儘管我們腳下的土地感覺堅固而令人安心,但這個宇宙中沒有什麼是永恆的。
總有一天,我們的太陽會消亡,在它的核心收縮成一顆白矮星之前,它會噴射出很大一部分質量,逐漸釋放熱量,直到1000萬億年後,它只是一塊冰冷、黑暗、死寂的巖石。
但到那時,太陽系的其餘部分早就消失了。
根據最新的模擬,只需要1000億年的時間,剩下的任何行星就會悄悄地穿過銀河系,把垂死的太陽遠遠地甩在後面。
至少幾百年來,天文學家和物理學家一直試圖弄清楚太陽系的最終命運。
理解太陽系的長期動態穩定性是天體物理學最古老的追求之一,可以追溯到牛頓本人,他推測行星之間的相互作用最終會導致太陽系不穩定。
但這比表面上看起來要棘手得多。
一個動力系統中相互作用的天體數量越多,該系統就會變得越複雜,也就越難預測。
這就是所謂的N體問題。
由於這種複雜性,不可能對太陽系天體超出特定時間尺度的軌道做出確定性預測。
但是,如果我們能弄清楚太陽系將會發生什麼,這將告訴我們一些關於宇宙可能如何演化的信息,其時間尺度遠遠長於目前138億年的年齡。
大約50億年後,當太陽消亡時,它將膨脹成一顆紅巨星,吞沒水星、金星和地球。
然後,它將拋出近一半的質量,在恆星風的作用下被吹到太空;剩下的白矮星將只有目前太陽質量的54%左右。
這種質量損失將放鬆太陽對其餘行星--火星、外層氣體和冰巨星--木星、土星、天王星和海王星的引力控制。
其次,當太陽系圍繞銀河中心運行時,其他恆星應該足夠近到足以擾亂行星的軌道,大約每2300萬年一次。
研究人員寫道:「考慮到恆星的質量損失和外行星軌道的膨脹,這些相遇將變得更有影響力。」
「如果有足夠的時間,其中一些會離地球足夠近,從而使剩下的行星分離--或者說不穩定。」
考慮到這些額外的影響,研究小組使用強大的共享霍夫曼2星系團,對外行星進行了10次N體模擬(省略了火星以節省計算成本,因為它的影響應該可以忽略不計)。
這些模擬分為兩個階段:直到太陽質量損失結束,以及之後的階段。
雖然10次模擬並不是一個強有力的統計樣本,但研究小組發現,每次都會出現類似的情況。
太陽完成白矮星演化後,外行星的軌道較大,但仍保持相對穩定。
然而,木星和土星會以穩定的5:2共振被捕獲--木星每繞太陽運行五次,土星就會繞太陽運行兩圈(這種最終的共振已經被多次提出,尤其是由艾薩克·牛頓本人提出)。
這些擴展的軌道,以及行星共振的特點,使該系統更容易受到經過的恆星的擾動。
300億年後,這樣的恆星擾動將那些穩定的軌道擾亂成混亂的軌道,導致行星迅速消失。
除了一顆行星外,所有的行星都脫離了軌道,以流浪行星的形式逃往銀河系。
最後那顆孤獨的行星還會存在500億年,但它的命運已經註定。
最終,它也會受到經過的恆星的引力影響而鬆動。
最終,在太陽變成白矮星1000億年後,太陽系將不復存在。
這比1999年提出的時間框架要短得多。
而且,研究人員謹慎地指出,這取決於對當地銀河系環境的當前觀測,以及對恆星掠過的估計,這兩者都可能發生變化。
然而,即使對太陽系滅亡的時間線的估計真的改變了,它仍然是數十億年後的事。
人類存活到足以看到它的可能性微乎其微。