2024-05-26 21:00:00
Pensez-vous que le système solaire est quelque peu stable ? Est-il difficile pour vous de le définir comme un système chaotique qui pourrait changer à tout moment ? Bien que les planètes aient apparemment continué orbites stables Tout au long de l’histoire, la réalité est bien plus complexe.
Depuis qu’Isaac Newton a formulé la loi de la gravitation universelle en 1687, la communauté scientifique a exploré la stabilité du système solaire, découvrant que même les plus petites perturbations gravitationnelles peuvent, sur des millions d’années, conduire à comportements imprévisibles et chaotiques.
Même si, aux échelles de temps humaines, tout semble indiquer que notre système planétaire sera stable, les modèles à long terme montrent qu’il est effectivement sensible à des variations chaotiques.
DE NATURE CHAOTIQUE
Le système solaire, à l’œil nu, apparaît comme un mécanisme parfaitement ordonné : l’étoile centrale et les planètes suivent leurs orbites autour d’elle de manière prévisible et régulière. Il semble impossible de l’imaginer défini comme quelque chose de chaotique, n’est-ce pas ?
Cependant, cette apparente stabilité cache une réalité bien plus complexe puisque les interactions gravitationnelles entre les planètes, bien que subtiles, ils s’accumulent avec le temps, ce qui peut provoquer des changements très importants dans les trajectoires orbitales. C’est précisément cette sensibilité aux petits changements qui constitue l’essence même de chaos déterministeun concept mathématique qui décrit comment différents systèmes peuvent être imprévisibles en raison de petites perturbations.
Qu’est-ce que cela signifie dans le contexte du système solaire ? Que même la plus petite variation dans la position ou la vitesse d’une planète pourrait, après des millions d’années, entraîner un changement radical dans son orbite et, donc, dans une transformation de notre système planétaire.
C’est précisément à la fin du XIXe siècle que la compréhension de ce comportement est apparue, grâce aux travaux de scientifiques comme Henri Poincaré, qui ont découvert que, bien que les lois de la mécanique céleste soient déterministes, L’évolution à long terme des systèmes multi-corps ne peut jamais être prédite. avec précision. Cette réflexion était totalement révolutionnaire à l’époque, car elle révolutionnait complètement la vision newtonienne existante d’un Univers complètement prévisible et mécanique.
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LES RÉSONANCES ET LE PROBLÈME DU N-BODY
Or, d’où pourraient provenir ces petits changements ? Est-il vraiment possible que cela se produise ? Eh bien, à l’épicentre de tout cela dynamique chaotique On y retrouve deux concepts fondamentaux : les résonances orbitales et le problème des n corps.
De son côté, un résonance orbital se produirait lorsque les orbites de plusieurs corps finissent par s’aligner ou “syntonisant» en raison de l’attirance entre eux. Un exemple est la découverte de Daniel Kirkwood en 1867, qui observa que certaines zones de la ceinture d’astéroïdes sont presque vides en raison des résonances avec Jupiter. Ils étaient appelés “Lagons de Kirkwood» et sont des régions dans lesquelles la force gravitationnelle de la planète influence régulièrement et de manière répétée les astéroïdes, modifiant leurs orbites et vidant ces zones.
La même chose se produit avec divers objets du système solaire comme les satellites de Pluton ou notre propre Lune, et bien qu’il s’agisse de résonances qui normalement se stabilisent, dans certains cas, elles peuvent être amplifiées, conduisant à changements orbitaux importants et contribuer au comportement chaotique du système.
NASA/JPL-Caltech
Conceptualisation de la ceinture d’astéroïdes. Certaines zones de la ceinture sont vides en raison des résonances avec Jupiter.
D’un autre côté, le problème à n corps, qui vient de la difficulté de résoudre les interactions gravitationnelles de trois corps ou plus, influence également ce panorama. Alors que les interactions à deux corps peuvent être décrites très précisément à l’aide des lois de Newton, l’ajout d’un troisième corps rend les équations extrêmement difficile à résoudregénérant un mouvement complexe où les orbites sont extrêmement sensibles.
Cela signifie que même de petits changements dans la position ou la vitesse des planètes peuvent conduire à des prévisions peu fiables à long terme, c’est-à-dire qu’il devient presque impossible de prédire ce qui arrivera aux systèmes.
LE CHAOS DÉTERMINISTE
Or, il est vrai que la compréhension du comportement chaotique du système solaire a beaucoup progressé avec le développement informatique. Avant l’ère des superordinateurs, les calculs nécessaires pour simuler les orbites à long terme des planètes étaient peu pratiques en raison de la complexité du problème à n corps.
En fait, chaque planète du système solaire influence toutes les autres par la gravité, créant ainsi un vaste réseau d’interactions qui aboutit à des équations non linéaires véritablement complexes. Cependant, avec l’arrivée du supercalculateurs Dans les années 1970, les astronomes ont pu réaliser des simulations un peu plus détaillées qui ont confirmé que même les plus petites perturbations peuvent conduire à des résultats très différents, principe fondamental du chaos déterministe.
Grâce à des algorithmes de traitement massif, il est désormais possible de simuler les orbites des planètes sur des millions d’années, démontrant que, par exemple, un léger changement de l’orbite d’une planète dû à l’impact d’un astéroïde peut entraîner des collisions entre planètes, voire dans l’expulsion d’une planète hors du système solaire. Par ailleurs, ces études ont montré qu’au-delà des périodes de entre 2 et 230 millions d’annéestoute prédiction sur la position exacte des planètes devient une simple spéculation : prédire la situation du système solaire après cette période est impossible.
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