Dynamica van het zonnestelsel en getijwerkingen

f704 J-M Souriau: Over de dynamica van het zonnestelsel (p3)

...De oppervlakte van de zon wordt opgetild: er zijn dus getijdenverschijnselen, dus dissipatieve processen, waarvan het resultaat is dat de banen versleten raken, dat de baan van planeten, zelfs perfect cirkelvormig (door getijdenwerking), spiralen kunnen zijn die ertoe zouden leiden dat ze naar de zon toe convergeren en zich met haar zouden vermengen, hoewel de karakteristieke tijd voor dit fenomeen aanzienlijk is (tot op heden nog niet geschat).

...Maar het lijkt mij dat er verzamelingen bestaan die aan de gouden regel voldoen en geen energie meer uitwisselen met de hemellichaam waaromheen ze draaien. Dat zijn de asteroïdengordel en de ringen van de grote planeten (Saturnus, Uranus, vooral). Deze ringen veroorzaken geen getijdenwerking in het centrale hemellichaam (hoewel de ringen van Saturnus indirect worden beïnvloed door de planeet via de werking van bepaalde satellieten op hen). De elementen van de ringen van Saturnus zijn ijsblokken met bijna geen eigen beweging ten opzichte van elkaar. Zouden deze eigen bewegingen groot zijn, dan zouden ze niet uitsluitend in twee dimensies kunnen plaatsvinden. De ring van Saturnus zou dan dik zijn. Bovendien zouden botsingen tussen blokken ons overspoelen met kometen, waardoor de Aarde onbewoonbaar zou worden.

Apocalypsparagraaf.

...We kennen de grootte van de ijsblokken in de ringen niet precies, maar sommige kunnen wel twintig kilometer groot zijn. Een blok van die omvang, vergelijkbaar met een berg, dat met tientallen kilometers per seconde in de aardatmosfeer stort, zou een schokgolf veroorzaken die de Aarde omcirkelt, nog voordat het blok zelf begint te smelten.

Fig.11: Doordringing van een komeet in de aardatmosfeer.

...Bij impact met het aardoppervlak explodeert het in stukken. Miljoenen tonnen aarde of gesteente worden ook omgezet in fijn stof. De incidente schokgolf wordt gereflecteerd. Achter zich laat het een hete luchtbel achter met hoge temperatuur. De incidente schokgolf verspreidt zich lateraal, centrifugaal, en verwoest alles op zijn pad. Maar belangrijk is het "vertragingseffect". Die warme lucht, lichter dan de omgeving, stijgt op en voert miljoenen tonnen stof, van microscopische grootte, mee die dan een of twee jaar in de stratosfeer kunnen blijven (alleen omdat hun neerslag snelheid zeer laag is). Deze stofwolk fungeert als schild tegen zonlicht.

Fig.12: Komeetnacht.

...Eerst verspreid over lengtegraad, daarna over breedtegraad, door afkoeling en stopzetting van fotosynthese, zal dit schild leiden tot de dood van een groot deel van het leven, zowel dieren als planten.

...Onze planeet en het object dat met komeetimpact is geraakt, meer of minder ernstig. Begin deze eeuw was het een komeet die in Siberië, in Tunguska, neerstortte. Getuigenissen: flikkering, donderslag. Ter plaatse: geen exotische brokstukken. Maar de bomen waren omgevallen, zoals dit:

Fig.13 (p019): De bomen op de plek van Tunguska. .

...Het feit dat de bomen in het midden overeind bleven, is typisch voor een impact, niet van een object, maar van de werking van een schokgolf die voorafging aan een al eerder verbroken object in duizenden stukken.

...Een vergelijkbaar fenomeen vond plaats in Hiroshima, waar het terreinverwoestende effect niet door fragmenten, maar door een schokgolf werd veroorzaakt. Zo bleef een gebouw dat precies op het punt van impact lag, en dat verticaal door de golf werd getroffen, overeind, terwijl de directe omgeving plat was.

...Op de plek van Tunguska zouden de sparren die net op het punt van impact lagen, als ze overeind waren gebleven, volledig "ontkleed" zijn geweest bij hun voorbijgang.

...Wanneer men spreekt over een komeet, wordt soms het woord "vuile sneeuw" gebruikt. Er is niets dat zegt dat dit bevroren water, gekristalliseerd, hard ijs zou kunnen zijn zoals dat zou zijn bij onder druk. In een komeet, een klein hemellichaam, zijn de cohesieve krachten en de zwaartekracht zeer zwak. Dus wat op Aarde zou aankomen, zou misschien... een sneeuwbal zijn, van de grootte van een berg, met een valsnelheid van tientallen kilometers per seconde. Dat zou de vorming van een zeer sterke schokgolf niet voorkomen, wat staat voor sterke verwarming van de lucht, in de incidente fase en vooral na reflectie, wanneer alle kinetische energie wordt omgezet in warmte. Het object zelf heeft geen structuur, maar het gevaarlijke is zijn energie, wat staat voor overdruk en thermische schok. Bij het aanraken van de dichte atmosfeer creëert het zijn eigen schokgolf. Als de impact met de lucht voldoende hevig is, komt de contact tussen komeet en atmosfeer overeen met een explosie. Na de verwoestingen veroorzaakt door deze schokgolf in Tunguska, zou wat volgde misschien te vergelijken zijn met een hagelbui.

Einde van deze apocalypsparagraaf.

De ringen van Saturnus lijken ons het voorbeeld van "volledig gereduceerde" ondersystemen.

...Maar het ondersysteem Neptunus-Pluto, zeer resonant (verhouding van perioden zeer dicht bij 3/2), is een dissipatief systeem.

...Het zonnestelsel is dus een samengesteld systeem met onderdelen die "gereduceerd" zijn en andere die niet. De resonante ondersystemen hebben hun eigen stabiliteit, vergelijkbaar met die van Bénard-turbulenties of von Karmans wervelingen.

...Persoonlijk denk ik dat het zonnestelsel een algemene tendens vertoont naar een maximale relaxatie, waarin alle elementen aan gouden regels voldoen, globaal (planeten) of lokaal (satellieten van Saturnus en Jupiter). En Souriau voegt eraan toe dat deze hypothese moet worden bevestigd door numerieke simulaties, die we zullen uitvoeren.

Hier komt een idee van mijn vrouw Claire, die al lang geleden het probleem van het zonnestelsel fascineert, en die zegt:

• Als we in het zonnestelsel gereduceerde onderdelen vinden die aan een gouden regel voldoen, en andere resonante, vergelijkbaar met dissipatieve ondersystemen, dan is er sprake van een onbekende perturbatie geweest, anders zou het zonnestelsel in een bijna volledig gereduceerde toestand zijn, zonder zoveel afwijkingen als:

• De aanwezigheid van de Aarde op een "minder resonante" baan

• Het bestaan van een asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter

• De relatief grote excentriciteit van de baan van Mercurius

• De bijna volledige afwezigheid van ringen rond Jupiter, terwijl Saturnus en Uranus er wel eentje hebben

• Het bestaan van een metalen kern in de Aarde en een sterke tektonische activiteit

• De helling van de baan van Pluto (18°) en de rotatieas van Uranus (bijna 90°)

• De grote afwijkingen van sommige satellieten van Saturnus en Jupiter ten opzichte van een gouden regel.

...Het zonnestelsel zou dus eerder een meer "geëvenwichtige" toestand hebben gekend, die is verstoord door een belangrijk gebeuren. Meer bepaald denkt Claire dat de perturbatie zich afspeelde in het jonge zonnestelsel, tijdens de vorming, toen de sterren "in aanpassing waren" (tendens tot cirkelvormige banen, vorming van het eclipticavlak), en dat sommige elementen de lokale sporen van het fenomeen behielden (de afwijkingen).

...Enkele jaren geleden ramde een komeet, die van Shoemaker-Levy, Jupiter. Belangrijk feit: voor de impact, vastgelegd door een satelliet (die zich op de verre kant van het hemellichaam bevond), was de komeet al gesplitst door getijdenwerking. Dit zal later, in een andere context, een ondersteuning vormen voor een recente hypothese van Souriau.

...Jupiter heeft een enorme rode vlek op zijn oppervlak. Omdat de beelden van deze vlek een intense turbulente beweging tonen, concluderen astronomen dat het misschien een cyclonisch fenomeen is, dat langer duurt dan atmosferische verschijnselen op Aarde. Jupiter is een planeet met een harde kern (misschien metaalachtig waterstof, denken sommigen), een vloeibare omgeving eromheen (in haar eigen manier heeft ze een oceaan die haar bedekt) en een dikke atmosfeer. Hetzelfde geldt voor Saturnus en Uranus, gasreuzen. Persoonlijk vraag ik me af of de rode vlek niet het spoor is van een impact, van een lichter object dan het materiaal waaruit Jupiter's atmosfeer bestaat, dat op het oppervlak zou drijven.

...Er blijft een probleem over: Waarom heeft de Aarde een aanzienlijk hogere dichtheid dan de andere planeten, wat suggereert dat ze een metalen kern bezit?