Lý do các hành tinh trong Hệ mặt trời không va vào nhau

[Romano]

Theo các nhà nghiên cứu, quỹ đạo của các hành tinh bên trong Hệ mặt trời - sao Thủy, sao Kim, Trái đất và sao Hỏa - rất hỗn loạn.Các mô hình đã gợi ý rằng, những hành tinh đó lẽ ra phải đâm vào nhau. Tuy nhiên, điều đó đã không xảy ra.

Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Physical Review X đã giải thích lý do tại sao. Thông qua việc nghiên cứu sâu, nhóm nghiên cứu phát hiện, chuyển động của các hành tinh bên trong bị hạn chế.

Lý do là vì một số tham số đóng vai trò như một dây buộc ngăn cản sự hỗn loạn của hệ thống. Bên cạnh việc cung cấp một lời giải thích toán học cho sự hài hòa rõ ràng trong Hệ mặt trời của chúng ta, những hiểu biết sâu sắc của nghiên cứu mới có thể giúp các nhà khoa học biết được quỹ đạo của các ngoại hành tinh xung quanh những ngôi sao khác.

Các hành tinh liên tục tạo ra lực hấp dẫn lên nhau. Những lực kéo nhỏ này liên tục tạo ra những điều chỉnh nhỏ đối với quỹ đạo của các hành tinh. Các hành tinh bên ngoài, lớn hơn nhiều, có khả năng chống lại lực kéo nhỏ hơn. Từ đó, duy trì các quỹ đạo tương đối ổn định.

×
Tuy nhiên, vấn đề về quỹ đạo của các hành tinh bên trong vẫn còn quá phức tạp để giải quyết một cách chính xác. Vào cuối thế kỷ 19, nhà toán học Henri Poincaré đã chứng minh rằng, 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 thể”.

Kết quả là, sự không chắc chắn trong các chi tiết về vị trí xuất phát và vận tốc của các hành tinh tăng lên theo thời gian. Nói cách khác, có thể xảy ra hai kịch bản.

Trong đó, khoảng cách giữa sao Thủy, sao Kim, sao Hỏa và Trái đất chênh lệch nhau một lượng nhỏ nhất. Do đó, trong một trường hợp, các hành tinh va vào nhau. Trường hợp còn lại là chúng lệch nhau.

Thời gian cần thiết để hai quỹ đạo có điều kiện xuất phát gần như giống hệt nhau phân kỳ một lượng 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 tác giả của nghiên cứu mới, đã tính toán thời gian Lyapunov đặc trưng cho hành tinh quỹ đạo của Hệ mặt trời bên trong là 5 triệu năm.

“Về cơ bản, điều đó có nghĩa là bạn mất đi một chữ số cứ sau 10 triệu năm”, Laskar nói. Ví dụ, nếu độ không chắc chắn ban đầu về vị trí của một hành tinh là 15 mét, thì 10 triệu năm sau, độ không chắc chắn này sẽ là 150 mét. Sau 100 triệu năm, 9 chữ số nữa bị mất đi, tạo ra độ bất định là 150 triệu km - tương đương với khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời.

Laskar sau đó xem xét vấn đề bằng cách mô phỏng quỹ đạo bên trong hành tinh trong 5 tỷ năm tới, bước từ thời điểm này sang thời điểm tiếp theo. Ông chỉ tìm thấy 1% khả năng xảy ra va chạm giữa các hành tinh. Với cách tiếp cận tương tự, ông tính toán rằng, trung bình sẽ mất khoảng 30 tỷ năm để bất kỳ hành tinh nào va chạm.