Des scientifiques découvrent des "symétries" secrètes qui protègent la Terre du chaos de l'espace.

Une nouvelle analyse du chaos dans le système solaire révèle comment les collisions planétaires sont évitées pendant des milliards d'années.

Selon les modèles physiques, le système solaire interne devrait être chaotique. De nouvelles recherches pourraient expliquer sa relative stabilité. 

La Terre ne devrait probablement pas exister.

En effet, les orbites des planètes du système solaire interne - Mercure, Vénus, la Terre et Mars - sont chaotiques, et les modèles ont suggéré que ces planètes internes auraient déjà dû s'écraser l'une contre l'autre. Pourtant, cela ne s'est pas produit.

De nouvelles recherches publiées le 3 mai dans la revue Physical Review X(opens in new tab) pourraient enfin expliquer pourquoi. 

En plongeant profondément dans les modèles de mouvement planétaire, les chercheurs ont découvert que les mouvements des planètes intérieures sont contraints par certains paramètres qui agissent comme un filin qui inhibe le chaos du système. En plus de fournir une explication mathématique à l'harmonie apparente de notre système solaire, les résultats de cette nouvelle étude pourraient aider les scientifiques à comprendre les trajectoires des exoplanètes entourant d'autres étoiles. 

Des planètes imprévisibles

Les planètes exercent en permanence une attraction gravitationnelle réciproque, et ces petites attractions entraînent constamment des ajustements mineurs de leurs orbites. Les planètes extérieures, qui sont beaucoup plus grandes, sont plus résistantes à ces petits tiraillements et maintiennent donc des orbites relativement stables.

Cependant, le problème des trajectoires des planètes intérieures est encore trop compliqué pour être résolu avec exactitude. À la fin du 19e siècle, le mathématicien Henri Poincaré a prouvé qu'il était mathématiquement impossible de résoudre les équations régissant le mouvement de trois objets ou plus en interaction, souvent connu sous le nom de "problème des trois corps". Par conséquent, les incertitudes concernant les positions initiales et les vitesses des planètes augmentent au fil du temps. En d'autres termes : Il est possible de prendre deux scénarios dans lesquels les distances entre Mercure, Vénus, Mars et la Terre diffèrent légèrement, et dans l'un les planètes s'écrasent l'une contre l'autre et dans l'autre elles s'écartent l'une de l'autre. 

Le temps nécessaire pour que deux trajectoires ayant des conditions de départ presque identiques divergent d'une certaine quantité est connu comme le temps de Lyapounov du système chaotique. En 1989, Jacques Laskar(opens in new tab), astronome et directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique et à l'Observatoire de Paris et co-auteur de la nouvelle étude, a calculé que le temps caractéristique de Lyapunov(opens in new tab) pour les orbites planétaires du système solaire interne n'était que de 5 millions d'années. 

"Cela signifie que l'on perd un chiffre tous les 10 millions d'années", a déclaré M. Laskar à Live Science. Ainsi, si l'incertitude initiale sur la position d'une planète est de 15 mètres, 10 millions d'années plus tard, cette incertitude serait de 150 mètres ; après 100 millions d'années, 9 chiffres supplémentaires sont perdus, ce qui donne une incertitude de 150 millions de kilomètres, soit l'équivalent de la distance entre la Terre et le soleil. "En fait, vous n'avez aucune idée de l'endroit où se trouve la planète", a déclaré M. Laskar.

Si 100 millions d'années peuvent sembler longues, le système solaire lui-même a plus de 4,5 milliards d'années, et l'absence d'événements spectaculaires - tels qu'une collision planétaire ou l'éjection d'une planète de tout ce mouvement chaotique - a longtemps laissé les scientifiques perplexes. 

Laskar a alors abordé le problème d'une manière différente : en simulant les trajectoires des planètes internes au cours des 5 milliards d'années à venir, en passant d'un moment à l'autre. Il a constaté qu'il n'y avait que 1 % de chances qu'une collision planétaire se produise. Avec la même approche, il a calculé qu'il faudrait, en moyenne, environ 30 milliards d'années pour qu'une des planètes entre en collision.

                 Maîtriser le chaos

En approfondissant les mathématiques, Laskar et ses collègues ont identifié pour la première fois des "symétries" ou des "quantités conservées" dans les interactions gravitationnelles qui créent une "barrière pratique dans l'errance chaotique des planètes", a déclaré Laskar. 

Ces quantités émergentes restent pratiquement constantes et inhibent certains mouvements chaotiques, sans toutefois les empêcher complètement, tout comme le rebord surélevé d'une assiette empêche la nourriture de tomber de l'assiette, sans toutefois l'empêcher complètement. Nous pouvons remercier ces quantités pour la stabilité apparente de notre système solaire.

Renu Malhotra(opens in new tab), professeur de sciences planétaires à l'université de l'Arizona, qui n'a pas participé à l'étude, a souligné la subtilité des mécanismes identifiés dans l'étude. Malhotra a déclaré à Live Science qu'il est intéressant que "les orbites planétaires de notre système solaire présentent un chaos exceptionnellement faible".

Dans d'autres travaux, Laskar et ses collègues recherchent des indices permettant de déterminer si le nombre de planètes dans le système solaire a déjà été différent de celui que nous connaissons actuellement. Malgré la stabilité évidente aujourd'hui, la question de savoir s'il en a toujours été ainsi au cours des milliards d'années qui ont précédé l'apparition de la vie reste ouverte.

Source: Live Science