? ?在遙遠(yuǎn)的未來(lái)，恒星的飛掠將徹底摧毀太陽(yáng)系。

???能量消耗和瓦解

???下次當(dāng)你和一群書(shū)呆子待在一起并且想成為聚會(huì)的焦點(diǎn)時(shí)，可以在交談中使用這個(gè)短語(yǔ)，當(dāng)他們疑惑的看著你時(shí)，你只需說(shuō)這就是太陽(yáng)系最終的宿命。

然后調(diào)整你的領(lǐng)帶，輕抿一口苦艾酒。

? ? ? ? ? ? ?

隨著你的解釋引發(fā)的一系列后續(xù)問(wèn)題，你可以深入解釋為太陽(yáng)自身和銀河系將會(huì)是罪魁禍?zhǔn)祝氵€可以談及一項(xiàng)新研究。

???研究名為“巨大不平等和外太陽(yáng)系的動(dòng)力解體”。其主要負(fù)責(zé)人是喬恩?辛克（Jon?Zink），畢業(yè)于加州大學(xué)洛杉磯分校天文和天體物理系，該論文被發(fā)表在《天文期刊》上。

???人類(lèi)一直都在思考關(guān)于太陽(yáng)系的最終宿命，在論文的引言中，作者寫(xiě)道：“對(duì)太陽(yáng)系動(dòng)態(tài)穩(wěn)定度的理解成為天體物理學(xué)最古老的追求之一，追溯到牛頓自身，他曾經(jīng)推斷出行星之間的相互作用將最終導(dǎo)致天體系統(tǒng)的動(dòng)蕩，”但因?yàn)楫?dāng)時(shí)微擾理論并不存在，所以連牛頓自己也無(wú)法解釋清楚。

???兩百年前，牛頓曾想過(guò)星體之間的相互作用是否將最終導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，但是牛頓領(lǐng)帶著身美酒在手了嗎？歷史學(xué)家也無(wú)法確定。

?

? ? ? ? ? ? ?

《艾薩克?牛頓肖像》（1642—1727）作者為戈弗雷?科雷爾

???牛頓至少有一部分是正確的，但是決定一個(gè)像太陽(yáng)系一樣復(fù)雜的系統(tǒng)的未來(lái)并不是一件容易的事情，尤其是對(duì)一個(gè)需要花費(fèi)數(shù)十億年的時(shí)間去呈現(xiàn)的事件進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)。

???在這項(xiàng)新研究中，作者開(kāi)展了一系列所謂的n體模擬，這是天文學(xué)和天體物理學(xué)中的常用工具。N體模擬是對(duì)相互作用粒子的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的模擬，即使在這個(gè)情況下，粒子就是行星和太陽(yáng)。??

?

?

?

?

在幾十億年內(nèi)，太陽(yáng)系的關(guān)鍵——太陽(yáng)——將會(huì)發(fā)生劇烈的變化。在太陽(yáng)中發(fā)生的氫原子核聚變將會(huì)逐漸減少，這也就意味著太陽(yáng)將會(huì)逐漸度過(guò)它的主序時(shí)期，并進(jìn)入下一階段。它將會(huì)膨脹成一顆紅巨星，并將吞噬水星、金星甚至地球。(火星能否存活尚不確定，但由于它的質(zhì)量很輕，它的存活與否并不會(huì)對(duì)大型帶外行星產(chǎn)生太大影響。)

? ? ? ? ? ? ?

藝術(shù)家對(duì)類(lèi)太陽(yáng)恒星和紅巨星的結(jié)構(gòu)的印象（非按比例）。圖源：ESO

?

你可能會(huì)問(wèn)：“一旦地球消失，誰(shuí)還會(huì)去關(guān)心接下來(lái)會(huì)發(fā)生什么？為什么要為這些模擬的結(jié)果而費(fèi)心呢？”好吧，或許人類(lèi)在那時(shí)已經(jīng)移居到太陽(yáng)系的更遠(yuǎn)處了呢。但不管我們那時(shí)有沒(méi)有這樣做，我們?nèi)孕柚捞?yáng)系的命運(yùn)。

?

當(dāng)然，隨著太陽(yáng)膨脹成紅巨星，它也會(huì)開(kāi)始失去質(zhì)量。事實(shí)上,它可能會(huì)在接下來(lái)的70億年左右的時(shí)間里失去其一半的質(zhì)量。質(zhì)量的損失將會(huì)是極具破壞性的，因?yàn)檫@將會(huì)使太陽(yáng)系的行星和其他星體的軌道變得固定。

?

太陽(yáng)的膨脹很可能將意味著帶內(nèi)巖質(zhì)行星的完結(jié)。一同完結(jié)的，還有人類(lèi)，或是其遙遠(yuǎn)的，無(wú)法辨認(rèn)的，在木衛(wèi)二的海洋里或是其他地方堅(jiān)守生命的后代。

? ? ? ? ? ? ?

隨著太陽(yáng)的演化，它將成為一顆紅巨星，并逐步增加它的體積，直到它吞噬了所有帶內(nèi)行星。圖源：Roen?Kelly

?

如果沒(méi)有太陽(yáng)的質(zhì)量所產(chǎn)生的引力來(lái)維系軌道，太陽(yáng)系的帶外行星將會(huì)變得不受控制，就像個(gè)在苦艾酒派對(duì)中呆了五天的貴族一樣。它們的軌道行為將會(huì)變得既無(wú)法預(yù)測(cè)也不穩(wěn)定，有可能會(huì)飄到更遠(yuǎn)的太空中去。

?

目前為止的這些都不是新知識(shí)。作者說(shuō)到：“由于太陽(yáng)將損失其將近一半的質(zhì)量，巨行星的軌道將會(huì)擴(kuò)張。”然而，Zink和他的同事想要了解這之后將會(huì)發(fā)生什么。根據(jù)他們的研究，一些行星將會(huì)有另一段相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期。

?

?

?

????這一絕熱過(guò)程維持著行星運(yùn)行軌道周期比，但行星之間的相互作用力與平均運(yùn)動(dòng)共振幅度的增加，使得木星和土星獲得了一個(gè)5:2的穩(wěn)定共振位形。

????但是這些有著復(fù)雜特性且逐漸被拉伸的軌道，使得均衡狀態(tài)無(wú)法維系。這種缺乏太陽(yáng)質(zhì)量錨定效應(yīng)的新位形很容易受到如作者在文章里提到的“來(lái)自恒星飛越時(shí)相互作用的擾動(dòng)”。在他們的模擬實(shí)驗(yàn)中，這一點(diǎn)是我們難以想象出來(lái)的已經(jīng)是白矮星的太陽(yáng)。

????因此，在大約30個(gè)公轉(zhuǎn)周期內(nèi)，恒星的接近會(huì)使得行星受到擾動(dòng)并使行星向著5:2共振下的無(wú)序子域運(yùn)行，這會(huì)引發(fā)大范圍的波動(dòng)，并最終在10個(gè)公轉(zhuǎn)周期后導(dǎo)致除一顆行星外的所有行星被迅速?gòu)棾鲕壍馈?/p>

? ? ? ? ? ? ?

????這張圖展示了作者們10次模擬（每種顏色代表一次模擬）中每個(gè)外圍行星從太陽(yáng)系中被彈出噴出的畫(huà)面（圖片來(lái)源：Zink?et?al.）。2020年，哪一個(gè)星球能抵抗這樣的排斥力？很可能是我們太陽(yáng)系中最大的行星——木星。相關(guān)研究顯示，在沒(méi)有任何伴星繞行的情況下，木星將繼續(xù)它下一輪的50個(gè)公轉(zhuǎn)周期。只有當(dāng)一顆恒星飛越最后捕捉到它時(shí)，木星才會(huì)被移除。

????“沒(méi)有了其他行星的情況下，幸存的行星便缺乏獲得正能量的直接機(jī)制。僅存的能量交換來(lái)源是與飛越過(guò)的恒星之間的相互作用”，作者在論文中寫(xiě)道。他們計(jì)算得到一顆恒星大約每2000萬(wàn)年才飛越一次。

????作為最后一顆行星，木星的軌道離心率將會(huì)變得越來(lái)越高?！敖Y(jié)果是，與波動(dòng)開(kāi)始前的行星軌道相比，這顆后不穩(wěn)定氣體巨星的預(yù)計(jì)彈出時(shí)間大約縮減了二分之一。因此孤獨(dú)終老的木星更容易被任何經(jīng)過(guò)的恒星彈射。

? ? ? ? ? ? ?

?

?

? 木星的最新圖像是由NASA/ESA哈勃太空望遠(yuǎn)鏡于2020年8月25日拍攝的，當(dāng)時(shí)該行星距離地球6.53億公里。如果這項(xiàng)新學(xué)說(shuō)是正確的，木星則可能是太陽(yáng)系中最后一顆行星。（圖片來(lái)源：NASA, ESA, A. Simon (戈達(dá)德太空飛行中心) 和M. H. Wong (加利福尼亞大學(xué)伯克利分校) 以及OPAL小組）。如果你想象的是一次飛越事件，恰好在合適的條件下將木星彈射出，那恐怕這一想法是不太正確的。因?yàn)樗袷潜弧扒У度f(wàn)剮”了。

?

? Zink和他的合著者寫(xiě)道：“由于很少發(fā)生飛越相遇事件（每2300萬(wàn)年才會(huì)有一次發(fā)生在10000 au大小的球體內(nèi)），并且在這其中發(fā)生的大多數(shù)相互作用對(duì)其它行星產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)影響較小，因此彈射過(guò)程從原則上可以穩(wěn)定進(jìn)行……”

?

? 或者，這一說(shuō)法也許是錯(cuò)的?！傲硪环矫妫诔渥愕臅r(shí)間內(nèi)，一次極其近距離的相遇也可能會(huì)自主地釋放最后一顆行星。因此，移除這最后一顆行星的潛在機(jī)制其實(shí)是這兩個(gè)過(guò)程之間的較量?！?/p>

? ? ? ? ? ? ?

? 這項(xiàng)研究所得出的數(shù)據(jù)表明，隨著時(shí)間的推移，多次的恒星飛越會(huì)導(dǎo)致偏心率和半長(zhǎng)軸的緩慢上升，最后一次飛越事件會(huì)將太陽(yáng)系中的最后一顆行星彈出。（圖片來(lái)源：Zink 等人, 2020年）。

這很難模擬，因?yàn)檫@一切都將在數(shù)十億年后發(fā)生。作者提出了一個(gè)適時(shí)的問(wèn)題：“換句話說(shuō)，最后的行星被彈出究竟是由于一次重大的事件還是許多小的能量交換而導(dǎo)致的？”

?

? 不過(guò)，作者也提供了一些說(shuō)明。其中一個(gè)問(wèn)題是他們只進(jìn)行了十次模擬實(shí)驗(yàn)。他們承認(rèn)自己的研究并不能提供可靠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但是每個(gè)模擬都產(chǎn)生了相似的結(jié)果這一事實(shí)仍具有重要的意義。他們寫(xiě)道：“在所有我們進(jìn)行的10次模擬中，這四顆氣態(tài)巨型行星將在1012年之內(nèi)，即太陽(yáng)質(zhì)量損耗結(jié)束之后，被彈射出太陽(yáng)系?！?/p>

?

?

另一個(gè)需要注意的是那些飛行中的恒星。宇宙中大約有一半的恒星以雙星的形式存在，他們?cè)谀M恒星飛行時(shí)，只考慮單個(gè)恒星而排除了雙星的情況。實(shí)際上他們?nèi)匀豢紤]了這個(gè)問(wèn)題并承認(rèn)雙星近地飛行比單星近地飛行更具破壞性。“通過(guò)排除這些雙星飛過(guò)的情況，我們對(duì)未來(lái)太陽(yáng)系的壽命做出了保守的估計(jì)。同時(shí)意味著，考慮雙星近地飛行的情況，將進(jìn)一步縮短太陽(yáng)系的壽命?！?在論文的一開(kāi)始，作者就建議謹(jǐn)慎地看待他們的研究結(jié)果。“不幸的是，”他們寫(xiě)道，“即使是最精確的n-體模擬也只能對(duì)太陽(yáng)系的演化做出有限的預(yù)測(cè)。”?由于行星軌道的無(wú)序性，很難在足夠長(zhǎng)的時(shí)間尺度上進(jìn)行確定性預(yù)測(cè)?！?

? ? ? ? ? ? ?

當(dāng)然，銀河系本身也會(huì)在這極長(zhǎng)的時(shí)間尺度上發(fā)生巨大的變化。這將如何影響太陽(yáng)系的未來(lái)?

當(dāng)太陽(yáng)系在銀河系中相對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，未來(lái)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化?！霸诒狙芯靠紤]的時(shí)間尺度中，太陽(yáng)系會(huì)在銀河系內(nèi)進(jìn)行徑向移動(dòng)，從而進(jìn)入未知數(shù)量的恒星區(qū)域，這些區(qū)域內(nèi)恒星的運(yùn)行速度也不盡相同。”考慮這些因素，意味著很難建立起精確的預(yù)測(cè)模型。太陽(yáng)系向外還是向內(nèi)遷移，沒(méi)人可以確定，也沒(méi)人知道這是否意味著遇到更多或更少的恒星。但向內(nèi)的遭遇幾率可能會(huì)有向外的三倍。預(yù)測(cè)銀河系也會(huì)在幾十億年后與仙女座星系碰撞或合并，當(dāng)然這過(guò)程很難在單個(gè)太陽(yáng)系級(jí)別研究上進(jìn)行模擬。

“這些變化將影響恒星相遇的幾率和速度，考慮這些變化建立相應(yīng)的模型依靠目前的技術(shù)還難以實(shí)現(xiàn)。”

仙女座星系和銀河系是銀河系中最大的兩個(gè)星系，目前它們都在向著彼此的方向前進(jìn)。然而我們不應(yīng)該杞人憂天，這一切我們難以在地球上看到。畢竟如果曾經(jīng)存在過(guò)的所有物種有99.9%已經(jīng)滅絕的說(shuō)法是真的，我們也難以逃脫這一規(guī)律。

關(guān)于太陽(yáng)系命運(yùn)的問(wèn)題仍然很吸引人，因?yàn)榈厍虻倪@些行星伙伴終將分散開(kāi)來(lái)，在太空漂流形成流浪行星。如果有其他星球上的智慧種發(fā)現(xiàn)了它們，也無(wú)從得知它們的起源，更不會(huì)想到曾經(jīng)有個(gè)星球上的原始人想過(guò)它們的最終命運(yùn)。

?

?

?

?

?

作者：EVAN GOUGH

FY：Astronomical volunteer team

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處