Třetího ledna 2019 dosáhla Země na své dráze bodu, kdy se nejvíce přiblížila ke Slunci: perihelia. Každé těleso obíhající kolem jedné hmoty (jako je naše Slunce) tvoří elipsu, která obsahuje bod nejtěsnějšího přiblížení, jenž je jedinečný pro danou dráhu, známý jako periapsida. Po dobu posledních 4,5 miliardy let obíhá Země kolem Slunce po elipse, stejně jako všechny ostatní planety obíhající kolem svých hvězd ve všech ostatních vyspělých slunečních soustavách v celé galaxii a vesmíru.

Ale je tu něco, co byste možná nečekali nebo nedocenili, co se přesto vyskytuje: Dráha oběžné dráhy Země nezůstává v průběhu času stejná, ale spirálovitě se stáčí směrem ven. V letošním roce 2019 bylo naše perihelium o 1,5 centimetru dále než v roce minulém, který byl vzdálenější než rok předtím atd. A nejde jen o Zemi, každá planeta se vzdaluje od své mateřské hvězdy. Zde je vědecké vysvětlení proč:

Síla zodpovědná za dráhy všech planet kolem všech slunečních soustav ve vesmíru je stejná: univerzální gravitační zákon. Ať už se na něj díváte z hlediska Newtona, kde každá hmota přitahuje každou jinou hmotu ve vesmíru, nebo z hlediska Einsteina, kde hmota a energie zakřivuje strukturu prostoročasu, kterým se pohybují ostatní hmoty, největší hmota dominuje oběžným drahám všeho, co ovlivňuje.

Kdyby byla centrální hmota neměnná a byla jediným faktorem ve hře, gravitační síla by zůstala v čase konstantní. Každá oběžná dráha by navždy pokračovala v dokonalé, uzavřené elipse a nikdy by se nezměnila.

To se ovšem neděje. V každé sluneční soustavě se vyskytují další tělesa: planety, měsíce, asteroidy, kentauři, objekty Kuiperova pásu, satelity a další. Tyto hmoty slouží k rozrušení oběžných drah a způsobují jejich precesi. To znamená, že bod nejtěsnějšího přiblížení – periapsis obecně nebo perihelium pro dráhu vzhledem k našemu Slunci – se v čase otáčí.

Orbitální mechanika různými způsoby ovlivňuje precesi rovnodenností. Například Země měla ještě před 800 lety perihelium a prosincový slunovrat v jedné přímce, ale pomalu se od sebe vzdalují. S periodou 21 000 let se naše perihelium precesuje takovým způsobem, že mění nejen bod největšího přiblížení na naší oběžné dráze, ale i polohu našich pólových hvězd.

Existují i další faktory, které mění naši oběžnou dráhu, např:

• dodatečné zakřivení prostoročasu v důsledku obecné relativity, které způsobuje, že planety v blízkosti velké hmotnosti podléhají dodatečné precesi,
• přítomnost částic hmoty v rovině sluneční soustavy, která způsobuje odpor planet a vytváří inspirační jev,
• a vznik gravitačních vln, což se děje, když jakákoli hmota (například planeta) prochází oblastí, kde se mění zakřivení prostoročasu (například v blízkosti hvězdy), což rovněž způsobuje inspiraci.

Tyto dva poslední efekty jsou však důležité pouze za extrémních podmínek, například v těsné blízkosti velké kompaktní hmoty nebo v raných fázích vzniku sluneční soustavy, kdy jsou přítomny protoplanetární disky, které jsou ještě hmotné.

Dnes je Země (a všechny planety) tak daleko od Slunce a obklopuje ji tak řídké množství hmoty, že inspirační časová škála je trilionkrát až kvadrilionkrát delší než současné stáří vesmíru. Vzhledem k tomu, že protoplanetární disk se asi před 4,5 miliardami let zcela vypařil, nezbylo téměř nic, co by mohlo rozptýlit náš úhlový moment hybnosti. Největší vliv na naši inspiraci má emise slunečního větru, tj. částic ze Slunce, které narážejí do naší planety a ulpívají na ní, čímž ztrácíme trochu úhlového momentu hybnosti.

Země se celkově ani nevtáčí po spirále směrem ke Slunci, ale po spirále směrem ven, od Slunce. Stejně tak všechny planety Sluneční soustavy. S každým dalším rokem se ocitáme jen o málo – 1,5 centimetru, tedy 0,00000000001 % vzdálenosti Země-Slunce – dále od Slunce než v roce předchozím.

Důvodem je samotné Slunce.

Hluboko uvnitř Slunce probíhá proces jaderné fúze. Každou sekundu Slunce vyzařuje přibližně 3,846 × 1026 joulů energie, která se uvolňuje přeměnou hmoty na energii v jádře. Einsteinovo E = mc2 je základní příčinou, jaderná fúze je procesem a nepřetržité vyzařování energie ze Slunce je výsledkem. Tato energie je základním procesem, který pohání prakticky všechny biologicky zajímavé procesy probíhající na Zemi.

Podceňováno je však to, že přeměna hmoty na energii vede v průběhu času k tomu, že Slunce ztrácí značné množství hmoty. Za 4,5 miliardy let historie Sluneční soustavy ztratilo naše Slunce v důsledku procesu jaderné fúze přibližně 0,03 % své původní hmotnosti: srovnatelné s hmotností Saturnu.

Za rok ztratí Slunce přibližně 4,7 milionu tun hmoty, což snižuje gravitační přitažlivost všech objektů v naší Sluneční soustavě. Právě tato gravitační přitažlivost způsobuje, že se naše oběžné dráhy chovají tak, jak je známe.

Pokud by přitažlivost zůstala nezměněna, docházelo by vlivem tření, srážek a gravitačního záření k velmi, velmi pomalé spirále směrem dovnitř. Ale při změnách, které ve skutečnosti zažíváme, je Země, stejně jako všechny planety, nucena se pomalu vzdalovat a spirálovitě se vzdalovat od Slunce. Přestože je tento efekt malý, je tato změna o 1,5 centimetru za rok snadno vypočitatelná a jednoznačná.

Co se nám však nepodařilo, je změřit tuto změnu vzdálenosti přímo. Víme, že k ní musí dojít; víme, jaká musí být její velikost; víme, že se od Slunce vzdalujeme po spirále; víme, že se to děje na všech planetách.

Co bychom ale rádi udělali, je změřit ji přímo, jako další test fyzikálních zákonů, jak je známe. Takto postupuje fyzika:

• předpovídáním toho, co očekáváme, že budeme pozorovat, na základě všech poznatků, které jsme nashromáždili, a našich nejlepších teorií,
• provedením experimentu/pozorování, které změří výsledky takového testu s požadovanou přesností,
• a porovnáním toho, co vidíme, s tím, co očekáváme.

Když se věci shodují, naše teorie se potvrzují; když se neshodují, je to známka toho, že jsme možná na prahu vědecké revoluce.

V případě Sluneční soustavy by však bylo šokem, kdyby se Země a všechny planety nevzdalovaly po spirále od Slunce. Příběh o tom, proč se musíme od Slunce spirálovitě vzdalovat, je tak jednoduchý a přesvědčivý, že jej nelze ignorovat.

Slunce vyzařuje energii, kterou pozorujeme, což nám umožňuje vypočítat rychlost úbytku hmoty pomocí Einsteinova vztahu E = mc2.

Hmotnost Slunce spolu s oběžnými parametry našich planet určuje dráhu a tvar jejich oběhu kolem Slunce.

Změníme-li tuto hmotnost, oběžné dráhy se změní o snadno spočitatelnou hodnotu, a to i za použití přímočaré newtonovské fyziky.

A když provedeme tyto výpočty, zjistíme, že Země se vzdaluje od Slunce rychlostí ~1.5 cm za rok.

Ztráta hmoty Slunce spalováním svého jaderného paliva zajišťuje, že každé těleso obíhající v naší Sluneční soustavě se postupem času pomalu spirálovitě stáčí směrem ven. Přibližně před 4,5 miliardami let byla naše planeta asi o 50 000 kilometrů blíže ke Slunci než dnes a s dalším vývojem Slunce se bude stále rychleji vzdalovat.

S každým dalším oběhem se planety postupně stávají méně těsně vázanými na naše Slunce. Rychlost, s jakou Slunce spaluje své palivo, se zvyšuje, což zrychluje rychlost, s jakou se všechny planety spirálovitě vzdalují. Ačkoli by se tím žádná z dnešních planet neměla rozvázat, pomalá, stálá migrace každého světa směrem ven je nevyhnutelná.

V tomto roce jsme Slunci blíže, než kdy jindy budeme. To platí i pro všechny planety kolem všech zavedených hvězd ve vesmíru, což nám dává další důvod, proč si vážit všeho, co dnes máme.