På papiret burde de fire planeter i vores indre solsystem – Merkur, Venus, Jorden og Mars – være kollideret for længst.
Deres planetbaner i kredsløbet om Solen er kaotiske, forstået på den måde, at deres svage gravitationseffekter på hinanden kan udløse påvirkninger på uforudsigelige måder.
For os på Jorden har historiske observationer af planeterne virket stabile, men tiden på vores planet i forhold til tiden i universet er ualmindelig ung.
Så hvorfor er planeterne ikke kollideret, når nu modeller og matematiske kaosteorier viser, at det burde de?
Det har et hold astronomer fra Observatoire de Paris og Sorbonne Universitetet i Frankrig analyseret sig frem til i en forskningsartikel, der er udgivet i tidsskriftet Physical Review X.
Kaos burde herske
Planeterne i vores indre solsystem udøver konstant en gensidig tyngdekraft på hinanden, og disse små gravitationstræk skaber små justeringer i planeternes kredsløb hen over milliarder af år.
De ydre planeter er meget større, og de er derfor mere modstandsdygtige over for små gravitationstræk. Derfor opretholder de nogle forholdsvis stabile baner.
Den matematiske udfordring med vores indre solsystem har længe været et diskuteret matematisk og astrofysisk problem, som det har været svært at finde et entydigt svar på.
Den franske matematiker og fysiker Henri Poincaré beviste i slutningen af 1800-tallet, at det er umuligt at løse de ligninger, der styrer bevægelsen for mere end tre interagerende objekter – også kaldet trelegemeproblemet.
Planeterne i vores indre solsystem udøver konstant en gensidig tyngdekraft på hinanden, og disse små gravitationstræk skaber små justeringer i planeternes kredsløb, som burde have forårsaget kollisioner.
Det betyder, at usikkerheden i detaljerne omkring en planets startposition og hastighed stiger over tid. Det giver et utal af scenarier, hvor de fire indre solsystemsplaneter enten kan støde ind i hinanden eller slynge hinanden væk.
Den tid, det tager for to baner med næsten identiske startbetingelser at afvige med en bestemt mængde, er kendt som Lyapunov-tiden for det kaotiske system.
Og moderne beregninger på denne tid viser, at kaotiske tilstande i solsystemets 4,5 milliarder år lange historie burde være brudt ud for længst.
Beregninger viser symmetri
Forskerne prøvede at simulere de indre planetbaner hen over de næste 5 milliarder år. Her fandt de, at der kun er én procent chance for, at nogle af planeterne kolliderer.
Faktisk vil det i gennemsnit tage omkring 30 milliarder år, før nogen af planeterne kolliderer.
Da forskerne undersøgte matematikken bag udregningerne nærmere, kunne de se en slags symmetri eller ”bevarede mængder” i gravitationsinteraktionerne, som de kalder det, der fungerer som en slags stabilitet, der hæmmer systemets kaos.
Disse fremkommende mængder vedholder næsten en konstant, der hæmmer visse kaotiske bevægelser, men ikke totalt forhindrer dem. Med andre ord er der en matematisk orden i kaos.
Det er ikke klart, hvad disse bevarede mængder præcist er, men matematisk tyder det på, at planeterne i deres baner, har skabt en symmetri i deres interaktioner, der gør, at de ikke støder sammen lige foreløbig.
Ud fra disse resultater vil holdet nu undersøge, om der engang har været flere planeter i vores solsystem, og om hvor længe symmetrien i vores solsystem har eksisteret.
Disse beregningsmetoder vil også kunne bruges til at forstå banerne for exoplaneter i andre solsystemer.