Theo một nghiên cứu gần đây, khả năng Trái đất va chạm với Sao Hỏa, Sao Kim và Sao Hỏa

Trái đất rất có thể không tồn tại đến ngày nay. Điều này là do quỹ đạo của các hành tinh bên trong hệ Mặt trời (sao, sao Kim, Trái đất và sao Hỏa) rất hỗn loạn và các mô phỏng đã gợi ý rằng các hành tinh bên trong này (để phân biệt với các hành tinh bên ngoài gồm sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên vương và sao Hải vương) lẽ ra phải đâm vào nhau. Tuy nhiên, điều đó đã không xảy ra. Nghiên cứu gần đây, được công bố vào ngày 3.5 trên tạp chí Physical Review X, cuối cùng đã giải thích tại sao.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng chuyển động của các hành tinh bên trong bị hạn chế bởi một số tham số đóng vai trò như một sợi dây ràng buộc ngăn cản sự hỗn loạn của hệ thống. Những hiểu biết sâu sắc về nghiên cứu mới có thể giúp các nhà khoa học hiểu được quỹ đạo của các ngoại hành tinh (các hành tinh xung quanh những ngôi sao khác bên ngoài hệ Mặt trời) bên cạnh việc đưa ra lời giải thích toán học cho sự hài rõ ràng của hệ Mặt trời.

Lực hấp dẫn mà các hành tinh có quỹ đạo gần nhau tác động lên nhau gây ra, và những lực hút nhỏ này liên tục ảnh hưởng đến quỹ đạo của chúng. Các hành tinh bên ngoài thuộc hệ Mặt trời (sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên vương và sao Hải vương) lớn hơn nhiều, có khả năng chống lại các lực kéo nhỏ hơn và do đó duy trì quỹ đạo của chúng tương đối ổn định.

Tuy nhiên, vấn đề quỹ đạo của các hành tinh bên trong hệ Mặt trời vẫn còn quá phức tạp để được giải quyết một cách chính xác. Nhà toán học Henri Poincaré đã chứng minh vào cuối thế kỷ 19 rằng về mặt toán học là không thể giải các phương trình chi phối chuyển động của ba hoặc nhiều vật thể có tương tác với nhau, còn được gọi là "bài toán ba vật thể". Kết quả là, sự không chắc chắn trong các chi tiết cụ thể về vị trí xuất phát và vận tốc của các hành tinh tăng lên theo thời gian. Nói cách khác, có hai kịch bản có thể xảy ra, trong đó khoảng cách giữa sao, sao Kim, sao Hỏa và Trái đất chênh lệch nhau một lượng nhỏ nhất: một trường hợp các hành tinh va vào nhau và các trường hợp khác thì chúng đi chệch nhau.

Thời gian Lyapunov của hệ hỗn loạn là khoảng thời gian cần thiết để hai quỹ đạo có điều kiện xuất phát gần như giống hệt nhau phân kỳ một lượng xác định. Jacques Laskar, một nhà thiên văn học và giám đốc nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu khoa học quốc gia và Đài thiên văn Paris, đã xác định thời gian Lyapunov đặc trưng cho quỹ đạo hành tinh bên trong của hệ Mặt trời chỉ là 5 triệu năm vào năm 1989.

Theo Laskar phân tích, "Về cơ bản, điều đó có nghĩa là bạn mất đi một chữ số cứ sau 10 triệu năm." Chẳng hạn, 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. 9 chữ số nữa bị mất đi sau 100 triệu năm, dẫn đến độ bất định là 150 triệu cây số, tương đương với khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời. Về cơ bản, bạn không biết hành tinh này ở đâu.

Trong lịch vũ trụ, mặc dù 100 triệu năm có vẻ dài, nhưng nó thực sự khá ngắn. Bản thân hệ Mặt trời đã hơn 4,5 tỉ năm tuổi và việc thiếu các sự kiện điểm nhấn, chẳng hạn như một vụ va chạm hành tinh hoặc một hành tinh bị đẩy ra khỏi tất cả chuyển động hỗn loạn này, khiến các nhà khoa học bối rối bấy lâu.

Laskar sau đó kiểm tra vấn đề theo một cách khác: bằng cách giả định quỹ đạo hành tinh bên trong trong trong 5 tỉ năm tới, tiến hành từ thời điểm này sang thời điểm tiếp theo. Ông ước tính rằng chỉ có 1% khả năng xảy ra va chạm giữa các hành tinh. Ông ước tính rằng trung bình sẽ mất 30 tỉ năm để bất kỳ hành tinh nào va chạm nhau theo cách tương tự.

Xu thế ổn định thống trị trong sự hỗn loạn

Sau đó, khi nghiên cứu toán học, Laskar và các đồng nghiệp của ông lần đầu tiên xác định được "sự đối xứng" hoặc "số lượng bảo toàn" trong các tương tác hấp dẫn, dẫn đến cái mà theo cách nói của Laskar là "rào cản thực tế trong sự lang thang hỗn loạn của các hành tinh."

Giống như phần trồi lên của vành đĩa ăn sẽ ngăn chặn thức ăn rơi ra khỏi đĩa nhưng không ngăn chặn hoàn toàn, các đại lượng nổi lên này gần như không đổi và có thể ngăn chặn một số chuyển động hỗn loạn nhất định nhưng không ngăn chặn chúng hoàn toàn. Những đại lượng này giữ cho hệ Mặt trời ổn định rõ ràng, vì vậy chúng ta có thể bày tỏ lòng biết ơn đối với họ.

Renu Malhotra, Giáo sư khoa học hành tinh tại Đại học Arizona, người không tham gia vào nghiên cứu và đã nhấn mạnh mức độ tinh vi của các cơ chế được xác định trong nghiên cứu. Theo Malhotra, "quỹ đạo hành tinh trong hệ Mặt trời của chúng ta thể hiện sự hỗn loạn đặc biệt yếu."

Laskar và các đồng nghiệp của cô ấy đang cố gắng tìm hiểu xem liệu số lượng hành tinh trong hệ Mặt trời có bao giờ khác với những gì chúng ta thấy ngày nay hay không trong một nghiên cứu khác. Không còn nghi ngờ gì nữa, liệu điều đó có luôn đúng trong hàng tỉ năm trước khi sự sống tiến hóa hay không vẫn là một câu hỏi bỏ ngỏ cho tất cả sự ổn định hiển nhiên ngày nay.

Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống