太陽系會比我們想象中的更早解體
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? ?從前認為一萬億年以后我們的太陽將會耗盡能量變成一顆死氣沉沉的巖石,但根據(jù)新的研究顯示,太陽變成這個狀態(tài)僅需1000億年的時間。
盡管我們腳下的土地感覺上是堅固又令人安心的,但是在宇宙中,沒有什么東西能夠永久存在。
某一天,我們的太陽也會死亡,在它關(guān)閉核心變?yōu)榘装侵?,會釋放出大量的物質(zhì),逐漸地泄漏熱量,直到一萬億年后太陽變成一塊寒冷、黑暗、死亡的石頭。
但是太陽系其他的天體也會隨之消失。根據(jù)新的模型計算,剩下的行星將在1000億年逃散至星系中,身后留下死亡的太陽。
天文學(xué)家和物理學(xué)家已經(jīng)正在嘗試解開太陽系最終的命運,但是這至少要耗費數(shù)百年。
“了解太陽系的長期動態(tài)穩(wěn)定性是最古老的天體物理學(xué)研究之一,回溯到牛頓時期,他推測行星之間的相互作用力最終會導(dǎo)致太陽系不穩(wěn)定,”加州大學(xué)洛杉磯分校的天文學(xué)家喬恩·津克、加州理工大學(xué)的天文學(xué)家康斯坦丁·巴蒂金和密歇根大學(xué)的天文學(xué)家弗雷德·亞當斯在他們新報紙中寫道。
但是這比看起來的更加棘手。動力系統(tǒng)中相互作用的物體越多,這個系統(tǒng)就會變得越復(fù)雜,越難去預(yù)測,這就叫做牛頓N體問題。
基于這種復(fù)雜情況,當超過一定的時間尺度,就不可能對太陽系天體的軌道做出確定性的預(yù)測,時間超過500-1000萬年的情況下確定性早已不存在。
但是如果我們計算出太陽系將會發(fā)生什么,這也會告訴我們一些關(guān)于宇宙可能如何演化的事情。時間尺度遠遠超過宇宙當前138億年的年齡。
100億億年,他們計算出這個時間就是土星和木星的軌道共振將天王星肢解的時間。
1999年,天文學(xué)家預(yù)測,太陽系將會在10億年或者億萬年后慢慢瓦解。他們已經(jīng)計算出土星和木星的軌道共振從天王星分離將會消耗的時間。
不過,Zink的團隊認為,這項計算忽略了許多可能瓦解太陽系的重要影響因素。
首先,是太陽。大約50億年,隨著太陽的死亡,它會膨脹成為一顆紅巨星,吞并水星、金星和地球。然后它釋放出將近它本身質(zhì)量一半的物質(zhì),這些物質(zhì)隨著恒星風太陽風吹散到宇宙中;剩下的白矮星只剩下54%的太陽的質(zhì)量。
質(zhì)量的丟失將會減弱太陽對剩余行星的引力,包括火星和外圍的氣態(tài)行星木星、土星,冰巨星天王星、海王星。
太陽系圍繞銀心公轉(zhuǎn),大約每2300萬年會遇到其他星系的近距離接觸而擾動行星軌道。
第二,太陽系繞銀心旋轉(zhuǎn),公轉(zhuǎn)一周需2300萬年,當太陽系公轉(zhuǎn)時,其他的恒星可能會靠太陽系太近而擾亂行星的軌道。
“考慮到太陽的質(zhì)量丟失和外行星軌道的膨脹,星系的不期而遇將會變得更有影響力?!毖芯空邔懙?。
“如果時間足夠長,其他星系的近距離飛掠將會分解或使剩下的行星變得不穩(wěn)定。”
這些額外的影響已經(jīng)加入到計算邏輯中,團隊使用強大的共享Hoffman2集群對外行星做了10次N體模擬試驗(為了節(jié)約計算成本去除了火星,因為火星的影響可以忽略不計)。模擬試驗被分成了兩個階段:太陽質(zhì)量損失的最后階段和隨后的階段。
盡管10次模擬試驗不是一個強大的統(tǒng)計樣本沒有強大的數(shù)據(jù)樣本,但是這個團隊發(fā)現(xiàn)每次都能出現(xiàn)一個相似的情形。
在太陽完全變?yōu)橐活w白矮星后,外行星會有一個更大的運行軌道,但它們?nèi)员3窒鄬Ψ€(wěn)定。然而,木星和土星在5:2的共振軌道被捕獲-木星每繞太陽運行5圈,木星運行2圈(最后的共振情況已經(jīng)被提出過無數(shù)次,甚至是牛頓自己。)
軌道擴張和行星共振的特征,使變化的太陽系更容易受飛掠恒星的擾動。
在300億年后,其他星系恒星的擾亂使穩(wěn)固的軌道變得混亂,導(dǎo)致行星快速丟失。幾乎所有的行星恒星都偏離了他們的運行軌道,逃入星系中,成為流浪行星。
那之后剩余的那顆孤獨的行星就會在原地繼續(xù)徘徊500億年,它的命運也是未知的。最終它也會被飛掠恒星的引力打散。
最后,在太陽變成白矮星后的1000億年,太陽系就不復(fù)存在了。
這比1999年提出的時間表短了很多。研究者仔細地注意到,這取決于對當前銀河系環(huán)境的觀測和恒星飛掠的估計,兩者都可能會改變的。所以這完全不是一層不變的。
然而,即使對太陽系消亡時間線的預(yù)估確實發(fā)生了變化,這仍然需要幾十億年的時間。對于人類能看見它的機會微乎其微。 ?
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作者: MICHELLE STARR
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