På papiret burde de fire planetene i det indre solsystemet – Merkur, Venus, jorden og Mars – ha kollidert for lengst.
Planetbanene rundt solen er kaotiske, i den forstand at svake gravitasjonseffekter på hverandre kan utløse påvirkninger på uforutsigbare måter.
For oss på jorden har historiske observasjoner av planetene virket stabile, men vi har bare observert en veldig liten del av solsystemets historie.
Så hvorfor har ikke planetene kollidert, selv om modeller og matematiske kaosteorier viser at de burde gjøre det?
Det har et team astronomer fra Observatoire de Paris og Sorbonne-universitetet i Frankrike analysert seg fram til i en forskningsartikkel som er utgitt i tidsskriftet Physical Review X.
Kaos burde herske
Planetene i det indre solsystemet utøver stadig en gjensidig tyngdekraft på hverandre, og det fører til små justeringer i planetenes baner over milliarder av år.
De ytre planetene er mye større, og de tåler derfor mer av disse små påvirkningene. Derfor har de mer stabile baner.
Den matematiske utfordringen med det indre solsystemet har lenge vært et omdiskutert matematisk og astrofysisk problem som det har vært vanskelig å finne et entydig svar på.
Den franske matematikeren og fysikeren Henri Poincaré beviste mot slutten av 1800-tallet at det er umulig å løse de ligningene som styrer bevegelsen for mer enn tre interagerende objekter – også kalt trelegemeproblemet.
Planetene i vårt indre solsystem utøver stadig en gjensidig tyngdekraft på hverandre, og dette fører til små justeringer i planetenes baner, noe som burde ha forårsaket kollisjoner.
Det betyr at usikkerheten i detaljene rundt en planets startposisjon og hastighet stiger over tid. Det gir utallige scenarioer der de fire indre solsystemsplanetene enten kan støte inn i hverandre eller sende hverandre ut av kurs.
Den tiden det tar for to baner med nesten identiske startbetingelser å avvike med en bestemt mengde, er kjent som Lyapunov-tiden for det kaotiske systemet.
Og moderne beregninger viser at kaotiske tilstander i solsystemets 4,5 milliarder år lange historie burde ha brutt ut for lengst.
Beregninger viser symmetri
Forskerne prøvde å simulere de indre planetbanene gjennom de neste 5 milliardene år. De oppdaget at det bare er én prosent risiko for at noen av planetene kolliderer.
Faktisk vil det i gjennomsnitt ta omkring 30 milliarder år før noen av planetene kolliderer.
Da forskerne undersøkte matematikken bak utregningene nærmere, kunne de se en slags symmetri eller «bevarte mengder» i gravitasjonsinteraksjonene, som fungerer som en slags stabilitet som begrenser kaoset i systemet.
Disse mengdene begrenser visse kaotiske bevegelser, men forhindrer dem ikke totalt. Med andre ord er det en matematisk orden i kaos.
Det er ikke helt klart hva disse bevarte mengdene består av, men matematisk tyder det på at planetene har skapt en symmetri i interaksjonene sine som gjør at de ikke har kollidert.
Ut fra disse resultatene vil teamet nå undersøke om det en gang har vært flere planeter i solsystemet vårt, og om hvor lenge symmetrien i solsystemet vårt har eksistert.
Disse beregningsmetodene vil også kunne brukes til å forstå banene for eksoplaneter i andre solsystem.