أفادت تقارير إعلامية، أن مدارات الكواكب الداخلية للنظام الشمسي – عطارد والزهرة والأرض والمريخ – توصف بأنها فوضوية، واقترحت النماذج أن هذه الكواكب كان يجب أن يصطدم بعضها ببعض الآن. ولكن، لم يحدث ذلك، وقد يقدم بحث جديد نُشر في 3 مايو في مجلة Physical Review X أخيرا تفسيراً محتملاً، وفقاً لـ”لايف ساينس”.

ومن خلال الانغماس العميق في نماذج حركة الكواكب، اكتشف الباحثون أن حركات الكواكب الداخلية مقيدة بمعلمات معينة تعمل كحبل يمنع فوضى النظام. وإلى جانب تقديم تفسير رياضي للتناغم الواضح في نظامنا الشمسي، قد تساعد رؤى الدراسة الجديدة العلماء على فهم مسارات الكواكب الخارجية المحيطة بالنجوم الأخرى.

كواكب لا يمكن التنبؤ بها

تمارس الكواكب باستمرار قوة جاذبية متبادلة على بعضها البعض – وهذه القاطرات الصغيرة تقوم باستمرار بإجراء تعديلات طفيفة على مدارات الكواكب. والكواكب الخارجية، الأكبر بكثير، أكثر مقاومة للقاطرات الصغيرة، وبالتالي تحافظ على مدارات مستقرة نسبيا.

ومع ذلك، لا تزال مشكلة مسارات الكواكب الداخلية معقدة للغاية بحيث لا يمكن حلها بالضبط. وفي أواخر القرن التاسع عشر، أثبت عالم الرياضيات هنري بوانكاريه أنه من المستحيل رياضيا حل المعادلات التي تحكم حركة ثلاثة أو أكثر من الأجسام المتفاعلة، والتي تُعرف غالبا باسم “مشكلة الأجسام الثلاثة”. نتيجة لذلك، تتزايد الشكوك في تفاصيل مواقع بدء الكواكب وسرعاتها بمرور الوقت. بمعنى آخر: من الممكن أن نأخذ سيناريوهين تختلف فيهما المسافات بين عطارد والزهرة والمريخ والأرض بأدنى قدر، وفي أحدهما تصطدم الكواكب ببعضها البعض وفي الآخر تنحرف عن بعضها.

ويُعرف الوقت الذي يستغرقه مساران مع ظروف بداية متطابقة تقريبا للتباعد بمقدار معين باسم زمن Lyapunov للنظام الفوضوي. في عام 1989، قام جاك لاسكار، عالم الفلك ومدير الأبحاث في المركز الوطني للبحوث العلمية ومرصد باريس والمعد المشارك للدراسة الجديدة، بحساب خاصية وقت Lyapunov للكواكب حيث كانت مدارات النظام الشمسي الداخلي 5 ملايين سنة فقط.

وقال لاسكار: “هذا يعني أنك تفقد رقما واحدا كل 10 ملايين سنة”. لذلك، على سبيل المثال، إذا كان عدم اليقين الأولي في موقع كوكب ما هو 15 مترا، فسيكون هذا بعد 10 ملايين سنة 150 مترا؛ بعد 100 مليون سنة، فقدت 9 أرقام أخرى، ما يعطي حالة عدم يقين قدرها 150 مليون كيلومتر، أي ما يعادل المسافة بين الأرض والشمس.

وقال لاسكار: “ليس لديك فكرة عن مكان الكوكب”.

وفي حين أن 100 مليون سنة قد تبدو طويلة، فإن عمر النظام الشمسي نفسه يزيد عن 4.5 مليار سنة، ونقص الأحداث الدرامية – مثل اصطدام الكواكب أو خروج كوكب من كل هذه الحركة الفوضوية – حير العلماء لفترة طويلة.

ثم نظر لاسكار إلى المشكلة بطريقة مختلفة: عن طريق محاكاة مسارات الكوكب الداخلية على مدى الخمسة مليارات سنة القادمة، والانتقال من لحظة إلى أخرى. وجد فرصة بنسبة 1٪ فقط لحدوث تصادم كوكبي. وبنفس الطريقة، حسب أنه سيستغرق، في المتوسط، حوالي 30 مليار سنة حتى يصطدم أي من الكواكب.

ومن خلال الخوض في الرياضيات، حدد لاسكار وزملاؤه لأول مرة “التناظرات” أو “الكميات المحفوظة” في تفاعلات الجاذبية التي تخلق “حاجزا عمليا في تجوال الكواكب”، على حد قول لاسكار.

وتظل هذه الكميات الناشئة ثابتة تقريبا وتثبط بعض الحركات الفوضوية، ولكنها لا تمنعها تماما.

وأبرز رينو مالهوترا، أستاذ علوم الكواكب في جامعة أريزونا الذي لم يشارك في الدراسة، مدى دقة الآليات المحددة في الدراسة.

وقال إن من المثير للاهتمام أن “المدارات الكوكبية لنظامنا الشمسي تظهر فوضى ضعيفة بشكل استثنائي”.

وفي عمل آخر، يبحث لاسكار وزملاؤه عن أدلة حول ما إذا كان عدد الكواكب في النظام الشمسي مختلفا عما نراه حاليا. وعلى الرغم من الاستقرار الواضح اليوم، يظل السؤال مفتوحا حول ما إذا كان هذا هو الحال دائما على مدى مليارات السنين قبل تطور الحياة.