图解:这张图片使得太阳系的行星轨道看起来非常整齐和稳定。然而混沌理论会破坏这种钟表般的精密吗？（图片来源：ZOONAR/THINKSTOCK）
严正声明：假如每当有人提及“蝴蝶效应”时，你都没有好奇心，那你最好不要继续阅读本文了。然而，假如你有着刺探一番黑暗、神秘的宇宙深处以了解发生了什么的好奇心，那么请继续读下去。
众所周知，太阳系中的行星稳定有序地绕太阳作公转运动。事实上，天文学家甚至可以利用这种行星运行中遵循的钟表般的精确性，准确地计算出行星运行轨道的一些特性，如天体的相遇、日食月食、天体队列等。你想要一份未来年里的日食时刻表？这完全不成问题。
比方说你想看见更遥远未来的情况——不是几千年后，而是亿万年后，那么天文学家们怎样才能得出相关数据呢？如果你考虑到混沌理论的话，要获得这些数据其实并不容易。混沌理论（ChaosTheory）指在一个复杂庞大的系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统的巨大的连锁反应。这也是上文提及的“蝴蝶效应”：南美洲一只蝴蝶扇动翅膀会导致遥远的澳大利亚布里斯班的一次暴风雨。一些科学家提出，太阳系的演化进程会受到遵循混沌理论，以及在无比遥远的未来，地球可能将与金星或者火星相撞。
两个供职于巴黎天文台的科学家——JacquesLaskar和MickalGastineau在年《自然》（Nature）杂志的某一期提出了这个设想。但是他们并没有借助任何天文台的天文望远镜得到他们的数据。相反，他们用计算机来模拟和计算分析，包括位于法国国家高级教育研究信息技术中心的“JADE”超级计算机。这些计算机的算法能力或许会让你觉得有点浪费，就像一辆科学家版本的“肌肉车”（musclecar），但除非你真正意识到他们在尝试计算什么。
还记得牛顿怎样向我们阐释在任何两个物体之间都存在的万有引力吗？万有引力与物体的质量成正比，与它们之间的距离之平方成反比。他提出将行星固定在轨道上的正是太阳的引力。但是根据牛顿定律，太阳系中的行星和所有其他天体，包括卫星和小行星，彼此之间也必然会产生一些引力。随着时间的推移，这些引力之间的复杂相互作用是否会降低太阳系的稳定性？这在短期内不会。而即使是在长期内，天文学家们也普遍倾向于太阳系会保持稳定。
有些大胆的宇宙学家便开始怀疑混沌理论是否可以适用于行星轨道。如果混沌理论适用于行星轨道，那么行星运动的微小变化可能会随着时间演进而变得更加重要。但需要多长时间？几千年？几百万年？几十亿年？
计算机代码和混沌
要回答这个问题，你需要考虑所有行星的运动，以及在运动时它们之间互相施加的所有引力。然后你需要让太阳系像时钟一样运行，以至于所有行星能沿着成千上万的轨道循环运行。紧接着，你需要跟踪收集每个行星的关键数据。其中要收集的最重要的数据之一是轨道离心率——衡量行星偏离标准圆的程度——因为离心率决定了两个行星是否能共存于同一个空域，以及是否有近距离遭遇的风险。
如果你想在脑中或者借助一个太阳系模型进行这样的模拟，这很可能做不到。但是超级计算机可以，这就是Laskar和Gastineau选择JADE超级计算机来完成繁重运算量的原因。他们输入的数据包括个轨道情形，而每个轨道情形都会对水星的轨道产生几毫米的引力影响（数据来源：Laskar和Gastineau）。他们之所以选择水星是因为其作为太阳系最小的行星，最容易受到引力的干扰；并且因为它的轨道与木星轨道同步，这会使得产生的变化波及至整个太阳系。对于每个假设情景，他们追踪所有行星未来50亿年的运动（太阳的预测寿命），让计算机进行所有复杂的计算。即使使用JADE超级计算机的高功率CPU，每个解决方案也需要四个月的计算才能生成结果。
幸运的是，对于地球上的生命来说，在这对法国天文学家的模拟情景中太阳系有99%的概率保持稳定-没有行星会遭遇碰撞或从轨道上被驱逐出来（数据来源：Laskar和Gastineau）。但在剩下的1％的概率里，轨道的混沌变化有着具大的累积效应，使得水星的轨道变得异常，最终足以导致太阳系发生灾难性的后果。其中一些灾难只涉及水星，它可能会撞到太阳或脱离轨道窜入太空。但是其他更令人担忧的情景是地球与火星或金星发生碰撞。与金星的碰撞将通过五个步骤发生，所有的这些在阐释轨道混沌变化的累积效应。
1.首先，大约在31。37亿年后，木星和水星之间的相互作用导致水星的离心率变大。这使得非圆角动量从外围行星传递到内行星。
2.这种引力转移破坏了内行星的稳定，增加了地球，金星和火星的离心率。
3.地球与火星的近距离相遇，这更加扰乱了火星的离心率。
4.内行星之间的后续共振或同步的加强相互作用降低了水星的偏心率，从
而进一步放大了金星和地球的偏心率。
5.在金星和地球几次近距离相遇的33.亿年后，这两颗行星将会发生一次足以毁灭两个世界的碰撞。
并不稳定的众行星
即使轨道混沌变化确实存在，我们在短时间内也无法看到其影响。但是天文学家正在收集有关行星运动不稳定性的其他线索。年2月，欧洲航天局的“金星快车”号探测器（VenusExpressspacecraft）穿过密集的金星大气层，以期观测到金星表面若干个应该存在的特征，就像“麦哲伦”号探测器（Magellanspacecraft）16年前采集的数据所显示的那样。然而事与愿违，这些特征被移位了12英里（20公里），这表明金星的旋转速度正在放缓。天文学家指出，在金星表面产生摩擦力的大气高压和强风可能是造成这一现象的原因。如果这些数据是正确的，那么一个金星日现在可能相当于约个地球日（数据来源：Atkinson）。
图解:“黎明”号探测器环绕灶神星的艺术概念图。这颗巨大的小行星是否会于它旁边的谷神星发生猛烈相撞？这个问题让天文学家们非常感兴趣。（图片来源：NASA）
当然，所有这些预测不都可能是准确无误的。年，当美国宇航局的“黎明”号探测器进入灶神星周围的轨道时，天文学家Laskar收集分析了灶神星与它旁边的小行星谷神星之间以及这两颗大型小行星和行星之间的混沌相互作用。他得出的结论是，即使是最微小的测量误差，也会使得灶神星和谷神星之间的混沌相互作用将迅速放大，从而使得准确预测未来六千万年的行星轨道和行星相撞的风险变得不可能（数据来源：Shiga）。虽然由此看来灶神星和谷神星的相撞似乎存在可能性，但充其量行星之间所发生的一切都是无常的。
那么，这看似矛盾的信息意味着什么呢？首先，太阳系充满了大量的东西，而所有这些物体都会按照牛顿定律，相互施加作用力。其次，这些力量可以在很大程度上改变行星轨道，虽然有史以来我们还无法测量这些作用力的变化。最后，这个就很有趣了，宇宙不会和平地产生（或破坏）世界，实际上这些过程都非常粗暴。
事实上，天文学家有证据表明其他恒星系统有自我毁灭的过程。年，来自哈佛-史密森尼天体物理中心（Harvard-SmithsonianCenterforAstrophysics）的一个团队发现了一颗土星大小的行星围绕着半人马座中的一颗恒星运行，该行星正向外界抛射超出正常标准的热量。科学家们认为，这颗大型行星仍然在散发出巨大的热量，这是由于其近期过去与同一个恒星系统中的一颗天王星大小的行星相撞而造成的。
年，美国宇航局的斯普利策太空望远镜（SpitzerSpaceTelescope）观测到了天体之间混沌相互作用力带来的后果，这是发生在光年外的亭星座（孔雀座）中一个月球大小的行星和另一个水星大小的行星之间的相撞事件。斯普利策太空望远镜上的仪器观测到了无定形二氧化硅的迹象，而这种物质通常形成于陨石撞击地表的过程中。
即使我们的太阳系不会在轨道混沌现象和内部行星的相互撞击中毁灭，我们也很可能不会有一个幸福的结局。50亿年后，当太阳渐渐耗尽其燃料，我们这温暖、美妙的宇宙一角将开始变得非常不宜居。不久之后，我们将被迅速膨胀的太阳吞噬。无论哪种方式，混沌引发的碰撞或恒星死亡，我们可爱的蓝色世界都不会有机会呜咽呻吟，而是“砰”的一声，骤然走向毁灭，众生万象由此归于尘土。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3.WILLIAMHARRIS-杜汉生与刘奈斯
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