Les scientifiques ont découvert des « symétries » secrètes qui protègent la Terre du chaos de l’espace

Une nouvelle analyse du chaos du système solaire révèle comment les planètes évitent les collisions pendant des milliards d’années.

Peut-être que la Terre ne devrait pas exister.

En effet, les orbites des planètes du système solaire interne – Mercure, Vénus, Terre et Mars – sont chaotiques, et les modèles indiquent que ces planètes internes auraient déjà dû entrer en collision les unes avec les autres. Mais cela ne s'est pas produit.

Nouvelle recherche publiée dans la revue Examen physiquepourrait enfin expliquer pourquoi.

En approfondissant les schémas de mouvement planétaire, les chercheurs ont découvert que les mouvements des planètes intérieures sont liés par certains paramètres qui agissent comme un lien empêchant le chaos dans le système. En plus de fournir une explication mathématique de l'harmonie apparente de notre système solaire, les conclusions de la nouvelle étude pourraient aider les scientifiques à comprendre les trajectoires des exoplanètes autour d'autres étoiles.

Planètes imprévisibles

Les planètes exercent constamment une force gravitationnelle mutuelle les unes sur les autres, apportant constamment de légers ajustements à leurs orbites. Les exoplanètes, qui sont beaucoup plus grandes, sont plus résistantes aux petites traînées et maintiennent ainsi des orbites relativement stables.

Cependant, le problème des trajectoires des planètes intérieures est encore trop complexe pour être résolu avec précision. À la fin du XIXe siècle, le mathématicien Henri Poincaré a démontré qu'il était mathématiquement impossible de résoudre les équations régissant le mouvement de trois corps ou plus en interaction, souvent appelées « problème des trois corps ». En conséquence, l’incertitude sur les détails des positions initiales et des vitesses des planètes augmente avec le temps. En d’autres termes, il est possible d’envisager deux scénarios dans lesquels les distances entre Mercure, Vénus, Mars et la Terre diffèrent moins, et dans l’un où les planètes entrent en collision et dans l’autre les planètes entrent en collision.

Le temps nécessaire pour que deux chemins avec des conditions initiales presque identiques divergent d'une valeur donnée est connu sous le nom de temps de Lyapunov du système chaotique. En 1989, Jacques Lascard, astronome et directeur de recherche au CNRS et à l'Observatoire de Paris et co-auteur de la nouvelle étude, calculait que le temps Lyapunov caractéristique des orbites planétaires du système solaire interne n'était que de 5 millions. Années.

« Cela signifie essentiellement que vous perdez un chiffre tous les 10 millions d'années », a déclaré Laskar. Sciences vivantes. Ainsi, par exemple, si l'incertitude initiale sur la position d'une planète est de 15 mètres, après 10 millions d'années cette incertitude sera de 150 mètres, et après 100 millions d'années 9 autres nombres sont perdus, ce qui donne une incertitude de 150 millions de km, équivalent à la position d'une planète. distance entre la Terre et le Soleil. « En gros, vous n'avez aucune idée de l'endroit où se trouve la planète », a déclaré Laskar.

100 millions d'années peuvent sembler une longue période, mais le système solaire lui-même a plus de 4,5 milliards d'années, et l'absence d'événements dramatiques comme des collisions planétaires ou une planète éjectée de tout ce mouvement chaotique a longtemps intrigué les scientifiques.

Laskar a ensuite abordé le problème d'une manière différente : en simulant les trajectoires intérieures de la planète au cours des cinq milliards d'années à venir, en se déplaçant d'un instant à l'autre. Il n’a trouvé que 1% de chances qu’une collision planétaire se produise. En utilisant la même approche, on estime qu’il faudrait en moyenne environ 30 milliards d’années pour que l’une ou l’autre planète entre en collision.

Maîtriser le chaos

En se plongeant dans les mathématiques, Laskar et ses collègues ont identifié pour la première fois des « symétries » ou des « quantités conservées » dans les interactions gravitationnelles qui créent « une barrière pratique aux errances chaotiques des planètes », a déclaré Laskar.

Ces quantités émergentes restent à peu près constantes et empêchent certains mouvements irréguliers, mais vous ne les empêchez pas complètement, tout comme le bord surélevé d'une assiette empêche les aliments de tomber de l'assiette, mais ne l'empêche pas complètement. Nous pouvons remercier ces quantités pour l’apparente stabilité de notre système solaire.

Renu Malhotra, professeur de sciences planétaires à l'Université d'Arizona qui n'a pas participé à la recherche, souligne la précision des mécanismes identifiés dans l'étude. Il est intéressant de noter que « les orbites des planètes de notre système solaire montrent un chaos très faible », explique Malhotra à Live Science.

Dans d'autres travaux, Laskar et ses collègues recherchent des indices permettant de savoir si le nombre de planètes dans le système solaire est différent de ce que nous voyons actuellement. Malgré toute l’apparente stabilité actuelle, la question reste ouverte de savoir si cela a toujours été le cas des milliards d’années avant l’évolution de la vie.