La Terre ne devrait probablement pas exister. En effet, les orbites des planètes intérieures du système solaire - Mercure, Vénus, la Terre et Mars - sont chaotiques, et les chercheurs pensent que ces planètes intérieures auraient dû entrer en collision à ce jour. Mais cela ne s'est pas produit.
La nouvelle étude, publiée le 3 mai dans la revue Examen physique X, peut enfin expliquer pourquoi.
Après avoir approfondi les modèles de mouvement planétaire, les scientifiques ont découvert que les mouvements des planètes intérieures sont limités par certains paramètres qui agissent comme une attache qui retient le chaos du système. En plus de fournir une explication mathématique de l'harmonie apparente de notre système solaire, les résultats de la nouvelle étude pourraient aider les scientifiques à comprendre les trajectoires des exoplanètes en orbite autour d'autres étoiles.
Les planètes exercent constamment une attraction gravitationnelle mutuelle les unes sur les autres - et ces petits remorqueurs effectuent constamment des ajustements subtils aux orbites des planètes. Les planètes extérieures, beaucoup plus grandes, sont plus résistantes aux petits chocs et maintiennent donc des orbites relativement stables.
Le problème des trajectoires internes des planètes est cependant encore trop complexe pour une solution exacte. A la fin du 19ème siècle, le mathématicien Henri Poincaré a prouvé qu'il est mathématiquement impossible de résoudre les équations qui décrivent le mouvement de trois objets en interaction ou plus, également connu sous le nom de "problème des trois corps". En conséquence, les incertitudes dans les détails des positions initiales et des vitesses des planètes augmentent avec le temps. En d'autres termes: vous pouvez prendre deux scénarios dans lesquels les distances entre Mercure, Vénus, Mars et la Terre diffèrent de la plus petite quantité, et dans l'un d'eux, les planètes se heurtent et dans l'autre - divergent dans des directions différentes.
Le temps pendant lequel deux trajectoires avec des conditions initiales presque identiques divergent d'une certaine quantité est appelé le temps de Lyapunov d'un système chaotique. En 1989, Jacques Lascard, astronome et directeur scientifique du Centre national de la recherche scientifique et de l'Observatoire de Paris et co-auteur de la nouvelle étude, estimait que le temps caractéristique de Lyapunov pour les orbites des planètes du système solaire interne est seulement 5 millions d'années.
"Essentiellement, cela signifie que vous perdez un chiffre tous les 10 millions d'années", a déclaré Lascar à Live Science. Ainsi, par exemple, si l'incertitude initiale de la position de la planète est de 15 mètres, alors après 10 millions d'années cette incertitude sera de 150 mètres ; après 100 millions d'années, 9 autres chiffres sont perdus, ce qui donne une incertitude de 150 millions de kilomètres, équivalente à la distance entre la Terre et le Soleil. "En gros, vous n'avez aucune idée de l'endroit où se trouve la planète", a déclaré Lascar.
Alors que 100 millions d'années peuvent sembler une longue période, le système solaire lui-même existe depuis plus de 4,5 milliards d'années, et l'absence d'événements - tels que des collisions planétaires ou l'éjection d'une planète de tout ce mouvement chaotique - a longtemps déconcerté scientifiques.
Puis Laskar a abordé le problème d'une manière différente : en simulant les trajectoires internes des planètes au cours des 5 milliards d'années à venir, en se déplaçant d'un instant à l'autre. Il a trouvé seulement 1% de chances que les planètes entrent en collision. En utilisant la même approche, il a calculé qu'il faudrait en moyenne environ 30 milliards d'années pour que les planètes entrent en collision.
En approfondissant les mathématiques, Lascar et ses collègues ont découvert pour la première fois des "symétries" ou des "quantités conservatrices" dans les interactions gravitationnelles qui créent une "barrière pratique à l'errance chaotique des planètes", a déclaré Lascar.
Ces quantités émergentes restent presque constantes et inhibent certains mouvements chaotiques, mais ne les empêchent pas complètement, tout comme le bord relevé d'une assiette ralentit mais n'empêche pas complètement les aliments de tomber de l'assiette. Nous pouvons devoir ces quantités à la stabilité apparente de notre système solaire.
Renu Malhotra, professeur de sciences planétaires à l'Université de l'Arizona qui n'a pas participé à l'étude, a souligné la subtilité des mécanismes découverts dans l'étude. Malhotra a déclaré à Live Science qu'il est intéressant que "les orbites des planètes de notre système solaire présentent un chaos exceptionnellement faible".
Dans d'autres travaux, Lascar et ses collègues recherchent des indices pour savoir si le nombre de planètes dans le système solaire a déjà été différent de ce que nous observons actuellement. Malgré toute la stabilité apparente aujourd'hui, la question de savoir si cela a toujours été le cas pendant les milliards d'années avant l'apparition de la vie reste ouverte.
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