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在遙遠的未來，恒星的飛掠將徹底摧毀太陽系。 能量消耗和瓦解 下次當你和一群書呆子待在一起并且想成為聚會的焦點時，可以在交談中使用這個短語，當他們疑惑的看著你時，你只需說這就是太陽系最終的宿命。 然后調(diào)整你的領(lǐng)帶，輕抿一口苦艾酒。 隨著你的解釋引發(fā)的一系列后續(xù)問題，你可以深入解釋為太陽自身和銀河系將會是罪魁禍首，你還可以談及一項新研究。 研究名為“巨大不平等和外太陽系的動力解體”。其主要負責人是喬恩·辛克（Jon Zink），畢業(yè)于加州大學洛杉磯分校天文和天體物理系，該論文被發(fā)表在《天文期刊》上。 人類一直都在思考關(guān)于太陽系的最終宿命，在論文的引言中，作者寫道：“對太陽系動態(tài)穩(wěn)定度的理解成為天體物理學最古老的追求之一，追溯到牛頓自身，他曾經(jīng)推斷出行星之間的相互作用將最終導致天體系統(tǒng)的動蕩，”但因為當時微擾理論并不存在，所以連牛頓自己也無法解釋清楚。 兩百年前，牛頓曾想過星體之間的相互作用是否將最終導致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，但是牛頓領(lǐng)帶著身美酒在手了嗎？歷史學家也無法確定。 《艾薩克·牛頓肖像》（1642—1727）作者為戈弗雷·科雷爾 牛頓至少有一部分是正確的，但是決定一個像太陽系一樣復雜的系統(tǒng)的未來并不是一件容易的事情，尤其是對一個需要花費數(shù)十億年的時間去呈現(xiàn)的事件進行科學預(yù)測。 在這項新研究中，作者開展了一系列所謂的n體模擬，這是天文學和天體物理學中的常用工具。N體模擬是對相互作用粒子的動態(tài)系統(tǒng)的模擬，即使在這個情況下，粒子就是行星和太陽。 在幾十億年內(nèi)，太陽系的關(guān)鍵——太陽——將會發(fā)生劇烈的變化。在太陽中發(fā)生的氫原子核聚變將會逐漸減少，這也就意味著太陽將會逐漸度過它的主序時期，并進入下一階段。它將會膨脹成一顆紅巨星，并將吞噬水星、金星甚至地球。(火星能否存活尚不確定，但由于它的質(zhì)量很輕，它的存活與否并不會對大型帶外行星產(chǎn)生太大影響。) 藝術(shù)家對類太陽恒星和紅巨星的結(jié)構(gòu)的印象（非按比例）。圖源：ESO 你可能會問：“一旦地球消失，誰還會去關(guān)心接下來會發(fā)生什么？為什么要為這些模擬的結(jié)果而費心呢？”好吧，或許人類在那時已經(jīng)移居到太陽系的更遠處了呢。但不管我們那時有沒有這樣做，我們?nèi)孕柚捞栂档拿\。 當然，隨著太陽膨脹成紅巨星，它也會開始失去質(zhì)量。事實上,它可能會在接下來的70億年左右的時間里失去其一半的質(zhì)量。質(zhì)量的損失將會是極具破壞性的，因為這將會使太陽系的行星和其他星體的軌道變得固定。 太陽的膨脹很可能將意味著帶內(nèi)巖質(zhì)行星的完結(jié)。一同完結(jié)的，還有人類，或是其遙遠的，無法辨認的，在木衛(wèi)二的海洋里或是其他地方堅守生命的后代。 隨著太陽的演化，它將成為一顆紅巨星，并逐步增加它的體積，直到它吞噬了所有帶內(nèi)行星。圖源：Roen Kelly 如果沒有太陽的質(zhì)量所產(chǎn)生的引力來維系軌道，太陽系的帶外行星將會變得不受控制，就像個在苦艾酒派對中呆了五天的貴族一樣。它們的軌道行為將會變得既無法預(yù)測也不穩(wěn)定，有可能會飄到更遠的太空中去。 目前為止的這些都不是新知識。作者說到：“由于太陽將損失其將近一半的質(zhì)量，巨行星的軌道將會擴張。”然而，Zink和他的同事想要了解這之后將會發(fā)生什么。根據(jù)他們的研究，一些行星將會有另一段相對穩(wěn)定的時期。 這一絕熱過程維持著行星運行軌道周期比，但行星之間的相互作用力與平均運動共振幅度的增加，使得木星和土星獲得了一個5:2的穩(wěn)定共振位形。 但是這些有著復雜特性且逐漸被拉伸的軌道，使得均衡狀態(tài)無法維系。這種缺乏太陽質(zhì)量錨定效應(yīng)的新位形很容易受到如作者在文章里提到的“來自恒星飛越時相互作用的擾動”。在他們的模擬實驗中，這一點是我們難以想象出來的已經(jīng)是白矮星的太陽。 因此，在大約30個公轉(zhuǎn)周期內(nèi)，恒星的接近會使得行星受到擾動并使行星向著5:2共振下的無序子域運行，這會引發(fā)大范圍的波動，并最終在10個公轉(zhuǎn)周期后導致除一顆行星外的所有行星被迅速彈出軌道。 這張圖展示了作者們10次模擬（每種顏色代表一次模擬）中每個外圍行星從太陽系中被彈出噴出的畫面（圖片來源：Zink et al.）。2020年，哪一個星球能抵抗這樣的排斥力？很可能是我們太陽系中最大的行星——木星。相關(guān)研究顯示，在沒有任何伴星繞行的情況下，木星將繼續(xù)它下一輪的50個公轉(zhuǎn)周期。只有當一顆恒星飛越最后捕捉到它時，木星才會被移除。 “沒有了其他行星的情況下，幸存的行星便缺乏獲得正能量的直接機制。僅存的能量交換來源是與飛越過的恒星之間的相互作用”，作者在論文中寫道。他們計算得到一顆恒星大約每2000萬年才飛越一次。 作為最后一顆行星，木星的軌道離心率將會變得越來越高。“結(jié)果是，與波動開始前的行星軌道相比，這顆后不穩(wěn)定氣體巨星的預(yù)計彈出時間大約縮減了二分之一。因此孤獨終老的木星更容易被任何經(jīng)過的恒星彈射。 木星的最新圖像是由NASA/ESA哈勃太空望遠鏡于2020年8月25日拍攝的，當時該行星距離地球6.53億公里。如果這項新學說是正確的，木星則可能是太陽系中最后一顆行星。（圖片來源：NASA, ESA, A. Simon (戈達德太空飛行中心) 和M. H. Wong (加利福尼亞大學伯克利分校) 以及OPAL小組）。如果你想象的是一次飛越事件，恰好在合適的條件下將木星彈射出，那恐怕這一想法是不太正確的。因為它更像是被“千刀萬剮”了。 Zink和他的合著者寫道：“由于很少發(fā)生飛越相遇事件（每2300萬年才會有一次發(fā)生在10000 au大小的球體內(nèi)），并且在這其中發(fā)生的大多數(shù)相互作用對其它行星產(chǎn)生的動力學影響較小，因此彈射過程從原則上可以穩(wěn)定進行……” 或者，這一說法也許是錯的?！傲硪环矫?，在充足的時間內(nèi)，一次極其近距離的相遇也可能會自主地釋放最后一顆行星。因此，移除這最后一顆行星的潛在機制其實是這兩個過程之間的較量?！?/span> 這項研究所得出的數(shù)據(jù)表明，隨著時間的推移，多次的恒星飛越會導致偏心率和半長軸的緩慢上升，最后一次飛越事件會將太陽系中的最后一顆行星彈出。（圖片來源：Zink 等人, 2020年）。 這很難模擬，因為這一切都將在數(shù)十億年后發(fā)生。作者提出了一個適時的問題：“換句話說，最后的行星被彈出究竟是由于一次重大的事件還是許多小的能量交換而導致的？” 不過，作者也提供了一些說明。其中一個問題是他們只進行了十次模擬實驗。他們承認自己的研究并不能提供可靠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但是每個模擬都產(chǎn)生了相似的結(jié)果這一事實仍具有重要的意義。他們寫道：“在所有我們進行的10次模擬中，這四顆氣態(tài)巨型行星將在1012年之內(nèi)，即太陽質(zhì)量損耗結(jié)束之后，被彈射出太陽系?！?/span> 另一個需要注意的是那些飛行中的恒星。宇宙中大約有一半的恒星以雙星的形式存在，他們在模擬恒星飛行時，只考慮單個恒星而排除了雙星的情況。實際上他們?nèi)匀豢紤]了這個問題并承認雙星近地飛行比單星近地飛行更具破壞性?！巴ㄟ^排除這些雙星飛過的情況，我們對未來太陽系的壽命做出了保守的估計。同時意味著，考慮雙星近地飛行的情況，將進一步縮短太陽系的壽命。” 在論文的一開始，作者就建議謹慎地看待他們的研究結(jié)果?！安恍业氖牵彼麄儗懙?，“即使是最精確的n-體模擬也只能對太陽系的演化做出有限的預(yù)測。” 由于行星軌道的無序性，很難在足夠長的時間尺度上進行確定性預(yù)測?！?nbsp; 當然，銀河系本身也會在這極長的時間尺度上發(fā)生巨大的變化。這將如何影響太陽系的未來? 當太陽系在銀河系中相對運轉(zhuǎn)時，未來也會發(fā)生相應(yīng)的變化?！霸诒狙芯靠紤]的時間尺度中，太陽系會在銀河系內(nèi)進行徑向移動，從而進入未知數(shù)量的恒星區(qū)域，這些區(qū)域內(nèi)恒星的運行速度也不盡相同。”考慮這些因素，意味著很難建立起精確的預(yù)測模型。太陽系向外還是向內(nèi)遷移，沒人可以確定，也沒人知道這是否意味著遇到更多或更少的恒星。但向內(nèi)的遭遇幾率可能會有向外的三倍。預(yù)測銀河系也會在幾十億年后與仙女座星系碰撞或合并，當然這過程很難在單個太陽系級別研究上進行模擬。 “這些變化將影響恒星相遇的幾率和速度，考慮這些變化建立相應(yīng)的模型依靠目前的技術(shù)還難以實現(xiàn)。” 仙女座星系和銀河系是銀河系中最大的兩個星系，目前它們都在向著彼此的方向前進。然而我們不應(yīng)該杞人憂天，這一切我們難以在地球上看到。畢竟如果曾經(jīng)存在過的所有物種有99.9%已經(jīng)滅絕的說法是真的，我們也難以逃脫這一規(guī)律。 關(guān)于太陽系命運的問題仍然很吸引人，因為地球的這些行星伙伴終將分散開來，在太空漂流形成流浪行星。如果有其他星球上的智慧種發(fā)現(xiàn)了它們，也無從得知它們的起源，更不會想到曾經(jīng)有個星球上的原始人想過它們的最終命運。 作者：EVAN GOUGH FY：Astronomical volunteer team 如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請在作品發(fā)布后聯(lián)系作者刪除 轉(zhuǎn)載還請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處 翻譯：天文志愿文章組-協(xié)作翻譯小分隊 聯(lián)合署名：C，自傷無色，404頭號玩家，Zwillinge，灰魚 審核：天文志愿文章組- 排版：零度星系 參考資料 1.WJ百科全書 2.天文學名詞 3.原文來自：https://www./149036/in-the-far-future-the-gravity-of-the-milky-way-will-completely-dismantle-the-solar-system/ 本文由天文志愿文章組-C，自傷無色，404頭號玩家，Zwillinge，灰魚翻譯自EVAN GOUGH的作品，如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請在作品發(fā)布后聯(lián)系作者刪除。 注意：所有信息數(shù)據(jù)龐大，難免出現(xiàn)錯誤，還請各位讀者海涵以及歡迎斧正。 結(jié)束，感謝您的閱讀與關(guān)注 全文排版：天文在線（零度星系） 轉(zhuǎn)載請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處 浩瀚宇宙無限寬廣 穹蒼之美盡收眼底 |
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