Математика космоса. Как современная наука расшифровывает Вселенную

Я вас не убедил? Недавнее открытие, касающееся раннего периода существования Солнечной системы, ярко высветило этот вопрос. Представим себе, что некая инопланетная сверхдержава способна была бы прогнать процесс образования Солнечной системы из первичного газового облака заново из того же самого начального состояния, но с добавлением одной-единственной лишней молекулы газа. Насколько иной в этом случае была бы сегодняшняя Солнечная система?

Хочется предположить, что она не слишком сильно отличалась бы от реальной. Но не забывайте про эффект бабочки. Математики доказали, что движение молекул в газе происходит хаотично, поэтому вряд ли стоило бы удивляться, если бы это оказалось верным и в отношении коллапсирующих газовых облаков, хотя детали процессов формально и различаются. Чтобы выяснить это, Фолькер Хоффман и его сотрудники смоделировали динамику газового диска на той стадии, когда в нем содержится 2000 планетезималей; исследователи хотели проследить, как столкновения заставляют эти тела собираться в планеты. Они сравнили результат с развитием моделей, в которых присутствовало два газовых гиганта с двумя различными вариантами для их орбит. Для каждого из трех сценариев моделирование было проведено десяток раз с чуть разными начальными условиями. На каждый прогон модели ушел примерно месяц работы суперкомпьютера.

Выяснилось, что столкновения планетезималей, как и ожидалось, носят хаотичный характер. Эффект бабочки проявляется очень драматично: стоит изменить начальное положение одной-единственной планетезимали всего на 1 мм, и получается совершенно другая планетная система. Экстраполируя этот результат, Хоффман считает, что добавлением единственной молекулы газа к точной модели нарождающейся Солнечной системы (будь такое возможно) вы могли бы изменить результат так сильно, что Земля не сформировалась бы.

Вот вам и часовой механизм.

Прежде чем углубиться в рассуждения о том, насколько невероятным при этом становится наше собственное существование, и привлекать к этому вопросу божественную руку провидения, стоит принять во внимание еще один аспект этих расчетов. Хотя каждый прогон модели приводит к возникновению планет разных размеров на разных орбитах, все солнечные системы, рождающиеся в заданном сценарии, очень похожи между собой. Без газовых гигантов мы получаем около 11 каменных миров, уступающих в большинстве своем по размерам Земле. Добавляем газовые гиганты — это более реалистичная модель — и получаем четыре каменные планеты с массами от половинки земной до чуть больше массы нашей планеты. Это очень близко к тому, что есть на самом деле. Эффект бабочки меняет орбитальные элементы, но общая структура системы получается примерно одинаковой.

То же самое происходит и в погодных моделях. Взмах крылышек… и на земном шаре устанавливается совсем не такая погода, какой она была бы без этого взмаха, — но это все равно погода. Землю не заливает внезапно жидким азотом, и буран из гигантских лягушек тоже не налетает. Так что, хотя наша Солнечная система, скорее всего, не возникла бы в точности в нынешней своей форме, если бы первоначальное газовое облако было чуть-чуть иным, на ее месте непременно возникло бы что-то очень похожее. Так что шансов на появление живых организмов, вероятно, было бы не меньше.

Иногда горизонт предсказуемости может быть использован для оценки возраста хаотической системы небесных тел, поскольку именно от него зависит, как быстро система распадется и разбредется в разные стороны. В качестве примера можно назвать семейства астероидов. Их выделяют потому, что члены семейств обладают очень схожими орбитальными элементами. Считается, что каждое такое семейство возникло в результате распада в какой-то момент в прошлом одного более крупного тела. В 1994 году Андреа Милани и Паоло Фаринелла воспользовались этим методом, чтобы определить, что возраст семейства астероида Веритас не превышает 50 млн лет. Семейство это представляет собой компактный кластер астероидов, связанных с астероидом 490 Веритас и расположенных ближе к внешнему краю основного пояса с внутренней стороны от резонансной орбиты 2:1 с Юпитером. Их расчеты показывают, что два астероида этого семейства имеют сильно хаотические орбиты, созданные временным резонансом 21:10 с Юпитером. Горизонт предсказуемости указывает на то, что эти два астероида не должны были бы оставаться на близких орбитах более 50 млн лет, в то время как другие данные свидетельствуют о том, что оба они изначально являются членами семейства Веритас.

* * *