Bên cạnh việc cung cấp một lời giải thích toán học cho sự hài hòa trong hệ Mặt trời của chúng ta, những hiểu biết sâu sắc từ nghiên cứu mới có thể giúp các nhà khoa học hiểu về quỹ đạo của các ngoại hành tinh xung quanh các ngôi sao khác trong vũ trụ.

Quỹ đạo chuyển động của các hành tinh là không thể dự đoán

Các hành tinh luôn tác động lẫn nhau thông qua lực hấp dẫn, và những lực hút nhỏ này liên tục tạo ra các điều chỉnh nhỏ đối với quỹ đạo của chúng. Với kích thước và khối lượng lớn, các hành tinh thuộc vòng ngoài của hệ Mặt trời sẽ duy trì được quỹ đạo tương đối ổn định do chúng có khả năng chống lại các điều chỉnh này tốt hơn.

Tuy nhiên, bài toán về quỹ đạo của các hành tinh vòng trong của hệ Mặt trời là quá phức tạp để giải quyết một cách chính xác. Vào cuối thế kỷ 19, nhà toán học Henri Poincaré đã chứng minh rằng, về mặt toán học, chúng ta không thể giải các phương trình chi phối chuyển động của ba hoặc nhiều vật thể tương tác, thường được gọi là "bài toán ba vật”. Hậu quả là, độ bất định về vị trí ban đầu và vận tốc của các hành tinh tăng lên theo thời gian. Nói cách khác: Có thể xảy ra hai kịch bản, một là khoảng cách giữa sao Thủy, sao Kim, sao Hỏa và Trái đất ngày càng gần nhau và khiến chúng có thể va vào nhau; hai là chúng ngày càng rời xa nhau.

Thời gian cần thiết để hai quỹ đạo có điều kiện ban đầu gần như giống hệt nhau dần dần chệch đi một khoảng cách xác định được gọi là thời gian Lyapunov của hệ hỗn loạn. Năm 1989, Jacques Laskar, nhà thiên văn học và giám đốc nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia và Đài thiên văn Paris, đồng thời là đồng tác giả của nghiên cứu mới, đã tính toán rằng thời gian Lyapunov đặc trưng cho các quỹ đạo hành tinh vòng trong của hệ Mặt trời là 5 triệu năm.

Laskar cho biết: “Điều đó có nghĩa là độ bất định tăng 10 lần sau mỗi 10 triệu năm”. Ví dụ, nếu độ bất định ban đầu về vị trí của một hành tinh là 15 mét, thì 10 triệu năm sau độ bất định này sẽ là 150 mét; sau 100 triệu năm, độ bất định là 150 triệu km, tương đương với khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời. Khi đó, "về cơ bản, bạn không biết hành tinh của chúng ta đang ở đâu”, Laskar nói.

Mặc dù 100 triệu năm có vẻ lâu, nhưng bản thân hệ Mặt trời của chúng ta đã tồn tại tới hơn 4,5 tỷ năm, và các sự kiện kịch tính - chẳng hạn như một vụ va chạm giữa các hành tinh hoặc một hành tinh bị đẩy ra khỏi hệ - đã không xảy ra. Điều này khiến các nhà khoa học bối rối từ lâu.

Laskar đã xem xét vấn đề nói trên theo một cách khác: bằng cách mô phỏng quỹ đạo của các hành tinh vòng trong của hệ Mặt trời trong 5 tỷ năm tới. Ông phát hiện chỉ có 1% khả năng để xảy ra va chạm giữa các hành tinh. Tiếp tục sử dụng phương pháp đó, ông tính toán rằng trung bình sẽ mất khoảng 30 tỷ năm để hai hành tinh bất kỳ va chạm.

Nguyên nhân giúp các hành tinh duy trì quỹ đạo ổn định

Sử dụng toán học, Laskar và các đồng nghiệp của ông lần đầu tiên xác định được các "đối xứng" hay "đại lượng bảo toàn" trong các tương tác hấp dẫn đã cản trở sự di chuyển hỗn loạn của các hành tinh.

Các đại lượng bảo toàn này đã cản trở một số chuyển động hỗn loạn nhất định, nhưng không ngăn chặn chúng hoàn toàn, giống như phần mép cao hơn đĩa ăn để ngăn thức ăn rơi ra khỏi đĩa trong trường hợp đĩa dao động nhỏ.

Renu Malhotra, Giáo sư Khoa học Hành tinh tại Đại học Arizona, người không tham gia vào nghiên cứu, đã nhấn mạnh mức độ tinh vi của các cơ chế được xác định trong nghiên cứu. Malhotra nói với Live Science rằng điều thú vị là "quỹ đạo các hành tinh trong hệ Mặt trời của chúng ta có sự hỗn loạn cực nhỏ”.

Trong một nghiên cứu khác, Laskar và các đồng nghiệp đang tìm kiếm manh mối về việc liệu số lượng hành tinh trong hệ Mặt trời có khi nào khác với những gì chúng ta thấy hiện nay hay không.

Theo Livescience

Văn Thiện biên dịch



BÀI CHỌN LỌC

Tìm thấy 'đối xứng' bí mật bảo vệ Trái đất khỏi va chạm với các hành tinh khác trong hệ Mặt trời