Astro news

                                         
                                    меню  содержание   news299  news300  news301

                                         Хаотична ли  Солнечная система?

  Проявляется ли хаос в движении внешних планет-гигантов в Солнечной системе?  Долгое время  два 
разных метода расчета давали противоположные ответы. Американский исследователь, по-видимому, 
разрешил этот парадокс.
Точность, с которой астрономы могут предсказывать солнечные затмения и движение планет, наводит 
на мысль, что динамика крупных тел в Солнечной системе абсолютно предсказуема. На самом деле это
впечатление  обманчиво.  Регулярным  движение планет  кажется лишь  в тысячелетнем масштабе,  но, 
когда счет идет на миллионы лет, в их динамику вполне может  вмешаться  хаос.
В случае движения планет Солнечной системы хаос,  к счастью,  не означает,  что планеты будут  дви-
гаться совсем уж беспорядочно. Их орбиты будут лежать примерно  в том же районе,  где и сейчас. Ха-
отическое движение планеты на масштабе времени  T означает только,  что вы  не сможете вычислить 
хотя бы приблизительное положение планеты на орбите через  промежуток времени,  в несколько  раз 
больший,  чем  T.



              На масштабах  в миллионы лет  движение внешних планет  Солнечной системы
              может  быть хаотичным 

Является ли движение планет в Солнечной системе регулярным и хаотическим, выясняется с помощью 
численных расчетов. Прибегать к ним приходится потому, что в случае более чем  двух гравитационно 
взаимодействующих тел не существует аналитической формулы, в которую можно было бы подставить 
время и сразу получить положение тел в любой  момент времени  ( см., например, популярную статью 
Задача трех тел  и ее точные решения ).

Гравитационные силы, притягивающие планеты  к Солнцу и друг  к другу,  известны,  поэтому  можно 
задать начальные положения  и скорости планет  и запустить  моделирование  их движения  в течение 
какого-то промежутка времени. Параллельно с этим запускается второе моделирование, в котором  всё 
то же самое, только начальные данные отличаются на незначительную величину,  например всего  на 
1 миллиметр.  Вначале орбиты планет  в этих двух ситуациях  будут с огромной  точностью совпадать, 
но постепенно, с ходом времени, они начнут всё сильнее и сильнее различаться. Для регулярного ( не-
хаотического ) движения  это различие  будет оставаться небольшим,  в то время как  для  хаотического 
движения -  экспоненциально увеличиваться со временем.
Вычисления такого рода для разных планет Солнечной системы  уже давно  были проделаны  несколь-
кими группами. Они, в частности, доказали, что движение Плутона становится  хаотичным  на  време-
нах порядка 10-20 миллионов лет из-за специфического резонансного взаимодействия с другими  пла-
нетами.  Динамика  внутренней  Солнечной системы,  которая  включает  первые  четыре планеты  от 
Солнца -  Меркурий, Венеру, Землю и Марс, - тоже хаотична на масштабе  4-5 миллионов лет, правда 
в этом случае причина хаоса пока не известна.
А вот выяснение этого вопроса для планет-гигантов во внешней Солнечной системе (Юпитер, Сатурн, 
Уран, Нептун) неожиданно зашло в тупик. Расчеты одной группы ( движение четырех больших планет 
в них учитывалось точно, а вращение внутренних планет Солнечной системы просто усреднялось) по-
казали, что хаоса нет, по крайней мере в течение первого миллиарда лет.  Вычисления  другой  группы 
- в них честно рассчитывалось движение всех планет — исправно «видели» хаос.  Правда, при неболь-
шой вариации параметров его временной масштаб постоянно прыгал в широком диапазоне, и причины,
вызывавшие такую изменчивость, были непонятны. Одно время было ощущение,  что хаос в этом  слу-
чае -  просто артефакт численных расчетов, но после тщательных проверок сходимости эту мысль  при-
шлось оставить. Таким образом, к настоящему времени сложилась почти парадоксальная ситуация: име-
ются одинаково надежные расчеты, свидетельствующие как о том, что хаос  в движении внешних  пла-
нет есть, так и о том, что его нет.
Разобраться с этой ситуацией попробовал Уэйн Хэйес (Wayne Hayes) из Калифорнийского университе-
та в Ирвайне (США). В своей статье, опубликованной недавно  в журнале  Nature Physics, он пришел  к 
интересному выводу - всё дело  в погрешности начальных данных.
Начальные данные для этих вычислений - положение и скорости дальних планет - берутся из астроно-
мических наблюдений и известны сейчас с относительной погрешностью чуть лучше одной  миллион-
ной. Это может показаться очень  высокой точностью, но,  как  выяснил автор,  даже  в этих  пределах 
встречаются и регулярные, и хаотические ситуации, и более того - они перемешаны. Для доказательст-
ва автор взял 31 набор параметров орбит,  все из которых лежат  в пределах  наблюдательных  погреш-
ностей. В пределах интервала моделирования в 200 миллионов лет 21 из них оказались хаотическими, 
а  10 -  регулярными.
Иными словами, если взять наугад какие-нибудь начальные данные в этих пределах, то они могут с ка-
кой-то вероятностью получиться регулярными, а с какой-то - хаотическими. Именно в этом кроется, по 
мнению автора, расхождение  между расчетами разных групп.  А какой ситуации  отвечает реальность, 
при сегодняшнем уровне знаний сказать нельзя.
На самом деле, эта работа не только предлагает ответ на давнюю загадку,  но и ставит  перед физиками 
новые вопросы. Совершенно непонятно, откуда возникает такая тонкая структура  в хаосе - то есть  та-
кое тщательное перемешивание регулярных и хаотических ситуаций. Никакие  известные резонансные 
явления в динамике внешних четырех планет объяснить это пока не могут. Не исключено, что  в конце 
концов окажется, что резонансный механизм порождения хаоса вообще не сможет описать эти  резуль-
таты, и тогда динамика Солнечной системы поставит перед теорией динамических систем уже  вопро-
сы не прикладного,  а фундаментального характера.

     Источник:    Wayne B. Hayes.  Is the outer Solar System chaotic?  ( текст полностью ). 
                           Nature Physics. Published online: 23 September 2007; doi:10.1038/ nphys728. 
                           Текст статьи свободно доступен в архиве е-принтов: astro-ph/0702179.

      elementy.ru/news/430599?=print

               Астрономы предсказали столкновение Земли с Марсом или Венерой


                            

                                             Столкновение двух планет.   Иллюстрация NASA

Компьютерное моделирование позволило установить, что существует вероятность того, что  в ближай-
шие 4 миллиарда лет орбиты планет земной группы ( Меркурия, Земли, Венеры и Марса ) окажутся  де-
стабилизированы. В результате между этими планетами могут произойти катастрофические столкнове-
ния.   Об этом сообщает Science NOW,   а статья ученых  появилась  в журнале Nature. 

В рамках исследования ученые смоделировали будущее  Солнечной системы  примерно  2500 раз. 
В 99 процентах случаев оказалось, что в ближайшие 4 миллиарда лет стабильность планетарных орбит 
сохранится.  Однако примерно  в одном  проценте  случаев сложное  гравитационное  взаимодействие 
Юпитера и Меркурия приводило к тому, что планеты  земного типа  сбивались со своих  траекторий. 
В частности, ученые установили,  что если  большая полуось орбиты Меркурия  в ближайшие  140 мил-
лионов лет изменится  хотя бы  на 0,38 миллиметра,  то через  4 миллиарда лет  воздействие  Юпитера 
многократно  увеличит  это изменение и приведет  к полной дестабилизации  орбиты  Меркурия.  Это, 
в свою очередь,  вызовет "сбои"  в движении  остальных  планет земного типа.  В результате  Марс или 
Венера  вполне  могут врезаться  в Землю. 
В настоящее время орбиты планет достаточно стабильны,  однако так было  не всегда.  Например,  счи-
тается,  что Луна появилась  в результате  столкновения  Земли  с крупным  небесным телом  размером s
с Марс.  Кроме этого  предполагается,  что ось  вращения Урана  наклонена  к плоскости  орбиты столь 
сильно ( он вращается почти на боку ) из-за произошедшего в прошлом столкновения с каким-то косми-
ческим  объектом. 
В настоящее  время астрономы  занимаются поиском останков небесного тела,  вероятно  породившего 
Луну.   Их  предполагается  искать  в  так  называемых  лагранжевых  точках   L4  и  L5  системы  Земля-
Солнце.  Для  этого  будут  использоваться   2  космических  аппарата  STEREO,  которые  в  настоящее 
время  уже  приближаются  к этим  точкам.

       lenta.ru/news/2009/06/11/collision

                                      У соседки Солнца найдена третья планета

Планетная система Эпсилон Эридана оказалась еще больше похожа на Солнечную систему. Астрономы
нашли в ней два пояса астероидов и признаки существования третьей планеты.
Инфракрасный космический телескоп NASA Spitzer опять отличился. Новые открытия сделаны у бли-
жайшей к нам планетной системы. От Солнца до звезды эпсилон Эридана всего десять световых лет.
Поэтому она наряду со звездами из созвездия Центавра часто используется фантастами как место, где
живут инопланетные цивилизации. Ее даже прощупали в 1960-х годах на предмет сигналов от «зеле-
ных человечков».

Созвездие Эридан, обозначается - Eridanus.

Местоположение звезды Эпсилон Эридана

Характеристики звезды Eps Eri :
Масса 0,85 Ms Радиус 0,84 Rs
Светимость 0,28 Ls Температура 5100 K
Вращение 11,1 дней
Металличность 49-65% ( от солнечной )

Звезда немного меньше и значительно моложе Солнца, ей всего 800 млн. лет. Судя по всему, сейчас
там условия, очень похожие на те, при которых в Солнечной системе только-только сформировались
планеты и начала зарождаться жизнь на Земле. Так что, похоже, «маленькие зеленые человечки» там
еще не успели эволюционировать из маленьких зеленых амеб.
Астрономы уже обнаружили у эпсилона Эридана признаки двух планет и внешнего пояса ледяных тел,
подобного поясу Койпера в Солнечной системе. Ближайшая к звезде планета Epsilon Eridani b открыта в
2000 году. Предполагается, что ее орбита лежит в 3,4 а. е. от звезды. Наличие второй планеты предпо-
ложили еще раньше, в 1998 году. Планету ввели для того, чтобы объяснить некоторые нестыковки в
орбитальном движении кометного пояса. Предполагается, что она вращается на расстоянии где-то
35 а. е., у внутренней кромки кометного пояса, который простирается на расстояние от 35 до 90 а. е.
от звезды. Астрономическая единица равна расстоянию от Солнца до Земли ( 149 597 870 км ).

Система Эпсилон Эридана похожа на Солнечную в юности

Теперь же Spitzer открыл еще два пояса астероидов, которые расположены на расстоянии около 3 и
20 а. е. от эпсилона Эридана. Для сравнения: наш пояс астероидов расположен в 3 а. е. от Солнца.
А на расстоянии 19 а. е. вокруг Солнца вращается Уран.
Похоже, на этот раз астрономам повезло: им впервые удалось найти что-то очень похожее на нашу
Солнечную систему, ведь ситуация с планетой Epsilon Eridani b и внутренним поясом астероидов очень
похожа на ситуацию с нашим поясом астероидов и Юпитером. Другое дело, что некоторые исследова-
тели планеты b считали, что она движется по вытянутой орбите с перицентром 1 а. е. и апоцентром
5 а. е. Однако ведущий автор исследования Дана Бэкман (Dana Backman) из Института SETI (проект по
поиску внеземного разума) в Маунтин-Вью считает, что планета все-таки движется по орбите, более
близкой к окружности. Если бы орбита планеты была такой «неправильной», то она бы своей гравита-
цией быстро разрушила внутренний пояс астероидов, постоянно пересекая его.
Один из важнейших выводов, который сделали астрономы из открытия Spitzer, - скорее всего, в систе-
ме есть третья планета. Раз уж у двух поясов звезды есть «пастухи», то и рядом с промежуточным поя-
сом астероидов в 20 а. е. от эпсилона Эридана также должна быть своя планета.

Размеры внутреннего ( сверху) и внешнего ( внизу) пояса астероидов
в Солнечной системе и системе Эпсилон Эридана

«Детальные исследования пылевых поясов в других планетных системах много говорят нам об их
сложной структуре, - рассказывает в пресс-релизе спитцеровской группы в Калифорнийском техноло-
гическом институте Майкл Вернер (Michael Werner), соавтор исследования и участник проекта Spitzer
в рамках лаборатории реактивных двигателей NASA. - Кстати, пока нам не удавалось найти две по-
хожие друг на друга планетные системы».
Результаты открытия авторы представили на конференции New Light on Young Stars: Spitzer`s View of
Circumstellar Disks («Новые данные о молодых звездах: взгляд Spitzer на околозвездные диски») в кали-
форнийской Пасадене. А более подробная статья принята к печати и выйдет 10 октября в Astrophysical
Journal.

ссылки:
infox.ru/science/universe/2008/10/27/epsiloneridana
solstation.com/stars/eps-erid.htm