模擬顯示太陽系“剩余壽命”將大幅縮短
土星可能被甩出淪為流浪行星
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一項新研究認為,太陽系的結局可能比此前估計的來得更快——太陽系的動力學壽命,從1018年急劇縮短至太陽變成白矮星后的約10億年。而制造混亂的不是路過的恆星,恰恰是太陽自己。這項研究由美國加州理工學院與密歇根大學完成,發表在最新的《天體物理學報快報》上。
過去學界的主流看法是:太陽在約50億年后膨脹為紅巨星,拋掉外層物質后成為白矮星。這一步之后,引力減弱會讓木星、土星、天王星、海王星的軌道整體外移,但排列仍保持格局。即使算上太陽質量損失和偶然路過的恆星擾動,太陽系自身動力學壽命也被估到1018年。
新研究推翻的正是其中的關鍵假設:太陽的質量損失並非平穩進行。團隊從歐洲空間局已退役的蓋亞探測器數據中找到了線索——在包含白矮星的寬距雙星系統裡,新生白矮星普遍帶有小幅速度反沖。最合理的解釋是,恆星不是向四面八方均勻拋撒外殼,而是通過一次次方向各異的間歇性噴發把物質甩出去,自身則被反向推動。
把這種隨機的物質拋射代入模擬后,圖景大變。在團隊設定的參數下,太陽死亡過程中大約經歷4600次拋射,每次拋出約33個地球質量的物質,使太陽的速度改變約7米/秒。單次影響微乎其微,但方向隨機、次數眾多,效果逐漸累積,足以改寫各行星軌道之間的關系。
團隊篩選出近700次模擬中最貼近真實的情景,顯示外圍行星在太陽尚未拋完外層物質時,就開始軌道交叉,最早的情形出現在太陽僅損失約10%質量的時候。等到太陽真正變成白矮星,40%的情景中整個外圍系統已陷入混亂:天王星和海王星可能互換位置,甚至闖入木星的軌道范圍﹔土星有可能被徹底甩出,淪為在星際空間漂泊的流浪行星。十次模擬中有九次,至少一顆巨行星被拋入星際空間。綜合來看,太陽系會在太陽成為白矮星后的約10億年內壽命終結。
據此,外圍太陽系的動力學壽命可能比此前估計的要短得多。這一機制還順帶解釋了一個懸而未決的觀測現象:微引力透鏡巡天暗示銀河系中自由漂浮的行星數量,可能與恆星數量相當,現在看來,垂死恆星的拋射過程可能正是它們的主要來源。
論文最后也回應了牛頓當年的擔憂:太陽系終會失穩。這一點沒錯,只是“肇事者”並不是行星之間的相互拉扯。(記者張夢然)
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