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太阳系会比我们想象中的更早解体

 天文在线 2023-04-08 发布于云南

   从前认为一万亿年以后我们的太阳将会耗尽能量变成一颗死气沉沉的岩石,但根据新的研究显示,太阳变成这个状态仅需1000亿年的时间。

尽管我们脚下的土地感觉上是坚固又令人安心的,但是在宇宙中,没有什么东西能够永久存在。

某一天,我们的太阳也会死亡,在它关闭核心变为白矮星之前,会释放出大量的物质,逐渐地泄漏热量,直到一万亿年后太阳变成一块寒冷、黑暗、死亡的石头。

但是太阳系其他的天体也会随之消失。根据新的模型计算,剩下的行星将在1000亿年逃散至星系中,身后留下死亡的太阳。

天文学家和物理学家已经正在尝试解开太阳系最终的命运,但是这至少要耗费数百年。

“了解太阳系的长期动态稳定性是最古老的天体物理学研究之一,回溯到牛顿时期,他推测行星之间的相互作用力最终会导致太阳系不稳定,”加州大学洛杉矶分校的天文学家乔恩·津克、加州理工大学的天文学家康斯坦丁·巴蒂金和密歇根大学的天文学家弗雷德·亚当斯在他们新报纸中写道。

但是这比看起来的更加棘手。动力系统中相互作用的物体越多,这个系统就会变得越复杂,越难去预测,这就叫做牛顿N体问题。

基于这种复杂情况,当超过一定的时间尺度,就不可能对太阳系天体的轨道做出确定性的预测,时间超过500-1000万年的情况下确定性早已不存在。

但是如果我们计算出太阳系将会发生什么,这也会告诉我们一些关于宇宙可能如何演化的事情。时间尺度远远超过宇宙当前138亿年的年龄。

100亿亿年,他们计算出这个时间就是土星和木星的轨道共振将天王星肢解的时间。

1999年,天文学家预测,太阳系将会在10亿年或者亿万年后慢慢瓦解。他们已经计算出土星和木星的轨道共振从天王星分离将会消耗的时间。

不过,Zink的团队认为,这项计算忽略了许多可能瓦解太阳系的重要影响因素。

首先,是太阳。大约50亿年,随着太阳的死亡,它会膨胀成为一颗红巨星,吞并水星、金星和地球。然后它释放出将近它本身质量一半的物质,这些物质随着恒星风太阳风吹散到宇宙中;剩下的白矮星只剩下54%的太阳的质量。

质量的丢失将会减弱太阳对剩余行星的引力,包括火星和外围的气态行星木星、土星,冰巨星天王星、海王星。

太阳系围绕银心公转,大约每2300万年会遇到其他星系的近距离接触而扰动行星轨道。

第二,太阳系绕银心旋转,公转一周需2300万年,当太阳系公转时,其他的恒星可能会靠太阳系太近而扰乱行星的轨道。

“考虑到太阳的质量丢失和外行星轨道的膨胀,星系的不期而遇将会变得更有影响力。”研究者写到。

“如果时间足够长,其他星系的近距离飞掠将会分解或使剩下的行星变得不稳定。”

这些额外的影响已经加入到计算逻辑中,团队使用强大的共享Hoffman2集群对外行星做了10次N体模拟试验(为了节约计算成本去除了火星,因为火星的影响可以忽略不计)。模拟试验被分成了两个阶段:太阳质量损失的最后阶段和随后的阶段。

尽管10次模拟试验不是一个强大的统计样本没有强大的数据样本,但是这个团队发现每次都能出现一个相似的情形。

在太阳完全变为一颗白矮星后,外行星会有一个更大的运行轨道,但它们仍保持相对稳定。然而,木星和土星在5:2的共振轨道被捕获-木星每绕太阳运行5圈,木星运行2圈(最后的共振情况已经被提出过无数次,甚至是牛顿自己。)

轨道扩张和行星共振的特征,使变化的太阳系更容易受飞掠恒星的扰动。

在300亿年后,其他星系恒星的扰乱使稳固的轨道变得混乱,导致行星快速丢失。几乎所有的行星恒星都偏离了他们的运行轨道,逃入星系中,成为流浪行星。

那之后剩余的那颗孤独的行星就会在原地继续徘徊500亿年,它的命运也是未知的。最终它也会被飞掠恒星的引力打散。

最后,在太阳变成白矮星后的1000亿年,太阳系就不复存在了。

这比1999年提出的时间表短了很多。研究者仔细地注意到,这取决于对当前银河系环境的观测和恒星飞掠的估计,两者都可能会改变的。所以这完全不是一层不变的。

然而,即使对太阳系消亡时间线的预估确实发生了变化,这仍然需要几十亿年的时间。对于人类能看见它的机会微乎其微。

作者: MICHELLE STARR

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