【最新研究】太陽系將比我們想像的更快完全解體,比1990年提出的時間框架要短得多

天空之城 2020/12/02 檢舉 我要評論

雖然我們腳下的地面感覺很堅實,讓人安心,但這個宇宙中沒有什麼東西是永遠存在的。

總有一天,我們的太陽會離去,在它的核心萎縮成白矮星之前,會噴射出很大一部分質量,逐漸洩露熱量,直到一千萬億年後,它不過是一塊冰冷、黑暗、死寂的岩石。

但那時太陽系的其餘部分早已不復存在。根據新的類比,只需要1000億年 ,太陽系當中的行星就會消失,只剩下垂垂老矣的太陽。

早在數百年前,天文學家和物理學家就一直在試圖弄清太陽系的最終命運。

加州大學洛杉磯分校的天文學家喬恩·津克,加州理工學院的康斯坦丁·巴蒂金和密西根大學的弗雷德·亞當斯在他們的新論文中寫道:"理解太陽系的長期動態穩定性構成了天體物理學最古老的追求之一,可以追溯到牛頓本人,他推測行星之間的相互作用最終會推動系統不穩定。"

但這一問題比看起來要棘手得多。在一個動態系統中,參與其中的天體數量越多,彼此之間的相互作用越大,這個系統就越複雜,越難預測。這就是所謂的N體問題。

由於這種複雜性,過了一定的時間尺度,就不可能對太陽系天體的軌道做出確定性的預測。超過500萬年到1000萬年,確定性就會消失殆盡。

但是,如果能弄清楚太陽系會發生什麼,那將會告訴我們一些關於宇宙可能會如何演化的事情,時間尺度遠遠長於它目前138億年的年齡。

1999年,天文學家預測,太陽系將在至少10億年,或5萬億年的時間內慢慢分崩離析。

不過根據津克團隊的研究,這個計算結果遺漏了一些重要的影響因素,這些因素可能會更快地破壞太陽系。

首先,是太陽。大約50億年後,隨著它的死亡,太陽將膨脹成一個紅色的巨星體,吞噬水星、金星和地球。然後它將噴射出近一半的質量,被恒星風吹到太空中去。剩下的白矮星將只有目前太陽質量的54%左右。

這種質量損失將放鬆太陽對其餘的火星和週邊氣冰巨行星、木星、土星、天王星和海王星的引力控制。

其次,由於太陽系圍繞銀河系中心運行,其它恒星應該足夠接近以擾動行星的軌道,大約每2300萬年一次。

研究人員寫道:"通過計算恒星質量損失和外行星軌道的膨脹,這些相遇將變得更具影響力。如果有足夠的時間,這些飛越中的一些將接近到足以使剩餘的行星脫離,或不穩定的狀態。"

在計算中考慮到這些額外的影響後,該團隊使用強大的「共用霍夫曼2集群項目」對外行星進行了10次N體模擬。這些模擬分為兩個階段:直到太陽質量損失結束,以及之後的階段。

雖然10次類比並不是一個強大的統計樣本,但研究小組發現,每次都有類似的情況發生。

在太陽完成演化為白矮星後,外行星的軌道變大,但仍保持相對穩定。然而,木星和土星卻陷入了穩定的5:2共振,即,木星每繞太陽5次,土星就繞太陽2次。這種最終的共振已被多次提出,尤其是牛頓本人。

這些擴大的軌道,以及行星共振的特點,使得該系統更容易受到過往恒星的擾動。

300億年後,這種恒星擾動將這些穩定的軌道抖落成混亂的軌道,導致行星迅速流失。除了一顆行星外,所有行星都逃離了軌道,以「流浪行星」的身份逃向銀河系。

最後一顆孤獨的行星在這裡停留了500億年。但它的命運已經註定,最終,它也會被過往恒星的引力影響所擊落,最終,在太陽變成白矮星後的1000億年裡,太陽系不再存在了。

這比1999年提出的時間框架要短得多 。而且,研究人員指出,這取決於當前對當地銀河系環境的觀測,以及恒星飛越的估計,這兩者都可能發生變化。所以,這絕不是一成不變的。

即使對太陽系消失時間的估計發生了變化,但是,這仍然是數十億年以後的事情了,因此我們大可不必杞人憂天。

該研究已發表在《天文學雜誌》上。

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