Хоча земля під нашими ногами здається твердою і спокійною (більшу частину часу), ніщо в цьому Всесвіті не триває вічно. Одного разу наше Сонце помре, викинувши значну частину своєї маси, перш ніж його ядро скоротиться до білого карлика, поступово стікаючи теплом, поки тисячу трильйонів років по тому не стане не більше ніж холодним, темним, мертвим каменем.
Але іншої частини Сонячної системи на той час вже не буде. Згідно з новим моделюванням, планетам потрібно всього 100 мільярдів років, щоб перелетіти через галактику, залишивши вмираюче Сонце далеко позаду. Астрономи і фізики намагалися розгадати остаточну долю Сонячної системи протягом як мінімум сотень років.
«Розуміння довготривалої динамічної стабільності Сонячної системи становить одне з найстаріших напрямків астрофізики, яке доходить до самого Ньютона, який припустив, що взаємодія між планетами в кінцевому підсумку призведе до нестабільності системи», – написали астрономи у своїй новій статті.
Але це набагато складніше, ніж може здатися. Чим більша кількість тіл бере участь в динамічній системі, взаємодіючи один з одним, тим складніше стає ця система і тим важче її передбачити. Це називається проблемою N-body.
Через цю складність неможливе детерміноване пророкування орбіт об’єктів Сонячної системи за певні проміжки часу. Після п’яти-десяти мільйонів років впевненість вилітає прямо у вікно. Але якщо ми зможемо з’ясувати, що станеться з нашою Сонячною системою, це розповість нам дещо про те, як Всесвіт може розвиватися в тимчасових масштабах, які набагато перевищують її нинішній вік 13,8 мільярда років.
У 1999 році астрономи передбачили, що Сонячна система буде повільно розпадатися за період не менше мільярда мільярдів (або квінтильйон) років. За їх розрахунками, саме стільки часу потрібно, щоб орбітальні резонанси Юпітера і Сатурна роз’єднали Уран. Однак, цей розрахунок не враховує деякі важливі фактори, які можуть зруйнувати Сонячну систему раніше.
По-перше, це Сонце.
Через 5 мільярдів років, перед смертю, Сонце стане червоним гігантом, поглинувши Меркурій, Венеру і Землю. Потім воно викине майже половину своєї маси, віднесену зоряним вітром в космос; білий карлик, який залишиться замість нього становитиме всього 54 відсотки від нинішньої маси Сонця. Ця втрата маси послабить гравітаційну хватку Сонця на планетах, Марсі, зовнішніх газових і крижаних гігантах, Юпітері, Сатурні, Урані і Нептуні.
По-друге, оскільки Сонячна система обертається навколо галактичного центру, інші зірки повинні підійти досить близько, щоб порушити орбіти планет. «Якщо врахувати втрату зоряної маси і роздуття орбіт зовнішніх планет, ці зустрічі стануть більш впливовими», – пишуть дослідники. З урахуванням цих додаткових впливів у своїх розрахунках, команда провела 10 симуляцій N-body для зовнішніх планет, використовуючи потужний загальний кластер HOFFMAN2. Ці симуляції були розділені на дві фази: до закінчення втрати маси Сонця і фазу, яка настає після. Хоча 10 симуляцій не є надійною статистичною вибіркою, команда виявила, що кожен раз розігрувався аналогічний сценарій.
Після того, як Сонце завершить свою еволюцію в білий карлик, зовнішні планети матимуть велику орбіту, але все ще залишаться відносно стабільними. Юпітер і Сатурн, однак, будуть в стійкому резонансі 5:2 – кожні п’ять разів, коли Юпітер обертається навколо Сонця, Сатурн обертається двічі (цей можливий резонанс пропонувався багато разів, і не в останню чергу самим Ісааком Ньютоном).
Ці розширені орбіти, а також характеристики планетарного резонансу зроблять систему більш сприйнятливою до впливів зірок. Через 30 мільярдів років такі зіркові обурення переведуть ці стабільні орбіти в хаотичні, що призведе до швидкої втрати планети. Всі планети, крім однієї, злетять зі своїх орбіт і стануть планетами-ізгоями.
Ця остання, самотня планета існуватиме ще 50 мільярдів років, але її доля буде вирішена. Зрештою, вона також злетить з орбіти із-за гравітаційного впливу зірок, які будуть пролітати повз неї. Зрештою, через 100 мільярдів років після того, як Сонце перетвориться на білий карлик, Сонячної системи більше не буде.
Це значно коротший період часу, ніж той, який був запропонований в 1999 році. І, як ретельно відзначають дослідники, він залежить від поточних спостережень за місцевим галактичним середовищем і оцінками прольоту зірок, які можуть змінитися. Так що це жодним чином не вигравірувано на камені. Навіть якщо оцінки на шкалі часу загибелі Сонячної системи дійсно зміняться – до цього ще багато мільярдів років. Імовірність того, що людство проживе достатньо довго, щоб побачити це, дуже мала.
Читайте також: