Πλανήτες σε τροχιά σύγκρουσης;

Πρόσφατοι υπολογισμοί δείχνουν ότι οι τέσσερις στερεοί πλανήτες Ερμής, Αφροδίτη, Γη και Αρης δεν θα συνεχίσουν να κινούνται στις σημερινές τροχιές τους για πάντα, ενώ υπάρχει μια πιθανότητα της τάξεως του 10% να συγκρουστούν μεταξύ τους στο απώτερο μέλλον

Στο σχολείο και ως πριν από λίγα χρόνια ακόμη και στο πανεπιστήμιο, μαθαίναμε ότι οι πλανήτες περιφέρονται γύρω από τον Ηλιο σε ελλειπτικές τροχιές, όπως προβλέπουν οι νόμοι του Κέπλερ. Οι νόμοι αυτοί είχαν διατυπωθεί τον 17ο αιώνα από τον θεωρητικό αστρονόμο Κέπλερ με βάση τις παρατηρήσεις του μεγάλου παρατηρησιακού αστρονόμου Τύχο Μπράχε. Στη συνέχεια ο Νεύτωνας έδειξε ότι οι νόμοι του Κέπλερ μπορούν να αποδειχθούν με βάση τον νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας, με την προσέγγιση ότι στους υπολογισμούς μας λαμβάνουμε υπόψη μόνο τον Ηλιο καιέναν πλανήτη κάθε φορά, αγνοώντας τους υπόλοιπους. Επί δύο εκατονταετίες οι αστρονόμοι προσπαθούσαν μάταια να λύσουν το περίφημοπρόβλημα των τριών σωμάτων, στο οποίο αναζητούνται οι λύσεις της κίνησηςδύο πλανητών γύρω από τον Ηλιο, έως ότου στα τέλη του 19ου αιώνα ο μεγάλος γάλλος μαθηματικός Πουανκαρέ απέδειξε ότι το πρόβλημα αυτό δεν είναι δυνατό να λυθεί! Από την εποχή εκείνη έχει μείνει ανοικτό το ερώτημα της ευστάθειας του ηλιακού συστήματος: άραγε οι πλανήτες θα συνεχίσουν στο μέλλον να κινούνται σε τροχιές παραπλήσιες με τις ελλείψεις που προβλέπουν οι νόμοι του Κέπλερ ή είναι δυνατόν κάποια στιγμή να αλλάξει τόσο ριζικά η τροχιά τους ώστε να συγκρουσθούν ή να απομακρυνθούν στο άπειρο, ξεφεύγοντας από τη βαρυτική έλξη του Ηλιου; Ο γάλλος αστρονόμος Λασκάρ πρόσφατα έδωσε οριστική απάντηση σε αυτό το ερώτημα. Το ηλιακό σύστημα είναι ασταθές και με τις δύο έννοιες που μπορεί να δώσει κανείς στη λέξη αυτή! Οχι μόνο οι τροχιές των πλανητών είναι χαοτικές, έτσι ώστε να μην μπορούμε να προβλέψουμε με βεβαιότητα τη μελλοντική τους εξέλιξη, αλλά υπάρχει και η πιθανότητα της σύγκρουσης μεταξύ τους, αν και όχι στο άμεσο μέλλον. Το ενδιαφέρον είναι ότι την πιθανότητα σύγκρουσης μειώνει σημαντικά η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας!

Χαοτικό το ηλιακό μας σύστημα
Ενα από τα σημαντικότερα συμπεράσματα της σύγχρονης πλανητολογίας είναι η χαοτική φύση της κίνησης των πλανητών. Υπολογισμοί που έκαναν πολλοί αστρονόμοι την τελευταία εικοσαετία έδειξαν ότι οποιοδήποτε λάθος και αν κάνουμε στην αρχική θέση και στην αρχική ταχύτητα των πλανητών, αυτό δεκαπλασιάζεται κάθε 10 εκατομμύρια χρόνια. Ετσι όχι μόνο δεν μπορούμε να λύσουμε τις εξισώσεις κίνησης των πλανητών, όπως προκύπτει από το θεώρημα του Πουανκαρέ, αλλά ούτε καν μπορούμε να παρακολουθήσουμε τις κινήσεις τους σε ηλεκτρονικό υπολογιστή για μεγάλα χρονικά διαστήματα! Το αποτέλεσμα είναι εντελώς αντίθετο από αυτό στο οποίο οδηγούμαστε από την εμπιστοσύνη μας στις σύγχρονες μεθόδους της επιστήμης: δεν θα μάθουμε ποτέ όχι μόνο πώς δημιουργήθηκε το ηλιακό σύστημα, αλλά και ούτε πού θα καταλήξει! Ο λόγος είναι ότι γνωρίζουμε τις θέσεις των πλανητών με ακρίβεια μερικών μέτρων, οπότε ξεκινούμε τους υπολογισμούς μας με ένα σφάλμα τουλάχιστον ενός μέτρου. Σε 10 εκατομμύρια χρόνια το σφάλμα θα είναι 10 μέτρα, σε 20 εκατομμύρια χρόνια 100 μέτρα και, συνεχίζοντας με αυτόν τον τρόπο, βρίσκουμε ότι σε 110 εκατομμύρια χρόνια το σφάλμα θα έχει φθάσει στα 100 εκατομμύρια χιλιόμετρα, όση δηλαδή περίπου η διάμετρος της τροχιάς της Γης. Επομένως είναι σαφές ότι όχι μόνο δεν μπορούμε να υπολογίσουμε πού βρίσκονταν οι πλανήτες όταν δημιουργήθηκε η ζωή στη Γη αλλά ούτε και πού θα βρίσκονται όταν θα «πεθάνει» ο Ηλιος!

Το μέλλον αβέβαιο
Ο Ζακ Λασκάρ εργάζεται πάνω στο θέμα της ευστάθειας του ηλιακού συστήματος για περισσότερα από δέκα χρόνια και τα πρόσφατα δημοσιευμένα αποτελέσματά του στο περιοδικό «Φύση» («Νature») έρχονται να συμπληρώσουν τη χαοτική εικόνα του ηλιακού συστήματος με έναν ιδιότυπο τρόπο. Ο Λασκάρ υπολόγισε τις τροχιές των πλανητών σε έναν από τους ταχύτερους σημερινούς υπερυπολογιστές λαμβάνοντας υπόψη και τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας. Τα αποτελέσματά του δείχνουν ότι όχι μόνο δεν μπορούμε να γνωρίζουμεπούθα βρίσκεται η Γη ύστερα από μερικά δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά ούτε καναν θα υπάρχει! Ο λόγος είναι ότι οι τέσσερις στερεοί πλανήτες, Ερμής, Αφροδίτη, Γη και Αρης, που είναι πολύ μικρότεροι από τους τέσσερις αέριους γίγαντες Δία, Κρόνο, Ουρανό και Ποσειδώνα, είναι «ευαίσθητοι» στις βαρυτικές διαταραχές που δέχονται από τους τελευταίους. Μάλιστα, αντίθετα από ό,τι ίσως θα περίμενε κανείς, ο περισσότερο ευάλωτος από όλους τους πλανήτες είναι ο Ερμής, και μάλιστα στην επιρροή του Δία, επειδή ο προσανατολισμός των τροχιών των δύο αυτών πλανητών αλλάζει με παρόμοιο τρόπο.

Το τελικό αποτέλεσμα είναι ότι η ασήμαντα μικρή βαρυτική έλξη του Δία στον Ερμή αθροίζεται με τον καιρό, έτσι ώστε σε εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια η τροχιά του τελευταίου μπορεί να πλησιάσει την Αφροδίτη και να την εκτρέψει από τη σημερινή της κίνηση, με τελική συνέπεια τη σύγκρουση της Γης είτε με τον Ερμή είτε με την Αφροδίτη είτε με τον Αρη. Το αν θα συμβεί όμως κάτι τέτοιο εξαρτάται με πολύ ευαίσθητο τρόπο από την αρχική θέση και ταχύτητα που χρησιμοποιούμε στους υπολογισμούς μας για τον Ερμή!

Και ένα χιλιοστό κάνει τη διαφορά
Σήμερα γνωρίζουμε τη θέση του Ερμή με πιθανό λάθος μόλις μερικών μέτρων, απίστευτη ακρίβεια θαέλεγε κανείς για έναν πλανήτη διαμέτρου 5.000 χιλιομέτρων που κινείται σε τροχιά διαμέτρου 116.000.000 χιλιομέτρων! Και όμως, οι αριθμητικοί υπολογισμοί του Λασκάρ έδειξαν ότι αλλαγή της αρχικής θέσης του Ερμήκατά μόλις ένα χιλιοστόμετρομπορεί να οδηγήσει σε ριζικά διαφορετική εξέλιξη του ηλιακού συστήματος! Ετσι δεν έχει πια νόημα να μιλάμε για τοποιο θα είναι το μέλλοντης Γης και των υπόλοιπων στερεών πλανητών, αλλά μόνο για τοποια πιθανότητα υπάρχεινα παραμείνουν στις σημερινές τροχιές. Οι υπολογισμοί του Λασκάρ δείχνουν ότι υπάρχει λοιπόν μια πιθανότητα της τάξεως του 10% να συγκρουστούν μεταξύ τους στο απώτερο μέλλον οι τέσσερις στερεοί πλανήτες. Η πιθανότητα αυτή περιορίζεται στο 1% αν λάβει κανείς υπόψη του και τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, αλλά πάντως δεν μηδενίζεται. Ετσι δίνεται μια οριστική απάντηση στο παλαιό πρόβλημα της ευστάθειας του ηλιακού συστήματος: οι πλανήτες δεν θα συνεχίσουν να κινούνται στις σημερινές τροχιές τους για πάντα.