Солнечная система может полностью разрушиться раньше, чем мы думали

Хотя земля под нашими ногами кажется твердой и стабильной, ничто в этой Вселенной не длится вечно. Однажды наше Солнце умрет, выбросив значительную часть своей массы, прежде чем его ядро сожмется в белый карлик, постепенно теряя тепло, пока тысячу триллионов лет спустя не станет холодным, темным, мертвым камнем.

Но остальной части Солнечной системы к тому времени уже не будет. Согласно новому моделированию, оставшимся планетам потребуется всего 100 миллиардов лет, чтобы прыгнуть через галактику, оставив умирающее Солнце далеко позади. Астрономы и физики пытались разгадать окончательную судьбу Солнечной системы на протяжении как минимум сотен лет.

Понимание долговременной динамической стабильности Солнечной системы составляет одно из старейших направлений астрофизики, восходящее к самому Ньютону, который предположил, что взаимодействие между планетами в конечном итоге приведет к нестабильности системы. Но это намного сложнее, чем может показаться. Чем больше тел участвует в динамической системе, взаимодействуя друг с другом, тем сложнее становится эта система и тем труднее ее предсказать. Это называется проблемой N тел.

Из-за этой сложности невозможно сделать точные предсказания орбит объектов Солнечной системы за определенные промежутки времени. По прошествии пяти-десяти миллионов лет уверенность в верности рассчетов стремится к нулю. Но если мы сможем выяснить, что произойдет с нашей Солнечной системой, это расскажет нам кое-что о том, как Вселенная может развиваться во временных масштабах, намного превышающих ее нынешний возраст в 13,8 миллиарда лет.

В 1999 году астрономы предсказали, что Солнечная система будет медленно распадаться за период не менее миллиарда миллиардов, или квинтиллион  лет. Они подсчитали, что именно столько времени потребуется, чтобы орбитальные резонансы Юпитера и Сатурна разъединили Уран. Однако, этот расчет не учитывает некоторые важные факторы, которые могут разрушить Солнечную систему раньше.

Во-первых, это Солнце. Примерно через 5 миллиардов лет после своей смерти Солнце превратится в красного гиганта, поглотив Меркурий, Венеру и Землю. Затем оно выбросит почти половину своей массы, унесенную звездным ветром в космос. Оставшийся белый карлик будет составлять всего 54 процента от нынешней массы Солнца. Эта потеря массы ослабит гравитационную хватку Солнца на оставшихся планетах, Марсе, внешних газовых и ледяных гигантах, Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне.

Во-вторых, поскольку Солнечная система вращается вокруг центра Галактики, другие звезды должны подойти достаточно близко, чтобы нарушить орбиты планет, примерно раз в 23 миллиона лет.

«Если учесть потерю звездной массы и раздутие орбит внешних планет, эти встречи станут более влиятельными», — пишут исследователи. Если у нас будет достаточно времени, некоторые из этих встреч пройдут достаточно близко, чтобы разъединить, или дестабилизировать оставшиеся планеты.

С учетом этих дополнительных влияний в своих расчетах, команда провела 10 симуляций N-тел для внешних планет, используя мощный общий кластер Хоффмана2. Это моделирование было разделено на две фазы: до окончания потери массы Солнца и фазу, которая наступает после. Хотя 10 симуляций не являются надежной статистической выборкой, команда обнаружила, что каждый раз разыгрывался аналогичный сценарий.

После того, как Солнце завершит свою эволюцию в белый карлик, внешние планеты имеют большую орбиту, но все еще остаются относительно стабильными. Юпитер и Сатурн, однако, попадают в устойчивый резонанс 5:2 — каждые пять раз, когда Юпитер обращается вокруг Солнца, Сатурн обращается дважды. Этот возможный резонанс обсуждался много раз, не в последнюю очередь самим Исааком Ньютоном.

Эти расширенные орбиты, а также характеристики планетарного резонанса делают систему более восприимчивой к возмущениям от проходящих звезд. Спустя 30 миллиардов лет такие звездные возмущения переводят эти стабильные орбиты в хаотические, что приводит к быстрой потере планеты. Все планеты, кроме одной, сбегают со своих орбит, как планеты-изгои. О том, какова температура солнца в настоящее время, читайте в отдельной статье.

Эта последняя, одинокая планета существует еще 50 миллиардов лет, но ее судьба предрешена. В конце концов, он тоже вылетает из-за гравитационного воздействия проходящих звезд. В конце концов, через 100 миллиардов лет после того, как Солнце превратится в белый карлик, Солнечной системы больше не будет.

Это значительно более короткий период времени, чем тот, который был предложен в 1999 году. И, как отмечают исследователи, он зависит от текущих наблюдений за местной галактической средой и оценок пролета звезд, которые могут измениться.