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太阳系能“活多久”?可能比我们想象的短

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作者 | 天门山

出品 | 网易科技《知否》栏目组(公众号:tech_163) 

几百年来,天文学家和物理学家一直在努力搞清楚太阳系到底能“活多久”。而根据研究人员的最新模拟,考虑到各种重要影响因素,太阳系的“寿命”要远远低于上世纪所预测的一百亿亿年。

加州大学洛杉矶分校的天文学家乔恩•津克(Jon Zink)和密歇根大学的天文学家康斯坦丁•巴蒂金(Konstantin Batygin)在新发表的论文中写道,“理解太阳系的长期动态稳定性,是天体物理学最久远的追求之一。这可以追溯到物理学家艾萨克•牛顿(Isaac Newton)的时期,他推测行星之间的相互作用最终会导致太阳系的不稳定。”

但预测寿命比我们想象的更为复杂。

根据N体问题(N-body problem),参与动力系统、相互作用的物体数量越多,系统变化越复杂,对其预测越困难。所以,由于这种复杂性,如果超出一定时间跨度对太阳系天体的轨道进行预测,这种预测结果的准确性将难以保证。


天文学家在1999年曾做出预测,太阳系至少需要一百亿亿年才会慢慢解体。但乔恩•津克的研究团队称,这一估算遗漏了可能导致太阳系遭到破坏的一些重要因素。

首先,要考虑到太阳的存在。大约50亿年后,随着太阳的消亡,它会膨胀成红巨星,吞没水星、金星和地球。然后,它将释放其近一半的质量,由恒星风吹向太空,剩下的白矮星将只有当前太阳质量的54%。这种质量的减少会减小太阳对其余行星、外部气体和冰巨星 ( Ice Giants )等的引力。

其次,当太阳系围绕银河系中心运行时,大约每2300万年就会受到其它星球的扰动影响。研究人员写道,“只要有足够的时间,一些行星在运行过程中就会互相接近,从而分离或者破坏其他行星。”

考虑到这些额外的影响,乔恩•津克的研究团队使用Shared Hoffman2 Cluster,对外部行星进行了10次N体模拟。这些模拟分成两个阶段,从开始直到太阳的质量损失阶段,以及质量损失后的阶段。虽然10次模拟不是一个庞大的统计样本,但该研究团队发现每次模拟都有类似的场景出现。

在太阳完成向白矮星的进化后,外行星的轨道扩大,但仍然保持相对稳定。不过,木星和土星以5:2稳定共振,即木星围绕太阳每公转五次,土星围绕太阳公转两次。扩大的轨道以及行星共振使得太阳系更容易受到行星经过时扰动的影响。

300亿年后,这种恒星扰动将那些稳定的轨道扭曲成了混乱的轨道,导致行星的损失。除了一颗行星外,所有的行星都脱离了它们的轨道,就像流氓行星一样逃往银河系。剩下的这颗孤独的星球还将存在500亿年,但它的命运已经注定。最后,它也将被经过的恒星所影响破坏。最终,在太阳变成白矮星1000亿年后,太阳系便不复存在。

模拟的消亡时间比1999年提出的时间要短得多。研究人员还注意到,这取决于当前对银河环境的观测,以及对恒星飞行的估计,这两者都可能发生变化。也就是说,以上估测的时间并非一成不变。

即使对太阳系消亡时间的估计确实发生了变化,距离估计的消亡时间还有数十亿年。人类看到太阳系消亡的可能性将微乎其微。(天门山)

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