太陽老了,太陽系會怎樣?

2020-12-03 騰訊網

太陽系的最終命運

藝術家對太陽系外圍的印象。[ASA, ESA, G. Bacon (STSci)]

什麼想法讓你夜不能寐？如果是關於我們的太陽系將如何結束... 哇，你真是著眼全局！其實一些科學家也有同樣的疑問，當然他們也給出了答案: 一部分會被吞噬，剩下的可能會分解。

太陽老了以後

根據喬恩 · 津克(加州大學洛杉磯分校)最近發表的一篇文章的開頭，研究太陽系可能的命運是「天體物理學最古老的追求之一，追溯到牛頓本人」。雖然這個傳統由來已久，但這個領域是複雜的: 求解多個物體之間的動態相互作用是一個眾所周知的難題。隨著太陽的進化，它會變成一顆紅巨星，不斷變大，直到吞沒太陽系內的行星。更重要的是，需要考慮的不僅僅是固定物體的動力學。在接下來的70億年裡，太陽將戲劇性地進化，膨脹到足以包圍水星、金星甚至地球的軌道並且其質量將減少近一半。

外行星將在這次進化中倖存下來，但它們不會毫髮無損地逃脫: 由於太陽質量的引力牽引著行星的軌道，太陽的重量減少將導致外行星漂移到更遠的地方，削弱它們與太陽系的聯繫，接下來會發生什麼？Zink 和他的合作者用一系列 n 體數值模擬演示了這個場景。

太陽系不復存在

作者的模擬探索了當太陽吞噬了內行星，失去了一半質量，開始了白矮星的新生活後，外行星會發生什麼變化。Zink 和他的合作者展示了巨行星如何向外遷移以應對太陽的質量損失——形成一個穩定的結構，木星和土星進入5:2的平均運動共振ー木星每繞土星兩圈就會繞行五圈。

這張圖顯示了作者的10個模擬(用不同的顏色表示)中，每個外行星何時被拋出太陽系。點擊放大。[ zink et al. 2020]

但是我們所在的太陽系並不是孤立存在的；銀河系中還有其他的恆星，大約每2000萬年就有一顆從我們身邊經過。津克和他的合作夥伴在他們的模擬實驗中加入了其他恆星的影響。

他們證明，在大約300億年內，恆星的飛過會對我們的外行星產生足夠的擾動，以至於穩定的布局將會變得混亂，迅速將大部分巨型行星從我們的太陽系中發射出去。最後一顆行星會多停留一段時間。但是在1000億年內，即使是這顆最終留下的行星也將因為恆星的飛過而變得不穩定並被趕出太陽系。在它們被驅趕之後，這些巨型行星將獨自在銀河系中漫遊，加入到沒有寄主的自由漂浮的行星行列當中。因此，我們的命運是荒涼的：根據這些模擬實驗，太陽質量虧損和恆星的飛過將瓦解太陽系。好消息？這種命運將在未來的幾十億年到來，所以你不必為此過度憂慮。

相關知識

太陽系是太陽和其他直接或間接圍繞太陽運行天體的引力約束系統。在直接圍繞太陽運行的天體中，最大的是八大行星，其餘的是一些較小的天體，矮行星和小型太陽系天體。在間接圍繞太陽運行的天體中——兩顆衛星——兩顆比最小的行星，水星大的衛星。太陽系是46億年前一個巨型星際分子雲發生引力坍塌形成的。這個星系的絕大部分的質量都在太陽上，剩下的大部分都包含在木星中。

水星、金星、地球和火星這四顆較小的內行星是類地行星，它們主要由巖石和金屬組成。四顆外行星是巨行星，它們的質量比地球大得多。最大的兩顆行星木星和土星是氣態巨星，主要由氫和氦組成；最外層的兩顆行星天王星和海王星是冰巨星，主要由與氫、氦相比熔點較高的被稱為揮發物的物質組成，如水、氨和甲烷。所有八顆行星的軌道幾乎都是圓形的，它們位於一個近乎平坦叫做黃道的圓盤內。

作者：Susanna Kohler

FY：Astronomical volunteer team

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