La 3 ianuarie 2019, Pământul a atins punctul din orbita sa în care se află în cea mai apropiată apropiere de Soare: periheliul. Fiecare obiect care orbitează în jurul unei singure mase (cum ar fi Soarele nostru) formează o elipsă, care conține un punct de cea mai apropiată apropiere care este unic pentru acea orbită particulară, cunoscut sub numele de periapsis. În ultimii 4,5 miliarde de ani, Pământul a orbitat în jurul Soarelui într-o elipsă, la fel ca toate celelalte planete care orbitează în jurul stelelor lor în toate celelalte sisteme solare mature din galaxie și din Univers.

Dar există ceva la care poate nu vă așteptați sau pe care nu îl apreciați și care totuși se întâmplă: Traiectoria orbitală a Pământului nu rămâne aceeași de-a lungul timpului, ci se deplasează în spirală spre exterior. În acest an, 2019, periheliul nostru a fost cu 1,5 centimetri mai departe decât a fost anul trecut, care a fost mai îndepărtat decât anul precedent, etc. Nu este vorba doar de Pământ, ci fiecare planetă se îndepărtează de steaua mamă. Iată știința care explică de ce.

Forța responsabilă pentru orbitele fiecărei planete în jurul fiecărui sistem solar din Univers este aceeași: legea universală a gravitației. Fie că o privim în termenii lui Newton, unde fiecare masă atrage orice altă masă din Univers, sau în termenii lui Einstein, unde masa și energia curbează țesătura spațiu-timpului prin care se deplasează alte mase, cea mai mare masă domină orbita a tot ceea ce influențează.

Dacă masa centrală ar fi neschimbătoare și ar fi singurul factor în joc, forța de gravitație ar rămâne constantă în timp. Fiecare orbită ar continua într-o elipsă perfectă și închisă pentru totdeauna și nu s-ar schimba niciodată.

Desigur, nu asta se întâmplă. Există alte mase prezente în fiecare sistem solar: planete, luni, asteroizi, centauri, obiecte din centura Kuiper, sateliți și multe altele. Aceste mase au rolul de a perturba orbitele, determinându-le să preceseze. Acest lucru înseamnă că punctul de cea mai apropiată apropiere – periapsis în general sau periheliu pentru o orbită în raport cu Soarele nostru – se rotește în timp.

Mecanica orbitală, într-o varietate de moduri, afectează precesiunea echinocțiilor. Pământul, de exemplu, avea periheliul său și solstițiul din decembrie aliniate cu doar 800 de ani în urmă, dar acestea se îndepărtează încet. Cu o perioadă de 21.000 de ani, periheliul nostru precesează în așa fel încât modifică nu numai punctul de cea mai apropiată apropiere de orbita noastră, ci și locația stelelor polare.

Există și alți factori care ne modifică orbita, inclusiv:

• curbura suplimentară a spațiu-timpului datorată Relativității Generale, care face ca planetele aflate în apropierea unei mase mari să sufere o precesie suplimentară,
• prezența particulelor de materie în planul sistemului solar, care provoacă rezistență asupra planetelor și creează un fenomen de inspirație,
• și crearea de unde gravitaționale, ceea ce se întâmplă atunci când orice masă (cum ar fi o planetă) trece printr-o regiune în care curbura spațiu-timpului se modifică (cum ar fi în apropierea unei stele), provocând, de asemenea, o inspirație.

Aceste ultime două efecte sunt însă importante doar în condiții extreme, cum ar fi foarte aproape de o masă mare și compactă, sau în primele etape ale formării unui sistem solar, când discurile protoplanetare sunt prezente și încă masive.

Astăzi, Pământul (și toate planetele) se află atât de departe de Soare și sunt înconjurate de o cantitate atât de rară de materie încât o scară de timp de inspirație este de trilioane până la cvadrilioane de ori mai lungă decât vârsta actuală a Universului. Deoarece discul protoplanetar s-a evaporat în întregime în urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani, nu a mai rămas aproape nimic care să disipeze momentul nostru unghiular. Cel mai mare efect care contribuie la inspirația noastră este emisia vântului solar, adică particulele de la Soare, care se lovesc de planeta noastră și se lipesc, făcându-ne să pierdem puțin moment unghiular.

În general, Pământul nici măcar nu intră în spirală spre Soare; el intră în spirală spre exterior, îndepărtându-se de el. La fel se întâmplă și cu toate planetele din sistemul solar. Cu fiecare an care trece, ne aflăm doar puțin – 1,5 centimetri, sau 0,00000000001% din distanța Pământ-Soare – mai departe de Soare decât în anul precedent.

Motivul se datorează Soarelui însuși.

În adâncul Soarelui, are loc procesul de fuziune nucleară. În fiecare secundă, Soarele emite aproximativ 3,846 × 1026 jouli de energie, care sunt eliberați prin transformarea masei în energie în miez. E = mc2 a lui Einstein este cauza principală, fuziunea nucleară este procesul, iar emisia continuă de energie de la Soare este rezultatul. Această energie este procesul de bază care alimentează practic orice proces interesant din punct de vedere biologic care are loc pe Pământ.

Dar ceea ce este subapreciat este faptul că, în timp, conversia materiei în energie are ca rezultat pierderea unei cantități considerabile de masă de către Soare. De-a lungul istoriei de 4,5 miliarde de ani a Sistemului Solar, Soarele nostru, datorită procesului de fuziune nucleară, a pierdut aproximativ 0,03% din masa sa inițială: comparabil cu masa lui Saturn.

În fiecare an, Soarele pierde aproximativ 4,7 milioane de tone de materie, ceea ce diminuează atracția gravitațională asupra fiecărui obiect din sistemul nostru solar. Această atracție gravitațională este cea care face ca orbitele noastre să se comporte așa cum știm că se comportă.

Dacă atracția ar fi rămas neschimbată, ar fi existat o spirală interioară foarte, foarte lentă, datorită efectelor frecării, coliziunilor și radiației gravitaționale. Dar cu schimbările pe care le experimentăm în realitate, Pământul, ca și toate planetele, este obligat să se îndepărteze încet și să se rotească în spirală spre exteriorul Soarelui. Deși efectul este mic, această schimbare de 1,5 centimetri pe an este ușor de calculat și este lipsită de ambiguitate.

Ceea ce nu am reușit să facem este să măsurăm direct această modificare a distanței, totuși. Știm că trebuie să aibă loc; știm care trebuie să fie magnitudinea ei; știm că ne îndepărtăm în spirală de Soare; știm că acest lucru se întâmplă cu toate planetele.

Dar ceea ce ne-ar plăcea să facem este să o măsurăm, direct, ca un alt test al legilor fizicii așa cum le cunoaștem. Așa avansează fizica:

• prin prezicerea a ceea ce ne așteptăm să observăm pe baza tuturor cunoștințelor pe care le-am acumulat și a celor mai bune teorii ale noastre,
• prin realizarea unui experiment/ efectuarea unei observații care să măsoare rezultatele unui astfel de test cu precizia necesară,
• și să comparăm ceea ce vedem cu ceea ce ne așteptăm.

Când lucrurile se aliniază, teoriile noastre sunt confirmate; când nu se aliniază, este un indiciu că s-ar putea să ne aflăm în pragul unei revoluții științifice.

În cazul sistemului solar, totuși, ar fi un șoc dacă Pământul și toate planetele nu s-ar îndepărta în spirală de Soare. Povestea motivului pentru care trebuie să ne îndepărtăm în spirală de Soare este atât de simplă și convingătoare încât este imposibil de ignorat.

Soarele produce energie, pe care o observăm, ceea ce ne permite să calculăm rata de pierdere a masei prin E = mc2 a lui Einstein.

Masa Soarelui, împreună cu parametrii orbitali ai planetelor noastre, determină traiectoria și forma modului în care acestea se învârt în jurul Soarelui.

Dacă schimbăm această masă, orbitele se schimbă cu o cantitate ușor de calculat, chiar și folosind fizica newtoniană simplă.

Și când facem aceste calcule, descoperim că Pământul migrează departe de Soare cu ~1.5 centimetri pe an.

Pierderea de masă a Soarelui, prin arderea combustibilului său nuclear, asigură faptul că fiecare masă care orbitează în sistemul nostru solar se deplasează încet în spirală spre exterior pe măsură ce trece timpul. În urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani, planeta noastră era cu aproximativ 50.000 de kilometri mai aproape de Soare decât este în prezent și se va îndepărta tot mai rapid pe măsură ce Soarele continuă să evolueze.

Cu fiecare orbită care trece, planetele devin progresiv mai puțin strâns legate de Soarele nostru. Viteza cu care Soarele își consumă combustibilul crește, accelerând ritmul în care toate planetele se deplasează în spirală spre exterior. Deși acest lucru nu ar trebui să dezlege niciodată niciuna dintre planetele pe care le avem astăzi, migrarea lentă, constantă, spre exterior a fiecărei lumi este inevitabilă.

Suntem mai aproape de Soare, în acest an, decât vom mai fi vreodată. Acest lucru este valabil și pentru fiecare planetă din jurul fiecărei stele stabilite din Univers, ceea ce ne oferă un motiv în plus pentru a aprecia tot ceea ce avem astăzi.

.